????降水事件引起的土壤復(fù)濕通常會(huì)導(dǎo)致CO₂和N₂O在短時(shí)間內(nèi)快速釋放。這種由降水驅(qū)動(dòng)的溫室氣體快速釋放，被稱為“脈沖效應(yīng)”或“Birch效應(yīng)”，對(duì)干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)來(lái)講，這種現(xiàn)象引起的碳氮釋放現(xiàn)象更加顯著。目前，對(duì)于脈沖效應(yīng)的潛在機(jī)制尚沒有確切定論。

????針對(duì)上述科學(xué)問題，中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所干旱區(qū)生態(tài)過程與生物適應(yīng)團(tuán)隊(duì)以生物土壤結(jié)皮為研究對(duì)象，在模擬野外降水事件的基礎(chǔ)上，通過淬滅羥基自由基（·OH）進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究了·OH氧化作用在干旱區(qū)土壤復(fù)濕過程中對(duì)CO₂和N₂O釋放的影響和內(nèi)在機(jī)制。

????研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤復(fù)濕后，快速激活的微生物是·OH產(chǎn)生的主要途徑。當(dāng)淬滅·OH后，同位素標(biāo)記結(jié)果顯示CO₂和N₂O 24小時(shí)累積釋放量相對(duì)于對(duì)照組分別下降了11-21%和67-90%，證明·OH氧化作用在CO₂和N₂O釋放中的顯著作用。利用酶活性和有機(jī)質(zhì)組分結(jié)構(gòu)變化進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)淬滅·OH后，有機(jī)質(zhì)組分結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單，而負(fù)責(zé)分解小分子的酶活性顯著升高，這表明·OH氧化對(duì)復(fù)雜有機(jī)質(zhì)的分解使微生物能將更多能量用于分解小分子有機(jī)物。·OH氧化通過與微生物酶促反應(yīng)的協(xié)同作用促進(jìn)了CO₂釋放。此外，通過淬滅·OH實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，·OH是通過促進(jìn)NH₄⁺轉(zhuǎn)化為NO₃^-，從而調(diào)控N₂O的釋放。

????本研究系統(tǒng)揭示了干旱區(qū)土壤復(fù)濕過程中·OH的產(chǎn)生途徑，及其對(duì)CO₂和N₂O釋放的影響，并深入探究了·OH氧化作用的內(nèi)在機(jī)制。研究揭示了·OH氧化途徑是干旱區(qū)不容忽視的溫室氣體重要釋放途徑，尤其是對(duì)于N₂O的釋放具有主導(dǎo)作用。

????以上研究結(jié)果以“Hydroxyl radical-driven oxidation as a key pathway for greenhouse gas production during soil drying-rewetting”為題發(fā)表在《Global Change Biology》。中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所郭星博士為第一作者，張?jiān)餮芯繂T和周曉兵研究員為論文通訊作者。該研究得到第三次新疆科考、國(guó)家自然科學(xué)基金和新疆維吾爾自治地區(qū)“天山人才”培養(yǎng)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

????論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.70552?msockid=10d887d97725620a0247956176436339

圖1：·OH氧化作用促進(jìn)CO₂釋放機(jī)制圖

圖2：·OH氧化作用促進(jìn)N₂O釋放機(jī)制圖

圖3：土壤再濕潤(rùn)后·OH加速溫室氣體產(chǎn)生的概念圖