Medição das Taxas Potenciais de Redução de Nitrato Dissimlatório para Amônio Com base em ¹⁴NH₄⁺/¹⁵NH₄⁺ Análises via Conversão Sequencial para N₂O

A síntese artificial do fertilizante nitrogênio e sua aplicação generalizada têm perturbado muito o ciclo global de nitrogênio. Estima-se que a transferência de nitrogênio reativo de sistemas terrestres para costeiros dobrou desde o pré-industrial¹. Uma porção significativa de fertilizantes aplicados a um determinado campo é levada do solo para rios ou águas subterrâneas, principalmente como nº₃^{− 2}. Isso pode causar problemas ambientais, como a poluição da água potável, a eutrofização e a formação de hipóxia. NO₃⁻ em ambientes hídricos é removido ou retido no ecossistema através de assimilação biológica e vários processos dissimlatórios microbianos. A denitrificação e a anammox são conhecidas por serem os principais processos de remoção microbiana para o NO₃⁻. A denitrificação é a redução microbiana de produtos_N⁻ N gasoso (NO, N₂O e N₂) juntamente com a oxidação de um doador de elétrons, como substâncias orgânicas, reduzindo assim o risco dos problemas acima mencionados. A Anammox também produz N₂ a partir de NO₂⁻ e NH₄⁺; portanto, remove n inorgânico de um ecossistema. Por outro lado, a DNRA trabalha para reter n em um ecossistema; é geralmente aceito que o DNRA é realizado principalmente por bactérias fermentativas ou quimiotoautotróficas e que reduzem o dissimlatório NO₃^– à NH 4⁺₄+ biodisponente e menos móvel.

Estudos sobre DNRA têm sido realizados principalmente em ecossistemas marinhos ou estuarinos, como sedimentos oceânicos ou estuarinos e água, solo salgado ou salgado e solo de manguezal. Ecossistemas costeiros ou marinhos são importantes como reservatórios para a remoção do Nº₃^– dos ecossistemas terrestres, e em estudos anteriores o DNRA tem se mostrado contribuinte em uma gama muito ampla de NO₃⁻ remoção (0-99%)^{3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18}. Além disso, a existência do DNRA tem sido demonstrada em uma ampla gama de ambientes, incluindo ambientes de água doce^19,solos de arroz²⁰e solos^{florestais 21}. Embora esses estudos tenham demonstrado que o DNRA é potencialmente comparável à denitrificação para o NO₃⁻ remoção, os estudos que medem a atividade de DNRA ainda são muito limitados em comparação com aqueles que medem a denitrificação.

A taxa de DNRA foi avaliada ^{utilizando-se 15}técnicas de rotulagem N em conjunto com a análise de dados por meio de modelos analíticos ou numéricos. Uma solução analítica para calcular a taxa DNRA baseia-se no aumento do enriquecimento de ¹⁵N do pool NH₄⁺ após a adição de ¹⁵NO₃⁻ como rastreador. ¹⁵ N-rotulado NO₃⁻ é adicionado a uma amostra e incubado, e a taxa de DNRA pode então ser calculada a partir da concentração e da razão isótopo alterações na NH₄⁺ antes e depois de um determinado período de tempo. Neste artigo, um método para quantificar a concentração NH₄⁺ e a razão isótopos, que são necessários para calcular a taxa de DNRA, é descrito em detalhes. Basicamente, o método aqui relatado é uma combinação de várias técnicas relatadas anteriormente^{22,23,24,25,26} com modificações adicionadas a alguns procedimentos. O método é composto por uma série de cinco procedimentos componentes: (1) incubação de uma amostra ambiental com a alteração de um rastreador de isótopos estáveis, ¹⁵NO₃⁻, (2) extração e recuperação de NH₄⁺ utilizando um “procedimento de difusão” com modificações, (3) oxidação persulfato de NH₄⁺ na amostra, constituído por NH₄⁺ e ¹⁵NH₄⁺ derivados de ¹⁵NO₃⁻ via atividade DNRA, em NO₃⁻ e ¹⁵NO₃⁻, (4) posterior transformação microbiana de NO₃⁻ e ^{1 5}NO₃⁻ para N₂O isotopomers através do método denitrifier modificado, e (5) quantificação dos isotopolímeros N₂O usando cromatografia a gás espectrometria de massa (GC/MS). Na seção seguinte, primeiro, a preparação para procedimentos (2) e (4) é descrita e, posteriormente, todos os cinco procedimentos componentes são descritos detalhadamente.