河口是N2O的重要來(lái)源。然而，由于較大的空間異質(zhì)性和測量不連續，使得河口的N2O排放具有很大的不確定性。在嚴重的人為干擾下，微生物過(guò)程對N2O產(chǎn)生的主導作用存在爭議。Cheng et al(2023)在Water Research上發(fā)表論文“Shifts in the high-resolution spatial distribution of dissolved N2O and the underlying microbial communities and processes in the Pearl River Estuary”，結合實(shí)時(shí)高分辨率測量和生物信息學(xué)分析，精確繪制了中國珠江口連續的二維N2O分布圖，并揭示了其潛在的微生物機制。

文章簡(jiǎn)介

N2O濃度的水平分布和垂直分布都有很大差異。表層水的過(guò)飽和N2O濃度（9.1-132.2 nmol/L）沿河口鹽度梯度下降，上游分布有多個(gè)排放熱點(diǎn)。N2O垂直分布呈現出上游完全混合與下游不完全混合的顯著(zhù)差異，濃度隨深度增加而恒定或變化。反硝化微生物和硝化微生物控制著(zhù)PRE中N2O的產(chǎn)生和分布，其中反硝化作用起主導作用。nirK型和nirS型反硝化細菌分別是水柱和沉積物柱中N2O的主要產(chǎn)生者。此外，底物濃度（NO3-和DOC）通過(guò)影響關(guān)鍵微生物過(guò)程來(lái)調節N2O的產(chǎn)生，而物理影響（水-質(zhì)混合和鹽楔）則重塑了N2O的分布。

丹麥Unisense氧化亞氮微電極應用

首先進(jìn)行電極的極化。提前個(gè)12小時(shí)，打開(kāi)微電極主機，插上電極，將極化電壓調到開(kāi)始，過(guò)夜極化，將室內溫度控制在25度。將準備好的含有氧化亞氮飽和液的溶液0.1ml、0.2ml、0.5ml、以及2ml的N2O飽和水溶液加入到較量瓶中，放入電極，待信號穩定后測定，獲取N2O的標準曲線(xiàn)。利用微電極測定反應器中產(chǎn)生的溶解態(tài)氧化亞氮的濃度。

圖1中國珠江口地區的研究區域和實(shí)時(shí)高分辨率監測軌跡點(diǎn)。沿監測軌跡（紅色曲線(xiàn)）采集了約27600個(gè)N2O濃度和環(huán)境參數（溶解氧(DO)、氧化還原電位(ORP)、鹽度、濁度、pH值和溫度）數據點(diǎn)。

研究目的

（1）采用16S rRNA基因測序和qPCR相結合的方法，對PRE內不同空間和環(huán)境介質(zhì)中與N2O相關(guān)的微生物群落和功能基因進(jìn)行表征。

（2）基于高分辨率N2O動(dòng)態(tài)和潛在的微生物驅動(dòng)機制，研究PRE中N2O的產(chǎn)生和分布過(guò)程，為從機理角度控制N2O排放提供科學(xué)支持。

研究結果

圖2 N2O濃度和飽和度的二維高分辨率分布。地表水中溶解性N2O的濃度和飽和度（a）。溶解性N2O濃度分布的垂直剖面圖（b）。

圖3 PRE硝化與反硝化細菌的相對豐度及共生網(wǎng)絡(luò )。各采樣點(diǎn)硝化和反硝化細菌的相對豐度（a）。構建的微生物網(wǎng)絡(luò )可視化：表層水（b）、底層水（c）和沉積物（d）。根據拓撲作用繪制了表層水(e)、底層水(f)和沉積物(g)中細菌群落的Pi-Zi圖。

圖4氨氧化和反硝化功能基因在PRE地表水（a）、底層水（b）和沉積物（c）中的分布。

圖5表層水（a）、底層水（b）和沉積物（c）中環(huán)境變量、細菌群落和功能基因之間的關(guān)系。

圖6氨氧化和反硝化群落對PRE N2O生成的驅動(dòng)效應。PRE各采樣點(diǎn)的氮代謝途徑和強度（a）。結構方程模型（SEMs）顯示營(yíng)養濃度、環(huán)境因素和相關(guān)功能基因對水體中溶解N2O濃度的影響（b）。AOA amoA、AOB amoA、nirS和nirK基因豐度與水體中溶解性N2O之間的關(guān)系（c）。