最近，中国热科院环植所农业环境研究团队在土壤学国际权威期刊发表了题为“土壤有机氮异养硝化：过程途径，调控因子和生态学意义”的综述性文章。该文章着重从异养硝化作用的发生机制、过程调控、生态学意义等内容进行了综述，为洞悉土壤异养硝化机理提供了重要窗口，对陆地生态系统氮素的管理具有重要的指导意义。
硝化作用是氮（N）素生物地球化学循环至关重要的环节。除了自养硝化微生物，自然界许多异养微生物也可以进行硝化作用。这些异养硝化者不仅可以氧化无机氮，还可以有机氮为底物生产硝态氮，即有机硝化。虽然异养硝化概念的提出已有100多年，但异养硝化菌的生物化学过程和异养硝化的发生机制仍知之甚少，它们对土壤硝化作用的贡献仍然是推测性的。土壤异养硝化作用的机理研究亦是全球氮循环研究中具有挑战性的一个科学问题。
本文综述了土壤中有机硝化的微生物驱动机制的主要科研进展，讨论了异养硝化发生的热点区域和环境基础，氮矿化、氨氧化如何影响有机硝化，以及异养硝化对土壤硝态氮（NO3-）和一氧化二氮（N2O）生产的贡献等关键科学问题。本文汇聚了国内外专家学者近三十年来从同位素示踪与模拟、选择性抑制方法出发得出的新成果和新观点，指出：1）在酸性或高碳氮比（寡营养或N限制）的土壤，有机硝化的发生不仅和惰性有机质的氧化有关，还与内源呼吸、细胞死亡密切关联；2）在非酸性或低碳氮比（N相对丰富）的土壤，有机硝化的发生可能与微生物N固持的碳限制有关。硝化真菌往往缺乏氨单加氧酶(AMO)，缺乏AMO的硝化真菌可能是有机硝化的关键驱动因子。参与有机硝化的微生物不仅包括耐酸、恐氮的物种，也包括对酸敏感、喜氮的物种。氮矿化对有机硝化的影响途径包括底物竞争，氨化诱导的pH 升高，以及可利用性氨对喜氮、恐氮物种竞争优势的调控效应。异养氨氧化，而非自养氨氧化，可能对有机硝化具有重要的调控作用。有机硝化和异养氨氧化的发生可能存在“跷跷板”效应。有机硝化的发生尽管可以缓解酸性或寡营养的生态系统的N限制，但大量的有机氮氧化为硝不利于生态系统的N固持。整合分析发现，在一些水分非饱和的土壤，有机硝化对N2O排放的贡献可能超过氨氧化和反硝化。针对当前异养硝化机理研究过程存在的若干问题和挑战，提出未来的研究重点是有机硝化、异养氨氧化和自养氨氧化的高分辨率区分，参与土壤有机硝化的活性物种的定向筛选富集，异养硝化者氮代谢通路的同位素示踪及有机硝化的活化与失活机制解码。
研究成果“Heterotrophic nitrification of organic nitrogen in soils: process, regulation, and ecological significance”以综述形式发表于土壤学经典期刊《Biology and Fertility of Soils》(中科院一区TOP，IF=6.605)。中国热科院环植所高文龙博士为第一作者兼通讯，陈淼副研究员为该论文共同通讯作者。该研究得到了海南儋州热带农业生态系统国家野外科学观测研究站支持，得到了国家自然科学基金、中国热科院揭榜挂帅项目、广东省面上基金、海南省重点研发计划项目等项目的资助。
硝化作用的发生途径及机理
论文全文链接：https://linkspringer.53yu.com/article/10.1007/s00374-023-01707-7
