Comparison between microbial nitrogen cycling in tropical peat soils of swamp forests and oil palm plantation
Laen...
Kuupäev
2025
Kättesaadavus
27.05.2028
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Eesti Maaülikool
Abstrakt
Tropical peatlands play an important role in nutrient cycling and greenhouse gas regulation but are increasingly being drained for agricultural purposes. Drainage effects the natural hydrology of peatlands and alters the physical and chemical parameters of the soil. Additionally, it increases the emissions of nitrous oxide (N2O), a potent greenhouse gas and ozone depleter.
The main objective of this study was to assess the the impact of tropical peatlands with different land uses on microbial nitrogen (N) cycle processes and N2O and potential N2 emissions. The study was conducted in four tropical peat ecosystems: an oil palm plantation on peat soil and a natural peat swamp forest in Malaysia, as well as a natural peat swamp forest and a secondary peat swamp forest in Peru. Quantitative polymerase chain reaction (qPCR) was used to determine the abundance of N-cycle marker genes involved in nitrification (bacterial, archaeal, and COMAMMOX amoA), denitrification, (nirK, nirS, nosZI, nosZII, and fungal nirK), dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA; nrfA), and nitrogen fixation (nifH). In addition, soil physico-chemical parameters and gaseous N emissions (N2O and potential N2) were measured.
The results revealed differences in the N emissions and microbiome across different tropical peatland ecosystems. Natural peat swamp forest in Malaysia had the highest N2O and potential N2 emissions with a genetic potential for both N2O and N2 production. Secondary peat swamp forest in Peru showed a high genetic potential for denitrification process. The lowest, nearly negligible N2O emissions were observed in the natural peat swamp forest in Malaysia, caused likely due to the reduction of N2O to N2 via complete denitrification, supported by a high abundance of denitrification genes. Oil palm plantations exhibited significantly higher N2O emissions compared to the natural swamp forest in Malaysia, primarily driven by drainage for oil palm cultivation and increased activity of nitrifiers. Ammonia-oxidizing archaea appear to be the dominant nitrifiers in the studied tropical peatlands. Additionally, Peruvian secondary swamp forest demonstrated the highest soil N2O sink capacity, indicating efficient N2O reduction to N2.
Troopilised turbaalad on olulised toitainete ringes ja kasvuhoonegaaside reguleerimises, kuid üha enam kuivendatakse neid põllumajanduslikel eesmärkidel. Kuivendamine mõjutab turbaalade looduslikku veerežiimi ja mulla füüsikalis-keemiliste omadusi. Lisaks suureneb ohtliku kasvuhoonegaasi ja osoonikihi lõhkuja dilämmastikoksiidi (N2O) ehk naerugaasi emissioon atmosfääri. Käesoleva magistritöö peamiseks eesmärgiks oli hinnata erineva maakasutusega troopiliste turbaalade mõju mikroobsetele lämmastikuringe protsessidele ning N2O ja N2 emissioonidele. Uuring viidi läbi neljal troopilisel turbaalal: õlipalmiistanduse turvasmullal ja looduslik soomets Malaisias ning looduslik ja sekundaarne soomets Peruus. Reaalaja polümeraasi ahelreaktsiooni (qPCR) kasutati nitrifikatsiooni (bakterite, arhede ja COMAMMOX amoA), denitrifikatsiooni (nirK, nirS, nosZI, nosZII, seente nirK), dissimilatoorsse nitraadi redutseerimine ammooniumiks (DNRA; nrfA) ning lämmastiku fikseerimise (nifH) markergeenide arvukuse määramiseks. Lisaks määrati muldade füüsikalis-keemilised parameetrid ning mõõdeti N2O ja potentsiaalsed N2 emissioonid mullast. Tulemused näitasid erinevusi N2O ja N2 emissioonides ning mikroobikooslustes erinevate ökosüsteemide vahel. Peruu looduslikus soometsas olid kõige kõrgemad N2O ja potentsiaalsed N2 emissioonid ning geneetiline potentsiaal nii N2O kui ka N2 tootmiseks. Sekundaarses soometsas Peruus ilmnes suur denitrifikatsioonipotentsiaal. Kõige madalamad emissioonid mõõdeti Malaisia looduslikus soometsas mis on tõenäoliselt tingitud N2O täielikust redutseerimisest N2-ks läbi täieliku denitrifikatsiooni, mida näitab ka kõrge denitrifikatsiooni markergeenide arvukus. Õlipalmiistandustes olid N2O emissioonid oluliselt kõrgemad võrreldes loodusliku soometsaga, mis on seletatav kuivenduse mõju ja nitrifitseerijate kõrge arvukusega. Ammooniumi oksüdeerivad arhed on peamised nitrifitseerijad troopiliste turbaaladel. Lisaks näitas Peruu sekundaarne soomets kõrgeimat mulla N2O sidumisvõimet, mis viitab tõhusale N2O redutseerimisele N2-ks.
