Foliar N₂O emissions constitute a significant source to atmosphere  

植物叶片N₂O排放是大气中重要的来源  

来源：Global Change Biology WILEY  

《全球变化生物学》威立出版社  

 

摘要内容：  

该研究发现，陆地植物叶片在自然条件下普遍释放N₂O，主要由内生细菌驱动，硝酸盐是主要氮源。全球叶片N₂O排放估算为1.21-1.01 Tg N₂O-N/年，占当前全球年排放量的6%-7%。  

 

研究目的：  

验证不同植物类群在自然条件下是否普遍排放N₂O。  

 

量化叶片N₂O排放的全球贡献。  

 

揭示叶片产生N₂O的机制。  

 

研究思路：  

通过8组实验逐步排除其他可能性并验证假说：  

实验1：测量25种植物叶片原位N₂O排放速率（图1）。

 

 

实验2：表面灭菌处理验证叶面微生物贡献（图2）。  

 

 

实验3：¹⁵N₂O灌溉验证土壤传输贡献（图3）。  

 

 

实验4：¹⁵N标记硝酸盐/铵盐注射确定氮源（图4）。  

 

 

实验5：遮光处理验证光合作用关联性（图5）。  

 

 

实验6：杀菌剂注射验证内生菌作用（图6）。  

 

实验7：分离鉴定产N₂O内生菌（表1）。  

 

 

实验8：内生菌回接实验验证因果关系（图7）。  

 

 

测量的数据及意义：  

N₂O排放速率（图1、表2-3）：  

 

 

 

 

   25种植物季节平均排放速率为3.2-9.2 ng N₂O-N/g干叶/h，证明植物普遍排放。  

表面灭菌处理（图2）：  

   灭菌后排放未显著降低，排除叶面微生物贡献。  

¹⁵N₂O灌溉（图3）：  

   土壤溶解N₂O浓度提高12倍，但叶片¹⁵N富集仅轻微增加，说明土壤传输贡献有限。  

¹⁵N标记实验（图4）：  

   硝酸盐注射组N₂O排放量和¹⁵N富集显著高于对照组，确定硝酸盐为主要氮源。  

遮光处理（图5）：  

   遮光未显著改变排放速率，排除光合作用直接关联，支持内生菌利用储存的光合产物。  

杀菌剂处理（图6）：  

 

 

   注射链霉素（细菌抑制剂）使排放降低81-99%，而真菌抑制剂无影响，证实细菌内生菌主导排放。  

内生菌分离与鉴定（表1、图7）：  

   从水稻叶片分离出3株产N₂O的芽孢杆菌属内生菌，回接后显著增加排放，建立因果关系。  

 

研究结论：  

所有测试植物在自然条件下均通过叶片排放N₂O，季节平均速率3.2-9.2 ng N₂O-N/g干叶/h。  

 

排放主要由内生细菌驱动，硝酸盐是主要氮源，与植物光合作用无直接关联。  

全球叶片N₂O排放估算为1.21 Tg（基于生物量）至1.01 Tg（基于硝酸盐吸收），占当前全球年排放量的6%-7%。  

该发现修正了传统土壤微生物主导的N₂O排放模型，需在气候变化模型中纳入植物排放源。  

 

丹麦Unisense电极测量数据的研究意义：  

在实验3中，使用Unisense微电极（500 μm尖端）原位测量根际土壤溶液溶解N₂O浓度。数据显示：  

灌溉¹⁵N₂O水后，土壤溶解N₂O浓度从0.08 μM升至0.96 μM（图3内嵌小图），但叶片排放的¹⁵N₂O富集度仅从自然丰度0.37%微增至0.42%，且总排放量增幅不显著。  

 

意义：该高精度微电极技术首次在自然条件下量化了土壤-植物系统的N₂O传输效率，证明尽管土壤N₂O浓度剧增，但通过蒸腾流传输到叶片的比例极低（<5%），排除了土壤传输是叶片排放主要来源的可能性，为后续聚焦植物内生过程提供关键证据。其微创测量特性避免了传统气室法对根际环境的干扰，数据可靠性显著优于传统方法。