微生物氮营养与东非湖泊溶解有机质特性关系研究

东非湖泊，尤其是苏打湖，是大量野生动物的栖息地，如火烈鸟、哺乳动物和鱼类。当地的高温、光照强度和碱度（无机碳），使这些湖泊以其高初级产量而闻名。然而，这些湖泊通常位于偏远地区，接受的养分投入很少，因此铵（NH⁴⁺）循环与固氮成为浮游植物主要的氮供应机制。但在人为干扰最小的湖泊中，我们对微生物氮营养的驱动仍然知之甚少。

近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所张路研究员团队姚晓龙博士利用稳定同位素示踪技术，在2020年初旱季期间在东非（坦桑尼亚和肯尼亚）的18个湖泊和水库中测量了NH⁴⁺的再循环速率和与微生物氮营养有关的3个功能基因（nifH、gdh和ureC）。NH⁴⁺的再生支持了高达71%的NH⁴⁺吸收率。

研究结果表明湖泊和水库的群落生物NH⁴⁺需求（CBAD）均为正，表明微生物群落对氮的需求明显，微生物对NH⁴⁺的吸收率与溶解有机物（DOM）的性质密切相关（例如，254nm处的吸收系数，微生物腐殖质和蛋白质样成分贡献的总荧光强度的百分比），并且水停留时间通过调节湖中DOM加工的持续时间和影响藻类生长来驱动微生物的NH⁴⁺循环。浮游植物，特别是蓝藻科浮游植物，在一定的水停留时间范围内（如5-8年），生物量最大，NH⁴⁺循环速率较高。然而，CBAD随水停留时间的延长呈下降趋势，这可能受藻类群落组成变化的影响（如，蓝藻百分比与硅藻百分比）。这些结果表明，DOM动态和水中停留时间有可能有助于了解东非湖泊微生物氮供应状况。

上述研究成果发表在水环境领域著名刊物Science of The Total Environment上，研究得到国家重点研发计划项目和中国科学院国际合作计划项目的联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175197

图1 研究区域

图2 研究区域浮游植物丰度（a）和组成（b）；铵吸收与铵再生速率、群落生物铵需求（CBAD）（c）；氮功能基因（d）

图3 三种不同情景下湖泊和水库微生物铵（NH⁴⁺）循环的概念模型