Nitrogen loss from soil through anaerobic ammonium oxidation coupled to iron reduction

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作者
Wendy H. Yang,Karrie A. Weber,Whendee L. Silver
出处
期刊:Nature Geoscience [Nature Portfolio]
卷期号:5 (8): 538-541 被引量:392
标识
DOI:10.1038/ngeo1530
摘要

In marine and freshwater ecosystems, anaerobic ammonium oxidation is coupled to nitrite reduction, and accounts for a significant fraction of ecosystem nitrogen loss. Laboratory incubations suggest that ammonium oxidation coupled to iron reduction contributes to nitrogen loss in anaerobic slurries of tropical forest soils. The oxidation of ammonium is a key step in the nitrogen cycle, regulating the production of nitrate, nitrous oxide and dinitrogen. In marine and freshwater ecosystems, anaerobic ammonium oxidation coupled to nitrite reduction, termed anammox, accounts for up to 67% of dinitrogen production1,2,3. Dinitrogen production through anaerobic ammonium oxidation has not been observed in terrestrial ecosystems, but the anaerobic oxidation of ammonium to nitrite has been observed in wetland soils under iron-reducing conditions4,5. Here, we incubate tropical upland soil slurries with isotopically labelled ammonium and iron(iii) to assess the potential for anaerobic ammonium oxidation coupled to iron(iii) reduction, otherwise known as Feammox6, in these soils. We show that Feammox can produce dinitrogen, nitrite or nitrate in tropical upland soils. Direct dinitrogen production was the dominant Feammox pathway, short-circuiting the nitrogen cycle and resulting in ecosystem nitrogen losses. Rates were comparable to aerobic nitrification7,8 and to denitrification9, the latter being the only other process known to produce dinitrogen in terrestrial ecosystems. We suggest that Feammox could fuel nitrogen losses in ecosystems rich in poorly crystalline iron minerals, with low or fluctuating redox conditions.
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