溪流生态系统中氮循环的微观奥秘：固氮与反硝化的空间分布研究

为探究斑块尺度环境变化对 N2固定和反硝化的影响，研究人员开展研究，发现热点区域，明确影响因素。

　　溪流生态系统在从微生境到区域的嵌套尺度上展现出高度的空间异质性。这种异质性或许有助于在不相容环境条件下受青睐的生物地球化学过程共同发生，比如氮气（N₂）固定和反硝化作用。研究人员假设，斑块尺度（1 - 10 米）的环境变化会通过形成热点区域，促进 N₂固定和反硝化作用的共同发生。研究人员在七条涵盖氮（N）和磷（P）浓度梯度的溪流中，测量了由河道地貌单元和基质类型确定的斑块内的 N₂固定速率、反硝化速率，以及固氮酶（nitrogenase）编码基因 nifH 和亚硝酸还原酶（nitrite reductase）编码基因 nirS 的相对丰度。研究人员在所有研究溪流中都发现了热点区域，这些区域的 N₂固定和反硝化速率比河段平均速率高 1 - 4 倍。大多数 N₂固定热点区域位于以岩石为基质的斑块中，而反硝化速率以及 nifH 和 nirS 的相对丰度在以细颗粒沉积物为基质的斑块中更高。然而，在其中一条溪流中，同一斑块的反硝化和 N₂固定速率均处于所有斑块的前 25%。在所有溪流和斑块中，有机物和溶解氧浓度是 N₂固定速率、反硝化速率以及 nifH 相对丰度的重要预测指标，而 P 浓度对 N₂固定和反硝化作用也很重要。研究结果表明，要更全面地描述溪流生态系统中的营养物质通量，就需要了解微生物驱动的营养物质循环的空间生态学。