قياس المعدلات المحتملة للحد من نترات الدسيميلي إلى الأمونيوم على أساس ¹⁴NH₄⁺/¹⁵NH₄⁺ تحليلات عن طريق التحويل المتسلسل إلى N₂O

وقد أدى التركيب الاصطناعي للأسمدة النيتروجينية وتطبيقه على نطاق واسع إلى إزعاج دورة النيتروجين العالمية إلى حد كبير. ويقدر أن نقل النيتروجين التفاعلي من النظم الأرضية إلى النظم الساحلية قد تضاعف منذ زمن ما قبل الثورة الصناعية¹. ويُجرَّف جزء كبير من الأسمدة التي تُطبق على حقل معين من التربة إلى الأنهار أو المياه الجوفية، في المقام الأول باعتبارها لا₃^{– 2}. وهذا قد يسبب مشاكل بيئية مثل تلوث مياه الشرب، ومغذيات، وتشكيل نقص الأكسجة. NO₃^– في بيئات المياه يتم إزالتها من أو الاحتفاظ بها في النظام الإيكولوجي عن طريق الاستيعاب البيولوجي ومختلف العمليات الجرثومية. ومن المعروف أن الحرمان من التخريب و anammox هي عمليات إزالة الميكروبات الرئيسية ل NO₃^−. التكريب هو التخفيض الميكروبي لـ NO₃^– إلى المنتجات الغازية N (NO و N₂O و N₂) إلى جانب أكسدة مانح إلكترون، مثل المواد العضوية، مما يقلل من خطر المشاكل المذكورة أعلاه. Anammox تنتج أيضا N₂ من NO₂^– وNH₄⁺; لذلك، فإنه يزيل N غير العضوية من النظام الإيكولوجي. وعلى العكس من ذلك، تعمل الهيئة على الاحتفاظ بـ N في نظام إيكولوجي؛ ومن المسلم به عموما أن يتم تنفيذ DNRA في المقام الأول عن طريق البكتيريا التخمير أو البكتيريا chemolithoautotrophic وأنها تقلل من dissimilatory NO₃^– إلى التوافر الحيوي وأقل متنقلة NH₄⁺.

وقد أجريت دراسات عن الأراضي المُصابة بالانساب في المقام الأول في النظم الإيكولوجية البحرية أو النظم الإيكولوجية لمصبات الأنهار، مثل رواسب المحيطات أو مصبات الأنهار والمياه، والملح أو تربة الأهوار الملوحة، وتربة المنغروف. النظم الإيكولوجية الساحلية أو البحرية مهمة كخزانات لإزالة NO₃^– من النظم الإيكولوجية الأرضية، وفي الدراسات السابقة فقد تبين أن DNRA تساهم على مدى مجموعة واسعة جدا من NO₃^– إزالة (0-99)^{3،4،5،6،7،8،10،,11}،^{1210،,13،14،15،,16،18}.¹⁸ وعلاوة على ذلك، وقد ثبت وجود DNRA في مجموعة واسعة من البيئات بما في ذلك بيئات المياه العذبة¹⁹، الأرز التربة²⁰، والتربة الغابات²¹. في حين أظهرت هذه الدراسات أن DNRA يمكن أن تكون قابلة للمقارنة ل denitrification NO₃^– إزالة، والدراسات التي تقيس نشاط DNRA لا تزال محدودة جدا بالمقارنة مع تلك التي قياس الحرمان.

وقد تم تقييم معدل DNRA باستخدام ¹⁵تقنية وضع العلامات النية بالاقتران مع تحليل البيانات عن طريق النماذج التحليلية أو الرقمية. ويستند أحد الحلول التحليلية لحساب معدل DNRA على الزيادة في ^{التخصيب 15}N من N₄⁺ تجمع بعد إضافة ¹⁵NO₃^– كمتتبع. ¹⁵ N-المسمى NO₃^– يضاف إلى عينة ومحتضنة، ويمكن بعد ذلك حساب معدل DNRA من التغيرات في نسبة التركيز والنظائر في NH₄⁺ قبل وبعد فترة معينة من الزمن. وفي هذه الورقة، يرد وصف تفصيلي لطريقة لقياس درجة التركيز من NH₄⁺ ونسبة النظائر، المطلوبة لحساب معدل DNRA. أساسا، الأسلوب المبلغ عنه هنا هو مزيج من عدة تقنيات ذكرت سابقا^{22،23،24،25،26} مع التعديلات المضافة إلى بعض الإجراءات. وتتألف هذه الطريقة من سلسلة من خمسة إجراءات المكون: (1) حضانة عينة بيئية مع تعديل جهاز تتبع النظائر المستقرة، ¹⁵_NO3^-،(2) استخراج واسترداد NH₄⁺ باستخدام “إجراء نشر” مع تعديلات، (3) أكسدة persulfate من NH₄⁺ في العينة، تتكون من السكان الأصليين NH₄⁺ و ¹⁵NH₄⁺ مشتقة من ¹⁵NO₃^– عن طريق نشاط DNRA ، إلى NO₃^– و ¹⁵NO₃^–، (4) التحول الميكروبي اللاحق NO₃^– و ¹⁵NO₃^– إلى N₂O isotopomers عن طريق طريقة denitrifier المعدلة، و (5) القياس الكمي للISOTOPOMers N₂O باستخدام الكروماتوغرافيا الغازية -قياس الطيف الشامل (GC/MS). في القسم التالي، أولاً، يتم وصف الإعداد للإجراءات (2) و (4) ثم، بعد ذلك، يتم وصف جميع الإجراءات المكونة الخمسة بالتفصيل.