中心概况-中国科学院中-非联合研究中心

中-非中心研究团队在东非湖泊沉积物氮转化过程研究方面取得新进展

作者：来源：发布日期：2022-11-15

东非湖泊类型多样，具有出不同的形态、地质成因以及盐度和流域特征，还包含了世界上初级生产力和盐碱度最高的湖泊群。高温、高光强和充足的二氧化碳供应支持了东非湖泊浮游生物快速的碳代谢。

不过，东非湖泊的初级生产活动可能受到氮限制，因为与人口密集的北半球温带和亚热带湖泊相比，这些湖泊得到的氮营养盐输入通常较少。在无机氮供应不足的湖泊中，底部沉积物有机质的矿化可能对湖泊氮循环和损失具有重要的驱动作用。

目前，东非多生态类型湖泊氮素内循环转化及来源途径方面较少有研究涉及。为了揭示东非湖泊沉积物氮转化特征及其驱动因子，中-非中心中科院南京地理与湖泊研究所张路团队于2020年2月至3月，联合坦桑尼亚渔业研究所科研人员，完成了对坦桑尼亚境内湖泊的野外样品采集（图1），并开展了相关研究工作。

图1 采样点

研究采用稳定15N同位素示踪技术，探究了东非16个湖/库沉积物氮转化的5个主要过程：有机氮矿化、氨氮固定、硝酸盐异化还原为氨（DNRA）、反硝化和厌氧氨氧化（图2）。研究发现沉积物氮转化潜在速率与沉积物有机质含量和组成密切相关。内源类蛋白有机物的增加促进了沉积物氮矿化、硝酸盐异化还原为氨和反硝化速率，而难降解陆源腐殖质类有机质的大量输入降低了氮转化速率，再生氮的供给不足，可能加剧氮限制条件。沉积物氮转化与有机质性质之间的密切联系可能共同反映了微生物代谢活动对碳氮可利用性变化的响应。

图2 东非湖泊沉积物氮转化过程

此外，大部分湖泊硝酸盐还原以反硝化为主，其占比为26%-85%（平均65%），潜在DNRA速率占硝酸盐异化还原速率的10%-74%（平均25%）。DNRA占硝酸盐还原比例受沉积物有机碳氮比值、水体盐度和硫酸盐浓度的显著影响。本研究的结果表明综合沉积物有机质性质分析可以改善对东非湖泊沉积物氮供应和损失的预测。

相关研究成果以“Sediment organic matter properties facilitate understanding nitrogen transformation potentials in East African lakes”为题，发表在国际英文期刊Science of The Total Environment上。

该研究工作得到中科院中-非联合研究中心重点部署项目、国家国际科技合作专项对外科技援助项目、中科院国际伙伴计划、国家自然科学基金的联合资助。

论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.156607

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