Troopilised turbaalad on olulised toitainete ringes ja kasvuhoonegaaside reguleerimises, kuid üha enam kuivendatakse neid põllumajanduslikel eesmärkidel. Kuivendamine mõjutab turbaalade looduslikku veerežiimi ja mulla füüsikalis-keemiliste omadusi. Lisaks suureneb ohtliku kasvuhoonegaasi ja osoonikihi lõhkuja dilämmastikoksiidi (N2O) ehk naerugaasi emissioon atmosfääri. Käesoleva magistritöö peamiseks eesmärgiks oli hinnata erineva maakasutusega troopiliste turbaalade mõju mikroobsetele lämmastikuringe protsessidele ning N2O ja N2 emissioonidele. Uuring viidi läbi neljal troopilisel turbaalal: õlipalmiistanduse turvasmullal ja looduslik soomets Malaisias ning looduslik ja sekundaarne soomets Peruus. Reaalaja polümeraasi ahelreaktsiooni (qPCR) kasutati nitrifikatsiooni (bakterite, arhede ja COMAMMOX amoA), denitrifikatsiooni (nirK, nirS, nosZI, nosZII, seente nirK), dissimilatoorsse nitraadi redutseerimine ammooniumiks (DNRA; nrfA) ning lämmastiku fikseerimise (nifH) markergeenide arvukuse määramiseks. Lisaks määrati muldade füüsikalis-keemilised parameetrid ning mõõdeti N2O ja potentsiaalsed N2 emissioonid mullast. Tulemused näitasid erinevusi N2O ja N2 emissioonides ning mikroobikooslustes erinevate ökosüsteemide vahel. Peruu looduslikus soometsas olid kõige kõrgemad N2O ja potentsiaalsed N2 emissioonid ning geneetiline potentsiaal nii N2O kui ka N2 tootmiseks. Sekundaarses soometsas Peruus ilmnes suur denitrifikatsioonipotentsiaal. Kõige madalamad emissioonid mõõdeti Malaisia looduslikus soometsas mis on tõenäoliselt tingitud N2O täielikust redutseerimisest N2-ks läbi täieliku denitrifikatsiooni, mida näitab ka kõrge denitrifikatsiooni markergeenide arvukus. Õlipalmiistandustes olid N2O emissioonid oluliselt kõrgemad võrreldes loodusliku soometsaga, mis on seletatav kuivenduse mõju ja nitrifitseerijate kõrge arvukusega. Ammooniumi oksüdeerivad arhed on peamised nitrifitseerijad troopiliste turbaaladel. Lisaks näitas Peruu sekundaarne soomets kõrgeimat mulla N2O sidumisvõimet, mis viitab tõhusale N2O redutseerimisele N2-ks.
Kirjeldus
Master`s Thesis
Environmental Governance and Adaptation to Climate Change
Märksõnad
magistritööd, nitrogen cycle, nitrous oxide emission, microbiology