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  • 水环境水生态研究组在湿地厌氧氨氧化氮循环方面取得重要进展
      
    长久以来，人们一直认为，氨的氧化只在有氧条件下发生。新近研究发现在缺氧/厌氧条件下，氨也可以由厌氧氨氧化菌以亚硝酸为电子受体直接氧化为氮气，完成封闭的产氮气循环，同时避免温室气体N2O产生。它打破了人们对传统氮循环模式的认识，受到国际社会的广泛关注。
    目前厌氧氨氧化在自然界的研究还局限于海洋生态系统，且已探明厌氧氨氧化反应的产氮气量（>50%）要高于反硝化反应。在此之前，厌氧氨氧化反应是否在陆地生态系统也发挥重要作用尚不明确。
    针对这一问题，中科院生态环境中心水环境水生态研究组祝贵兵副研究员在尹澄清、单保庆研究员的指导下，通过与国内外科学家的合作，从生物地球化学、微生物生态学以及环境科学等多个角度开展深入研究，取得了系列研究成果，发表在相关领域的国际知名杂志。
    稻田是陆地生态系统N2O的最大释放源之一。以往研究认为，稻田中氮的流失主要包括氨挥发、径流、植物吸收等过程。祝贵兵通过田间实验证明，在典型高氮污染的稻田土壤中存在大量的厌氧氨氧化菌并发生显著的厌氧氨氧化反应。在研究地点，通过厌氧氨氧化反应流失的氮量占总氮气生成量的4%-37%，每年每平米损失的氮素高达76g。这是厌氧氨氧化反应首次报道于稻田土壤生态系统（ISME Journal. 2011. 5(12): 1905-1912）。
    在研究组多年岸边带研究的基础上，根据厌氧氨氧化的反应底物以及岸边带的生物地球化学特征和景观异质性特点，提出湖泊岸边带可能是厌氧氨氧化反应的热区这一假设。首先在白洋淀一处典型的岸边带系统进行现场实验，发现岸边带沉积物是厌氧氨氧化反应的热区和厌氧氨氧化菌的高丰度区域；在此基础上进行全湖大面积采样并进一步证实，且得到的厌氧氨氧化活性和丰度值均高于已报道的速率和丰度，占总氮气生成量的比值达到11-35%；另外还发现，厌氧氨氧化的反应热区能够显著降低N2O的释放。相关成果发表在Nature Geoscience上（Nature Geoscience. 2013. Online Publication. DOI: 10.1038/NGEO1683）。.
    自然界厌氧氨氧化反应速率与厌氧氨氧化菌丰度和种群结构都密切相关。在陆地生态系统中，河流表层具有很大的氨氮通量，而地下水系统是亚硝酸盐通量的最大载体，由此推测河流岸边交错带也可能发生显著的厌氧氨氧化反应。以珠江河流岸边带沉积物为研究对象，进行了不同时空变化条件下的相关研究。发现尽管河流岸边带具有非常高的厌氧氨氧化菌的丰度，还与种群结构密切相关，但是厌氧氨氧化反应速率并不与其丰度严格线性相关（Environmental Science & Technology. 2012. 46: 8834-8842）。
    综合以上自然湿地研究的成果，开发了人工湿地通过厌氧氨氧化反应实现N2O减排的方法。系统稳定后，厌氧氨氧化反应速率提高了10倍，占总氮气生成量的比值提高了5倍达到42%，而且减少了30%的N2O排放。成果发表于Environmental Science & Technology（2011. 45(23): 9951-9958）。
    以上研究得到了国家自然科学项目、环境水质学国家重点实验室自由探索项目、中科院青年人才项目和北京市科技新星的资助。
    相关论文：
    1.　　　　 Guibing Zhu, Shanyun Wang, Weidong Wang, Yu Wang, Leiliu Zhou, Bo Jiang, Op den Camp, H. J. M., Hefting M, Risgaard-Petersen Nils, Yongzhen Peng, Lorenz Schwark, Mike Jetten, Chengqing Yin. Hotspots of anaerobic ammonia oxidation at land-freshwater interfaces. Nature Geoscience. 2013. Online Publication. DOI: 10.1038/NGEO1683. 
