Потребление минерального азота микробами способствует выбросам HONO из сельскохозяйственных почв

Новое исследование указывает, что микробное восстановление нитратов является важным путём образования азотистой кислоты (HONO) в аэробных почвах. Это означает, что наземные экосистемы, благоприятствующие этому процессу, могут быть "горячими точками" выбросов HONO, влияя на атмосферную химию. Исследование было опубликовано в марте в журнале Communications Earth and Environment.

Исследование показало, что почвы, в которых активны микробы, потребляющие нитраты, могут быть ключевыми для производства и последующего выделения HONO из почвы в атмосферу. Это открытие имеет широкие последствия. Например, в бореальном регионе постепенное весеннее оттаивание и повышение температуры воздуха с приближением лета могут усилить восстановление нитратов и, как следствие, выбросы HONO из почвы. Текущий баланс HONO указывает, что почва является недостающим источником этого соединения. Понимание почвенных, и особенно микробных, процессов поможет улучшить наше понимание баланса HONO и связанных с ним атмосферных реакций.

Глобально половина пригодной для жизни земли используется в сельском хозяйстве, и выбросы HONO с этих территорий могут влиять на химический баланс атмосферы. HONO, в отличие от закиси азота (N₂O), не является парниковым газом. Однако оба этих газа образуются в почвенном цикле азота. "Как известно, сельскохозяйственные почвы по всему миру получают большое количество минерального азота в качестве удобрения, что делает их "горячими точками" выбросов N₂O. Однако исследований, сообщающих о выбросах HONO из сельскохозяйственных почв, мало, а информация о путях образования HONO скудна", — говорит научный сотрудник Хем Радж Бхаттарай из Финского института природных ресурсов.

Почвы являются сильными источниками HONO, однако пути его образования в почвах и их относительный вклад изучены слабо. В этом исследовании с помощью стабильных изотопов азота (¹⁵N) в качестве трассеров была оценена роль и количественно определён вклад почвенных микробов в выбросы HONO.

Это первое исследование, показывающее относительный вклад микробных путей в выбросы HONO из почвы.

Используя два типа сельскохозяйственных почв (минеральную и органическую) в Маанинке (Финляндия), исследование показало, что почвенные микробы, потребляющие минеральный азот, способствуют образованию и выделению HONO — газа азота, который в атмосфере производит гидроксильный радикал (OH). "OH-радикал является сильным атмосферным окислителем, который инициирует множество химических реакций в атмосфере, включая образование облаков и удаление мощного парникового газа — метана", — поясняет Бхаттарай.

Исследование выявило, что в пахотных почвах микробный путь, использующий нитрат (денитрификация), вносил больший вклад в производство HONO, чем путь, использующий аммоний (нитрификация). Денитрификация — это анаэробный процесс восстановления нитрата, тогда как нитрификация — аэробный процесс окисления аммония. Вклад денитрификации превышал вклад нитрификации в обеих изученных почвах. "Эти выводы важны, в основном, по двум причинам. Во-первых, это первое исследование, которое с помощью подхода с изотопным трассером ¹⁵N оценило и показало относительный вклад микробных путей в выбросы HONO из почвы в заданном месте и времени. Во-вторых, мы чётко показали, что денитрификация вносит существенный вклад в выбросы HONO в аэробных условиях пахотных почв. Обычно считается, что аэробные условия в почвах благоприятствуют нитрификации, а не денитрификации".

Хотя потенциальная связь между почвой и атмосферным HONO была впервые сообщена в конце 1960-х годов, лишь в 2013 году атмосферный HONO был тесно связан с почвенным циклом азота. Однако процессы цикла минерального азота в почве, способствующие образованию HONO во многих экосистемах, включая бореальные сельскохозяйственные, оставались неисследованными. "Благодаря этому исследованию мы теперь можем определённо заявить, что почвенные микробы, использующие минеральный азот, играют ключевую роль в производстве предшественника OH, то есть HONO, в сельскохозяйственных почвах. Тем не менее, необходимы дополнительные исследования выбросов HONO из почвы, чтобы лучше определить роль почвы в атмосферной химии через выделяемый HONO и, как следствие, образование OH", — говорит Бхаттарай.