研究人员发现大自然的备份计划，用于将氮气转化为植物营养素

普林斯顿大学的研究人员发现，大自然已经开发了一种将大气氮转化为对植物生长和土壤肥力至关重要的营养形式的备用方法。研究人员报告称，称为氮固定的方法可以由生态系统中的金属钒进行 - 特别是在北半球 - 主要催化剂钼是稀缺的。该研究表明，自然恢复生态系统在人造的骚乱之后或施肥农业土地的能力比以前认为更具弹性。

虽然氮对于所有生物体至关重要 - 它占人体的3％ - 占地78％的地球大气，它几乎讽刺地难以进入它的植物和自然系统。

大多数生物不可用大气氮。本质上，水土中的专业微生物和水体将氮转化为氨 - 一种氮的关键形式，寿命可以容易地进入氮固定的过程。在农业中，可以种植促进氮固定的大豆和其他豆类以恢复土壤肥力。

“当环境变化时，本质似乎是维持生态系统生育的备份方法。” - Romain darnajoux.

在为植物和生态系统中获得氮气的过程中的额外障碍是微生物氮素“固定剂”掺入含有富含金属核心的含氮酶的复杂蛋白质。现有研究专注于含有特定金属，钼的氮酶。

然而，土壤中发现的极少量的钼已经提出了对土地上氮固定的自然限制的担忧。科学家们想知道钼的稀缺性在恢复人类干扰后恢复生态系统生育能力的稀缺性的限制，或者人们越来越多地搜索耕地以养成不断增长的人口。

普林斯顿大学研究人员发现，当国家科学院刊物的一项研究中，当钼稀缺时，其他金属可以促进其他金属可以促进氮素固定，这表明该过程可能比以前思想更具弹性。研究人员发现在加拿大的372英里（600公里）的北方森林中，发现生态系统规模的氮固定也可以被金属钒催化，特别是在具有有限的天然氮投入的北部地区。

“这项工作促使我们对我们对微量营养素的理解进行了重大修订，我们如何控制生态系统氮地位和生育能力，”地质助理教授和普林斯顿环境研究所的助理教授。

“我们需要了解更多关于氮固定在营养预算，骑自行车和生物团方面如何表现出来的信息，”她说。“这种发现的一种结果是，通过固定将氮气量的氮气量的当前估计可能显着低估。这是我们理解森林生态系统的营养需求的主要问题，目前用作人为碳的重要汇。“

“大幅改变空气质量的人类活动可以对甚至远程生态系统功能的影响感到深远的影响。” - 新宁张

首次作者Romain Darnajoux是张建国研究组的博士后研究伙伴，解释说，调查结果验证了科学界的长期假设，其中存在不同的金属变体，使得生物可以应对金属可用性的变化。研究人员发现，当环境钼水平低时，基于钒的氮固定仅是实质性的。

“当环境变化时，大自然进化了备份方法，以维持生态系统生育能力，”Darnajoux说。“每个氮循环步骤都涉及需要特定痕量金属的酶。钼和铁通常是科学研究的重点，因为它们认为在氮固定酶氮酶中是必需的。然而，基于钒的亚硝酸盐也存在，但遗憾的是，这种酶的氮气输入很大程度上忽略了。“

Darnajoux和张在Quke University和Marie Renaudin和谢伯克大学的Quke University和Marie Renaudin和Jean-Philippe Bellenger奏效了尼古拉斯Magain和FrançoisLutzoni。

DarnaJoux说，研究人员的结果表明，通过固定的氮气投入到北方森林中的氮气投入估计较低，这将低估植物植物生长的氮需求，DarnaJoux表示。北方森林通过作为人为碳的水槽帮助减轻气候变化。虽然这些北方森林都没有看到许多人类访客甚至是最轻盈的大都市，但人类活动仍然可以通过大气运输含有氮气和钒如钼和钒的空气污染的大气输送来产生重大影响。

“大幅改变空气质量的人类活动可以对甚至远程生态系统的功能产生深远的影响，”张说。“调查结果突出了空气污染在改变微量营养素和Macronourrient动态的重要性。由于空气是全球性行为，金属和氮循环与空气污染之间的联系具有一些有趣的政策和管理方面。“

研究人员的调查结果可以帮助开发更准确的气候模型，该模型不会明确地遏制钼或钒的信息，模拟通过土地，海洋和大气的全球氮气流动。

钒驱动的氮固定的重要性延伸到其他高纬度地区，最有可能温血和热带系统，Darnajoux和张说。钼钼的阈值需要激活或停用它们在其研究中发现的钒氮固定的阈值显着类似于为跨越Perse Biomes的样品发现的氮固定的钼要求。

研究人员将继续寻找北纬基于钒的氮固定。他们还将眼睛转向更接近家庭的地区，启动新泽西温带森林中的微型和常克营养动力学的研究，他们计划将他们的工作扩展到热带系统。

参考：“生态系统规模替代钒酸盐酸血清林林林森林植物植物的活性”由Romain Darnajoux，Nicolas Magain，Marie Renaudin，FrançoisLutzoni，JeançoisLutzoni，Jean-Philippe Bellenger和新宁张，2019年11月14日，国家科学院讨论.DOI：
10.1073 / PNA.1913311116

这项工作得到了西蒙斯基金会，加拿大自然科学和工程研究委员会的生命科学博士奖学金（Grant RGPIN-2016-03660），Boreal生物地球化学的加拿大研究椅（CRC-950-230570）和A国家科学基金会地质学和低温地球化学奖（EAR-1631814），生物分析奖（Deb-1046065）和系统发育系统奖（Deb-1556995）。