Copper and cadmium co-contamination increases the risk of nitrogen loss in red paddy soils

镉 污染 铜 土壤水分 环境化学 氮气 环境科学 土壤污染 化学 农学 生物 生态学 土壤科学 有机化学
作者
Yifan Guo,Shulan Cheng,Huajun Fang,Jing Geng,Yuna Li,Fangying Shi,Hui Wang,Long Chen,Yi Zhou
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:479: 135626-135626 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.135626
摘要

The microbiome plays a crucial role in soil nitrogen (N) cycling and in regulating its bioavailability. However, the functional and genomic information of microorganisms encoding N cycling in response to copper (Cu) and cadmium (Cd) contamination is largely unknown. Here, metagenomics and genome binning were used to examine microbial N cycling in Cu and Cd co-contaminated red paddy soils collected from a polluted watershed in southern China. The results showed that soil Cu and Cd concentrations induced more drastic changes in microbial N functional and taxonomic traits than soil general properties. Soil Cu and Cd co-contamination stimulated microbial nitrification, denitrification, and dissimilatory nitrate reduction processes mainly by increasing the abundance of Nitrospira (phylum Nitrospirota), while inhibiting N fixation by decreasing the abundance of Desulfobacca. These contrasting changes in microbial N cycling processes suggested a potential risk of N loss in paddy soils. A high-quality genome was identified as belonging to Nitrospirota with the highest abundance in heavily contaminated soils. This novel Nitrospirota strain possessed metabolic capacities for N transformation and metal resistance. These findings elucidate the genetic mechanisms underlying soil N bioavailability under long-term Cu and Cd contamination, which is essential for maintaining agricultural productivity and controlling heavy metal pollution.
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