Medición de las tasas potenciales de reducción de nitrato disimilado a amonio basada en ¹⁴NH₄⁺/¹⁵NH₄⁺ Análisis a través de la conversión secuencial a N₂O

La síntesis artificial de fertilizantes nitrogenados y su aplicación generalizada han perturbado enormemente el ciclo global del nitrógeno. Se estima que la transferencia de nitrógeno reactivo de los sistemas terrestres a los costeros se ha duplicado desde tiempos preindustriales¹. Una porción significativa de los fertilizantes aplicados a un campo determinado se lava lejos del suelo a los ríos o aguas subterráneas, principalmente como NO₃^{a 2}. Esto puede causar problemas ambientales como la contaminación del agua potable, la eutrofización y la formación de hipoxia. NO₃^en ambientes de agua se elimina o se retiene en el ecosistema a través de la asimilación biológica y varios procesos de disimilación microbiana. Se sabe que la desnitrificación y el anammox son los principales procesos de eliminación microbiana para NO_3.⁻ La desnitrificación es la reducción microbiana de NO₃^a los productos N gaseosos (NO, N₂O y N₂₎junto con la oxidación de un donante de electrones, como las sustancias orgánicas, reduciendo así el riesgo de los problemas antes mencionados. Anammox también produce N₂ a partir de NO_2o⁻ y NH₄⁺; por lo tanto, elimina N inorgánico de un ecosistema. Por el contrario, DNRA trabaja para retener N en un ecosistema; generalmente se acepta que DNRA se realiza principalmente por bacterias fermentativas o bacterias quimiolitoautotróficas y que reducen el disimilario NO₃^a BIOdisponible y menos móvil NH₄⁺.

Los estudios sobre DNRA se han realizado principalmente en ecosistemas marinos o estuarinas, como sedimentos oceánicos o estuarinas y agua, tierra de marisma sal o salobre, y suelo de manglar. Los ecosistemas costeros o marinos son importantes como reservorios para eliminar NO₃^de los ecosistemas terrestres, y en estudios anteriores se ha demostrado que DNRA contribuye en una gama muy amplia de^eliminación de NO₃(0-99%)^{3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,,15,16,17,18}.¹⁴ Además, la existencia de DNRA se ha demostrado en una amplia gama de ambientes, incluyendo ambientes de agua dulce^19,suelos de arroz^20,y suelos forestales^21. Si bien estos estudios han demostrado que DNRA es potencialmente comparable a la desnitrificación para la^eliminación de NO_3,los estudios que miden la actividad de DNRA son todavía muy limitados en comparación con los que miden la desnitrificación.

La tasa DNRA se ha evaluado utilizando ¹⁵técnicas de etiquetado N junto con el análisis de datos a través de modelos analíticos o numéricos. Una solución analítica para calcular la tasa DNRA se basa en el aumento en el enriquecimiento de ¹⁵N de la piscina NH₄⁺ después de la adición de ¹⁵NO₃^como trazador. ¹⁵ Se añade N-etiqueta no₃⁻ a una muestra e incubada, y la tasa de DNRA se puede calcular a partir de los cambios en la concentración y la relación de isótopos en NH₄⁺ antes y después de un cierto período de tiempo. En este artículo, se describe en detalle un método para cuantificar la concentración NH₄⁺ y la relación de isótopos, que se requieren para calcular la tasa DNRA. Básicamente, el método reportado aquí es una combinación de varias técnicas previamente reportadas^{22,23,24,25,26} con modificaciones añadidas a algunos procedimientos. El método se compone de una serie de cinco procedimientos componentes: (1) incubación de una muestra ambiental con la modificación de un trazador de isótopos estable, ¹⁵NO_3o,⁻(2) extracción y recuperación de NH₄⁺ utilizando un “procedimiento de difusión” con modificaciones, (3) oxidación de persulfato de NH₄⁺ en la muestra, que consiste en los indígenas NH₄⁺ y ¹⁵NH₄⁺ derivados de ¹⁵NO₃^a través de la actividad DNRA, en NO_3o⁻ y ¹⁵NO_3o,⁻(4) transformación microbiana posterior de NO_3o⁻ y ¹⁵isótopómeros NO₃^a N₂O mediante el método desnitrificador modificado y (5) cuantificación de los isótopómeros N₂O utilizando cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC/MS). En la siguiente sección, en primer lugar, se describe la preparación para los procedimientos (2) y (4) y, posteriormente, se describen detalladamente los cinco procedimientos de componentes.