Hickman等人的文章(1)提供了非常有趣的数据,表明入侵的固氮豆科葛根(山葛)表现出强烈的生物圈影响。多年来,该物种一直被认为是一种富含氮的植物,可以保护土壤免受风化和侵蚀(为此,它于20世纪50年代从日本引入美国)。然而,其主要植被的广泛蔓延(美国南部每年60000公顷)导致氮氧化物(NOx),特别是一氧化氮(NO)排放量增加,导致对流层臭氧水平上升。这种植物产生的NO是增加氮输入和土壤循环的结果。作者没有详细讨论与葛根入侵有关的NO形成的可能机制。对这些机制的澄清是一项重要任务,将导致对NOx和O的来源进行定量评估三温室气体。在此,我们简要讨论了NOx形成的可能来源,以概述未来的研究方向。
可以探索出一种可能性,即固氮过程导致根系中铵的积累,并通过NH刺激呼吸作用导致土壤中氧的耗竭4+(2). 在由此产生的厌氧条件下,硝酸盐和亚硝酸盐可以作为微生物产生NO的最终受体。迄今为止,只有土壤细菌(反硝化和氧化氨)的贡献被认为是NOx的重要来源。最近的研究表明,植物根系在缺氧条件下能够大量产生NOx(三). 导致这种反应的主要隔室是线粒体(原核生物的后代),它可以在缺氧的情况下利用亚硝酸盐产生NO(三)而其他NOx可能是该反应的副产物。虽然这一过程对土壤中NOx形成的影响必须量化,但与细菌相比,它可能是NOx的次要来源。不同的细菌参与氮循环,包括氨氧化为硝酸盐,硝酸盐还原为亚硝酸盐、氮气和铵。氨的氧化和硝酸盐/亚硝酸盐的还原都会形成NOx,作为相应反应的副产物。厌氧环境不仅在反硝化过程中,而且在浮游菌甚至硝化单胞菌氧化氨的过程中,都会刺激NOx的产生(4).
因为农业生物燃料生产和使用过程中氧化亚氮的排放可能会抵消全球变暖的减少(5),了解NOx的所有可能来源(包括微生物和植物)并量化其生物圈影响非常重要。希克曼等人的文章代表了朝着这个方向迈出的重要一步。这表明,如果没有适当的氮管理,入侵植物可能是氮氧化物形成和臭氧污染的重要来源。对氮氧化物产生的生物球源和分子机制的基础研究将导致对活性氮物种和臭氧在全球变暖潜力中的贡献水平进行适当量化。