酸性土壤中硝化作用和硝化微生物研究的新进展

硝化作用是氮素循环过程中非常重要的一个环节，它包括将铵态氮氧化成亚硝态氮的氨氧化过程和将亚硝态氮氧化成硝态氮的亚硝酸盐氧化过程，参与这两个过程的功能微生物分别是氨氧化微生物和亚硝化微生物。传统的观点认为，酸性土壤的硝化活性很弱，这是由于在酸性条件下，氨氧化微生物氨单加氧酶(AMO)的底物—NH3含量非常低，而且分离得到的氨氧化细菌均不能在pH<5.5的条件下生长。然而最近的研究发现酸性土壤(pH小于3.0)的硝化活性与中性土壤相当，甚至超过中性土壤。尤其是氨氧化古菌(AOA)的发现，被证实它能适应酸性土壤中低浓度的NH3环境，且在酸性土壤氨氧化过程中起主导作用。

中国科学院城市环境研究所姚槐应研究组从硝化作用和硝化微生物研究的新技术、酸性土壤硝化作用的新机制以及硝化微生物纯菌分离等方面，对酸性土壤的硝化作用及硝化微生物的最新进展进行了论述。15N同位素稀释法能准确量化土壤的总硝化作用速率，证实了在酸性土壤中存在高强度的硝化作用过程。氮氧双标和抑制剂法表明真菌是酸性土壤中异养硝化作用的主要功能微生物。氨氧化古菌适应酸性土壤的机制主要包括：1)AOA具有pH自我平衡系统，能根据环境条件调节细胞内外的pH;2)AOA对NH3具有高亲和力;3)有些AOA能直接以尿素为底物。

图1酸性和中性土壤中底物浓度、硝化微生物活性和组成的差异

上述研究结果以“Nitrificationandnitrifiersinacidicsoils”为题发表于SoilBiochemistryandBiology(SoilBiochemistryandBiology,2018,116:290-301)。李雅颖助理研究员为第一作者，姚槐应研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(41525002，41471206)和中国科学院先导专项(XDB15020301)等项目的支持。