    2.　　　　 Guibing Zhu, Shanyun Wang, Yu Wang, Chaoxu Wang, Nils Risgaard-Petersen, Mike S.M. Jetten, Chengqing Yin. Anaerobic ammonia oxidation in a fertilized paddy soil. ISME Journal. 2011. 5(12): 1905-1912.
    3.　　　　 Shanyun Wang, Guibing Zhu*, Mike S. M. Jetten, Chengqing Yin. Anammox bacterial abundance, activity and contribution in riparian sediments of the Pearl River Estuary. Anammox bacterial abundance, activity and contribution in riparian sediments of the Pearl River Estuary. Environmental Science & Technology. 2012. 46: 8834-8842. 
    4.　　　　 Guibing Zhu, Shanyun Wang, Xiaojuan Feng, Gaina Fan, Mike S. M. Jetten, Chengqing Yin. Anammox bacterial abundance, biodiversity and activity in a constructed wetland. Anammox bacterial abundance, biodiversity and activity in a constructed wetland. Environmental Science & Technology. 2011. 45(23): 9951-9958.
    5.　　　　 Guibing Zhu, Mike S.M. Jetten, Peter Kuschk, Katharina Ettwig, Chengqing Yin. Potential roles of anaerobic ammonia and methane oxidation in the nitrogen cycle of wetland ecosystems. Applied Microbiology and Biotechnology. 2010. 86(4): 1043-1055.
    6.　　　　 Wang Yu, Guibing Zhu*, Harhangi, H. R.; Zhu Baoli, Jetten, Mike, Yin Chengqing, Op den Camp Huub, . Co-occurrence and distribution of nitrite-dependent anaerobic ammonium and methane oxidizing bacteria in a paddy soil. FEMS Microbiology Letters; 2012. 336: 79–88
    环境水质学国家重点实验室
    2013年1月21日
    2013-01-23
  • 《全国生态功能区划》获2012年度国家科学技术进步二等奖
    《全国生态功能区划》将国家生态保护战略需求与国际生态学前沿结合，针对协调开发与保护的科学基础和调控方法，以生态系统服务功能评价方法及其应用为主线开展了系统研究。建立了我国陆地生态系统服务功能及其经济价值评价方法，阐明了我国生态服务功能特征，创立了生态功能区划的理论、程序与方法，揭示了我国生态系统服务功能与生态敏感性空间分布规律，制定了全国生态功能区划方案，确定了对保障我国生态安全具有重要作用的重要生态功能区。
