酸化作用促进了海洋硝化细菌产生一氧化二氮（N2O）的过程

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Acidification Stimulates N2O Production by Oceanic Nitrifying Bacteria

海洋酸化导致富营养化海水中硝酸盐生产率显著增加，高溶解氧（35%）时氨氧化细菌通过NH?OH氧化和NO??还原途径同等促进N?O生成，低溶解氧（3%）时酸化更增强NO??还原途径占比。

　　

摘要

最近的研究表明，随着海洋酸化（OA）的发生，好氧海水中一氧化二氮（N₂O）的生成速率发生了变化。了解N₂O生成对海洋酸化的响应至关重要，因为N₂O是一种强效的温室气体，同时也会消耗平流层臭氧。本研究在多种溶解氧（DO）条件下，研究了海洋细菌Nitrosococcus oceani NS58菌株N₂O生成速率与pH值之间的关系。该菌株属于参与富营养化海水硝化过程的氨氧化细菌。我们还测量了用稀有稳定同位素标记的N₂O分子的丰度比，以区分硝化过程中两种主要的N₂O生成途径：NH₂OH氧化和NO₂^?还原。根据产物浓度随时间的变化计算得到的氨氧化速率（$$）和N₂O生成速率（$$）分别为4–34 × 10^?15 mol h^?1 cell^?1和1–15 × 10^?17 mol h^?1 cell^{?1₂O生成速率最高，且酸化作用（pH值从8.0降至7.7）使其增加了5%–60%。同位素分析结果显示，在35%和3%的溶解氧浓度下，NO₂?还原途径的贡献超过了NH₂OH氧化途径，但其pH依赖性在3%溶解氧浓度以下可以忽略不计。这些结果表明，海洋酸化会加剧富营养化海水中N₂O的排放，且两种N₂O生成途径可能受到同等程度的刺激。}

通俗语言总结

一氧化二氮（N₂O）是一种强效的温室气体，同时会破坏平流层臭氧。最新研究表明，大气中二氧化碳（CO₂）浓度的增加导致了近海表层海水中N₂O生成速率的变化。在富含营养物质的氧化海水中（如沿海地区和河口），硝化细菌是N₂O的主要生成源。当这些细菌将铵离子（NH₄⁺）氧化为亚硝酸盐（NO₂^?）时，会生成N₂O作为副产物。通过模拟不同酸度（pH值）和溶解氧浓度的实验室实验，我们研究了海洋硝化细菌对海洋酸化的响应。结果表明，在酸化水体中，NH₄⁺氧化为NO₂^?的速率没有变化或仅略有增加；而当水的pH值从8.0降至7.7时，N₂O的生成速率增加了5%–60%。对生成的N₂O中氮稳定同位素比例的分析表明，两种N₂O生成途径都受到了同等程度的刺激。这些发现意味着，未来的海洋酸化将导致富营养化海水中N₂O的排放量进一步增加。

关键点

• 沿海地区和河口中的硝化细菌Nitrosococcus oceani在pH值降低时会产生更多的N₂O

• 在氧气饱和条件下，N₂O生成的增加是由于NH₂OH氧化和NO₂^?还原两条途径同时得到增强

• 在较低氧气浓度下，酸化作用增强了NO₂^?还原途径对N₂O生成的贡献

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性声明

本研究使用的数据可在Zenodo平台上获取，网址为：https://doi.org/10.5281/zenodo.18309181（Toyoda等人，2026年）。