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科学家揭示土壤复湿过程中羟基自由基氧化作用对温室气体释放的影响 |
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降水事件引起的土壤复湿通常会导致CO2和N2O在短时间内快速释放。这种由降水驱动的温室气体快速释放，被称为“脉冲效应”或“Birch效应”，对干旱区生态系统来讲，这种现象引起的碳氮释放现象更加显著。目前，对于脉冲效应的潜在机制尚没有确切定论。
针对上述科学问题，中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生态过程与生物适应团队以生物土壤结皮为研究对象，在模拟野外降水事件的基础上，通过淬灭羟基自由基（·OH）进行对比实验，系统研究了·OH氧化作用在干旱区土壤复湿过程中对CO2和N2O释放的影响和内在机制。近日，相关研究成果发表于《全球变化生物学》。
研究结果发现，土壤复湿后，快速激活的微生物是·OH产生的主要途径。当淬灭·OH后，同位素标记结果显示CO2和N2O 24小时累积释放量相对于对照组分别下降了11-21%和67-90%，证明·OH氧化作用在CO2和N2O释放中的显著作用。利用酶活性和有机质组分结构变化进一步分析发现，当淬灭·OH后，有机质组分结构趋于简单，而负责分解小分子的酶活性显著升高，这表明·OH氧化对复杂有机质的分解使微生物能将更多能量用于分解小分子有机物。·OH氧化通过与微生物酶促反应的协同作用促进了CO2释放。此外，通过淬灭·OH实验发现，·OH是通过促进NH4+转化为NO3-，从而调控N2O的释放。
本研究系统揭示了干旱区土壤复湿过程中·OH的产生途径，及其对CO2和N2O释放的影响，并深入探究了·OH氧化作用的内在机制。研究揭示了·OH氧化途径是干旱区不容忽视的温室气体重要释放途径，尤其是对于N2O的释放具有主导作用。
相关论文信息：https://doi.org/10.1111/gcb.70552
土壤再湿润后·OH加速温室气体产生的概念图（研究所供图）
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