    项目提出的区划方法和区划成果得到了广泛应用，取得了显著的生态环境效益和社会效益。区划方案与生态评价方法直接应用于《全国主体功能区规划》和《省级主体功能区域划分技术规程》。确定的重要生态功能区为国家“十一五”规划纲要中限制开发区和禁止开发区、国家“十二五”规划纲要中重点生态功能区、国家生态转移支付范围、《全国国土规划纲要》确定国家基础生态用地提供了基础和依据。基于《生态功能区划暂行规程》，全国31个省、自治区、直辖市先后编制完成了生态功能区划方案。生态服务功能评价方法和生态功能区划方法在青藏高原环境保护、京津冀生态环境保护与建设等区域生态保护与建设规划中得到应用，数百个市县用于编制生态功能区划，并为北京和广州等城市空间发展战略等提供了技术支撑。环境保护部认为该成果“对促进我国生态保护工作由经验型管理向科学型管理转变、由定性型管理向定量型管理转变、由传统型管理向现代型管理转变奠定了科学基础”。
    《全国生态功能区划》成果被认为“是我国继自然区划、农业区划等工作之后，在生态保护与建设领域的重要基础性工作”，“为区域生态系统管理、自然资源开发、产业调整布局及国家主体功能区划分提供科学依据，是保障国家生态安全、实施可持续发展战略的科学基础”。Paul Ehrlich等三位美国科学院院士在国际著名杂志《自然》(Nature, Vol 486，June 7, 2012)的研究评述中，对中国生态功能区划和重要生态功能区进行了重点介绍，并给予高度评价。文章认为“中国重要生态功能区模式及其政策创新，为整合生态保护与人类发展提供了新的范式，具有广泛的应用前景。”项目主持人欧阳志云等还应邀在牛津大学、斯坦福大学，以及IUCN等相关国际组织举办的国际学术研讨会上做特邀或主题报告介绍中国生态功能区划及其在生态保护中的应用。
    全国生态功能区划在环境保护部指导和组织下开展，由城市与区域生态国家重点实验室生态系统评价与规划研究组为主承担完成，并得到全国各省环境保护部门及有关单位协助和支持。全国生态功能区划获2012年度国家科学技术进步二等奖，主要完成人有欧阳志云、傅伯杰、高吉喜、王效科、郑华、赵同谦、肖荣波、赵景柱、肖燚、徐卫华等。
    城市与区域生态国家重点实验室
    2013年1月21日
    2013-01-22
  • 国家863计划“化学品风险评估与风险控制技术”重大项目启动并在京召开首次学术研讨会
        由中国科学院生态环境研究中心牵头的“十二五”国家863计划“化学品风险评估与风险控制技术”重大项目于2012年12月27日在北京召开了首次学术研讨会。科技部中国21世纪议程管理中心王磊处长、王顺兵博士、周斌博士，以及社会发展科技司唐松博士等领导专家应邀出席了会议。来自项目的9个课题团队30余家参加单位的科研骨干积极参与了此次研讨。
    会议由项目首席专家王子健研究员主持。王磊处长首先介绍了重大项目的实施概况。指出：作为我国“十二五”期间环境领域科技创新的重大举措，该项目是解决我国化学品环境问题、提升我国化学品风险管理技术总体水平的战略行动。
    项目首席王子健研究员总结概括了重大项目的整体思路，任务分工情况以及国际合作计划。该重大项目研究内容涵盖了化学品测试评估、监测监管、替代减量、处理处置等各相关技术领域；并注重化学品安全问题在我国的业务部门分管(环境管理和进出口管理)、典型行业特征(皮革、纺织和养殖行业)和区域集群特色(沿江化工园区)，通过技术集成、工程实践、综合应用和业务示范，尝试技术创新、产业发展和业务进步共同推进的科技创新模式；针对绿色技术壁垒等化学品管理的国际化特色，加强与SETAC、UNEP、OECD、USEPA等组织部门的学术交流合作，引进吸收发达国家先进技术力量。
    该重大项目共设置了9个课题，分别在2012、2013年度先后启动。各课题团队集中了中科院生态环境研究中心、环保部南京环科所、中国检验检疫科学研究院等科学院/环保/质检/工信等各部门隶属科研院所，以及大连理工大学、华中科技大学、清华大学、四川大学、东华大学、南京大学等重点高校，科研实力雄厚；同时还兼有了环保部化学品登记中心、湖南出入境检验检疫局等环保/质检业务部门的科研力量，以及鲁泰纺织股份有限公司等行业企业的技术支持。中科院生态环境研究中心在其中承担了课题2 “化学品毒性高通量生物测试与评价技术”的科研任务(负责人为马梅研究员)。9位课题负责人从拟解决的科学问题、明确的目标任务、具体的研究路线方案、以及预期成果等方面，分别对各自负责的课题实施方案、研究进展进行了详细介绍。
    与会领导专家对各课题汇报的实施方案给予了肯定，并建议有关课题围绕项目总体设计凝练研究目标，根据研究进展情况动态调整研究内容，加强各课题之间的交流合作，在研究数据共享、共性技术支持和综合示范应用等方面相互借鉴，协同促进，为最终解决我国化学品安全管理问题做出实质性贡献。鼓励项目推进国际科研合作，并提出了意向征询的总体要求。
    会议最后，王子健研究员总结了项目宗旨：发展化学品风险管理技术体系是科技理念创新的长期计划，任重而道远，“十二五”仅仅是这项计划的起始阶段 (initial phase)，因此首要任务是构建符合国情、科学前瞻、注重实效的技术框架，并组建多学科、多领域交叉融合的科研创新团队，从而为完善我国化学品风险控制技术体系奠定坚实基础。
    环境水质学实验室
    2013年1月10日
    2013-01-10
  • 贺泓研究组在分子氧对黑碳的光化学老化研究方面取得重要进展
    中国科学院生态环境研究中心大气环境研究室贺泓研究组在分子氧对黑碳的光化学老化研究方面取得重要进展，相关研究成果发表在国际著名综合性期刊Proceedings of the National Academy of Sciences上(自由投稿；PNAS, 2012, 109(52), 21250-21255)。
    黑碳起源于化石和生物质燃料的不完全燃烧，其化学成分主要由元素碳和有机碳组成。黑碳气溶胶能够导致正的辐射强迫，并且明显降低大气能见度，因而有着非常重要的环境和健康效应。黑碳进入大气后与活性气体组分发生非均相老化反应，一方面导致大气层化学组成的改变，另一方面还将影响黑碳的组成、形貌和结构，进而影响黑碳的环境和健康效应。
    贺泓研究组的研究工作发现了太阳光能够激发空气中分子氧对黑碳的老化过程；确定了黑碳表面的有机碳是分子氧对黑碳光化学老化过程中的主要活性组分；有机碳由多环芳烃和脂肪烃组成，并在光化学老化过程中被转化成醌、酮、醛、内酯和酸酐等含氧物种；不同燃烧条件可以改变黑碳表面的有机碳含量及其氧化态进而影响黑碳的光化学氧化活性；在光照强度25 mW cm-2条件下，黑碳表面有机碳物种在20% 氧气气氛下的反应速率是100ppb 臭氧气氛下的反应速率的1.5-3.5倍，凸显了黑碳光化学氧化的重要性。另外，光化学氧化将显著影响黑碳的环境效应。例如，各种含氧极性物种的生成将提高黑碳作为云凝结核和冰核的能力，从而影响降水并减少黑碳在大气中的寿命；老化后的黑碳在波长200-700nm范围内的光吸收能力有所增强，这将影响大气层辐射强迫以及一些气体的光化学反应。
    该研究组近期系统研究了黑碳的大气老化过程。例如，确定了黑碳的亲水性、组成与燃烧条件和黑碳结构之间的关系；考察了黑碳结构和吸湿性在O3老化过程中的变化，发现了黑碳的微观结构对其O3活性的影响机制；确定了太阳光对黑碳NO2老化的促进作用。相关研究成果分别发表在Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12(36):10896–10903；J. Phys. Chem. A,2012, 116,4129？4136; J. Chem. Phys.,2012, 137, 084507;Atmos. Environ.,2013, 64, 270-276。
    该项工作得到中科院战略性先导科技专项B“灰霾追因与控制”和国家自然科学基金（20907069, 50921064, 20937004）的支持。
    论文摘要及全文：
    http://www.pnas.org/content/109/52/21250.full.pdf+html
    大气环境研究室
    2012年12月27日
    2012-12-27
  • 陈保冬研究组在丛枝菌根提高植物抗旱性分子机制方面取得重要研究进展
    　 最近中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室陈保冬研究组在丛枝菌根提高宿主植物抗旱性分子机制研究方面取得重要进展，相关研究结果在国际著名植物学期刊《新植物学家》New Phytologist上发表（New Phytologist 197: 617-630；2013）。
    丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza，AM)真菌在自然界中广泛存在，能与绝大多数的陆地高等植物形成共生体系，是迄今发现的与植物关系最为密切的土壤微生物之一。很多研究表明，菌根共生体系对于植物适应各种逆境胁迫具有重要意义。有关丛枝菌根在植物抵御干旱胁迫中的积极作用已有较多文献报道，但多数研究集中在AM真菌的间接作用，及菌根影响植物自身抗旱生理方面，而对于AM真菌增强植物抗旱性的直接作用，尤其是干旱胁迫下AM真菌帮助宿主植物吸收水分的分子证据，还是一项研究空白。最近陈保冬研究组采用5’-和3’-RACE技术，从AM真菌Glomus intraradices中克隆了两个水孔蛋白基因GintAQPF1和GintAQPF2。通过毕赤酵母异源过表达证明GintAQPF1和GintAQPF2都有明显的输水功能。用聚乙二醇(polyethylene glycol)模拟干旱胁迫发现，GintAQPF1和GintAQPF2在胁迫条件下蛋白活性增加，显著促进酵母生长。正常水分条件下，玉米菌根中GintAQPF1和GintAQPF2在含丛枝的根细胞表达量最高，其次是根外菌丝，最后是萌发孢子；干旱胁迫明显促进了在含丛枝的根细胞和根外菌丝中GintAQPF1和GintAQPF2的表达，同时根外菌丝的生长也受到干旱的明显诱导。干旱胁迫条件下，两个水孔蛋白的高表达和菌丝生长的促进导致了宿主植物根系相对含水量的显著增加。
    该研究为丛枝菌根真菌吸收水分提供了直接的分子证据，有助于人们更全面地认识逆境胁迫下菌根真菌和宿主植物之间的互动机制，同时也揭示了AM真菌在维系干旱半干旱地区脆弱生态系统结构和功能稳定中的潜在重要作用。
    该项工作得到中科院知识创新工程重要方向项目和城市与区域生态国家重点实验室自主方向项目的支持。
    城市与区域生态国家重点实验室
    2012年12月26日
    2012-12-26
  • 战略性先导科技专项 “大气灰霾追因与控制”项目一、二、三课题实施方案研讨与咨询会议召开
    　 11月12日至13日，由中国科学院资源环境科学与技术局组织的中国科学院战略性先导科技专项(B类)“大气灰霾追因与控制”项目一、二、三各课题实施方案研讨与咨询会在北京召开。中科院资环局副局长冯仁国、生态环境研究中心副主任庄绪亮、资环局生态与环境处相关人员等出席了会议。专项研究骨干30多人参加了此次研讨会，研究人员分别来中国科学院生态环境研究中心、大气物理所、广州地化所、安徽光机所、过程工程所等14各研究所，以及清华大学、北京大学、中国环境科学研究院等院外单位。
     
    　 专项首席科学家贺泓研究员首先介绍了专项的整体思路，以及任务分工情况。项目一、二、三的负责人围绕“灰霾追因模拟”、“大气灰霾溯源”和“大气灰霾数值模拟与协同控制方案”三方面内容做了项目整体实施方案简要介绍。14个课题负责人从明确研究的具体科学问题、目前该问题的理解程度、具体的研究路线方案、以及预期目标等方面，分别对各自负责的课题实施方案进行了详细介绍。
     
    　 以唐孝炎院士为首的专家组针对逐个课题实施方案进行了充分的质询，并对每个项目所有课题进行了一个小时的集中讨论。专家组对各课题汇报的实施方案给予了肯定，认为各课题针对灰霾追因与溯源提出的研究思路和解决方案基本合理，并建议有关课题凝练研究目标，根据研究进展情况动态调整研究内容，尤其是各项目和各课题之间需增加交流合作，研究数据相互借鉴共享，协同促进，为最终解决我国大气灰霾问题做出实质性贡献。
     
    大气环境研究室
    2012年11月15日
    2012-11-15
  • 朱本占课题组在羟基自由基与化学发光研究方面取得重要进展
    最近中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室朱本占研究员课题组在自由基化学与毒理学研究方面又取得重要进展，其有关“一类新型羟基自由基依赖的二次化学发光产生体系”的研究在国际著名的综合性学术期刊《美国科学院院刊》PNAS上发表(自由投稿；PNAS109: 16046-16051；2012)。
    大多数的化学发光反应通常只产生一次化学发光，且极少只依赖于在生物和环境中十分重要的高反应活性的羟基自由基。最近朱本占课题组发现致癌性四氯苯醌与过氧化氢可产生前所未有的二次化学发光，该过程与其不依赖于金属离子的二次内源性羟基自由基的产生过程高度相关，且前者直接依赖于后者。朱本占等提出四氯苯醌/过氧化氢反应体系产生的非同寻常的二次化学发光是由依赖于羟基自由基形成的醌-1,2-二氧杂环丁烷高能中间体及其分解生成的多羰基激发态产生。研究证明可利用多卤代醌产生的这种独特的化学发光的性质来对这类致癌性有机物进行检测和定量分析。进一步研究发现在羟基自由基参与的多卤代芳烃的高级氧化过程中，同样也能观察到显著的化学发光。上述发现可用于定量检测痕量的多卤代芳烃类持久性污染物/药物如五氯酚、三氯酚、四溴双酚A、橙剂、五氯苯及甲状腺素等,其中五氯酚的检测限可低达2.6ppb。该发现还可用于对高级氧化过程中卤代芳烃类有机物的降解动力学进行实时监测。上述研究及其先前系列相关成果朱本占研究员以第一并通讯作者身份在PNAS上连续发表五篇论文（自由投稿;Zhu, et al. PNAS(2012) 109: 16046; (2010) 107: 20286;(2009) 106: 11466; (2007) 104: 17575;(2007) 104: 3698）.
    《美国科学院院刊》PNAS, doi: 10.1073/pnas.1204479109，Ben-Zhan Zhu, et al.
    更多阅读
    朱本占个人主页: http://et.rcees.ac.cn/index.php/Troops/327.html
    PNAS论文摘要及全文: http://www.pnas.org/content/109/40/16046.long
    2012-11-14
  • 国家重大科学研究计划“纳米材料的水处理器件化方法及其应用基础研究”顺利通过中期评估
    按照科技部的要求，由中国科学院生态环境研究中心郭良宏研究员主持的国家重大科学研究计划项目“纳米材料的水处理器件化方法及其应用基础研究”于8月16日至18日在北京西郊宾馆召开项目中期总结交流会议。
    在总结会上，各课题负责人就项目进展情况进行了中期总结报告。项目专家组成员和同行专家中科院高能物理所柴之芳院士、中科院化学所万立骏院士、国家基金委化学学部王春霞研究员、武汉大学庞代文教授、浙江大学朱利中教授参加了会议。国家科技部基础司崔拓副司长、科技部基础研究管理中心闫金定副处长、国家基金委化学学部庄乾坤教授、中科院环资局生态环境处周桔副处长等管理专家应邀参加了会议。专家们在听取报告后就项目情况提出了意见和建议，认为项目进展良好，基本完成了项目的中期目标，建议项目各课题能够进一步凝练总结，提出突破性的科学原理和方法，解决纳米材料水处理器件化的关键技术问题。
    9月20日，郭良宏研究员代表项目组参加了科技部组织的国家重大科学研究计划中期评估会。科技部项目中期评估专家组在审阅项目中期评估有关资料、听取项目首席科学家中期总结报告和研究计划调整方案汇报的基础上，对项目工作状态和研究前景进行讨论评议。“纳米材料的水处理器件化方法及其应用基础研究”项目顺利通过中期评估，并获得后续资助。
    环境化学与生态毒理学国家重点实验室
    2012年11月8日
    2012-11-09
  • 王如松课题组一论文获Top-10 Most-Cited Articles 2009-2011 Award
        城市与区域生态国家重点实验室王如松研究组李锋等2009年在Landscape and Urban Planning上发表的题为Measurement indicators and an evaluation approach for assessing urban sustainable development: A case study for China’s Jining City论文（Feng Li, Xusheng Liu, Dan Hu, Rusong Wang, Wenrui Yang, Dong Li, Dan Zhao. Landscape Urban Plan. 2009, 90,3-4:134-142）近日被列入Top-10 Most-Cited Articles 2009-2011 Award。
    城市与区域生态国家重点实验室
    2012年10月12日
    2012-10-12
  • 生态环境中心在SBB发表综述文章阐释酸性土壤硝化作用机理
    酸性土壤（pH<5.5）在全球范围内广泛分布，约占陆地无冰区表面的30%。但酸性土壤硝化作用的机理一直不甚清楚，成为全球氮循环研究的热点和难点。生态环境研究中心贺纪正研究员课题组多年来致力于土壤硝化微生物及硝化作用机理研究，取得了系列研究成果。2007年他们在“Environmental Microbiology”期刊上首次报道了氨氧化古菌在我国酸性土壤中大量存在且对土壤环境条件变化响应灵敏，引取国际上的广泛关注，该论文至今被SCI引用160余次，成为连续5年来该期刊被引用次数最多的文章，并被中国科学院文献情报中心“世界科学前沿发展态势分析”课题组通过Web of Science数据库检索列为“2007－2011年环境科学领域研究论文中获得引用数最多的中国学者论文排名的第8名”。最近，他们系统总结了酸性土壤中硝化作用研究的历史（图1）、存在问题和近年来国际上研究取得的最新进展，阐述了氨氧化古菌在酸性土壤氨氧化作用中的主导贡献及可能机理（图2），以综述论文发表于国际著名土壤学杂志Soil Biology and Biochemistry上（Current insights into the autotrophic thaumarchaeal ammonia oxidation in acidic soils, 55, 146-154）。该文章为系统认识酸性土壤中硝化作用的机理提供了重要参考，对酸性土壤氮素管理具有重要指导意义。
    人们对于酸性土壤中硝化过程的研究和认识经历了数次重大的变革。在19世纪早期，由于检测手段的限制，人们普遍认为硝化作用只能在中碱性土壤中发生，直到1872年，酸性土壤中的硝化活性被首次发现和证实。在之后的百余年中，氨氧化细菌（AOB）一直被认为是酸性土壤中执行好氧硝化作用的唯一微生物类群。近年来，氨氧化古菌（AOA）的发现为重新认识这一重要过程提供了新线索。2012年，贺纪正研究员课题组利用稳定性同位素探针技术（SIP），首次在The ISME Journal上为AOA在酸性土壤中发挥主导作用提供了直观证据。
    酸性土壤中AOA硝化作用的可能机理主要包括：（1）NH3是自养氨氧化微生物的唯一能量来源，但是酸性土壤中高浓度的H+离子使大部分NH3以AOA和AOB不能利用的NH4+离子态存在。微宇宙培养实验和氨氧化微生物纯菌株的研究表明，AOA比AOB对于NH3分子具有更高的亲和力，并且AOA更喜好在低浓度NH3的环境中生长。因此酸性土壤低pH诱导的低NH3条件，为AOA执行硝化作用提供了较为适合的生境。（2）AOA可能主要利用酸性土壤中有机质持续矿化所释放的低浓度NH3进行自养生长，而无机NH4+源不能刺激AOA的生长。因此，AOA可能与土壤中的矿化微生物紧密结合，从而更容易获得持续的底物供给。此外，AOA也可能进行混合营养型生长，直接利用土壤中的有机质作为获取能量的氮源。这就为AOA在酸性土壤中与AOB竞争提供了更为明显的优势（图2）。（3）与AOB相比，AOA具有独特的生理生化和遗传特征。三株AOA纯培养物的全基因组测序表明，AOA的氨氧化途径可能与AOB的存在显著差异，并且AOA的氨氧化过程和碳固定过程减少了能量的消耗，更有助于AOA在酸性土壤条件下发挥主导作用。
    该研究受到了国家自然科学基金和院方向性项目的资助。
    论文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071712002441

    图1 过去一百余年酸性土壤中硝化作用研究的历史及各阶段代表性突破，其中贺纪正课题组在2007年首次报道酸性土壤中AOA的丰度大于AOB且与土壤硝化潜势显著正相关（He et al., 2007, Environmental Microbiology）, 2012年利用稳定性同位素探针技术揭示AOA在酸性土壤硝化作用中的主导贡献(Zhang et al., The ISME Journal)。

    图2 氨氧化古菌在酸性土壤中执行硝化作用的可能途径与机理。
    2012-09-26
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