酸性土壤硝化過程的微生物學(xué)機理研究一直是氮循環(huán)領(lǐng)域的難點。主要原因是酸性土壤中NH3分子濃度極低（nM），極大地限制了微生物氨氧化。酸性土壤氨氧化同時也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐的熱點問題。據(jù)估算，地球30%以上的土壤偏酸性（pH < 5.5），而一半以上的酸性土壤屬于農(nóng)業(yè)土壤或具有潛在的農(nóng)業(yè)價值，氮肥施用極可能改變土壤氮循環(huán)并產(chǎn)生負面的生態(tài)環(huán)境影響。通過脲酶催化水解產(chǎn)生氨分子進行硝化作用，已被證明是氨氧化細菌適應(yīng)酸性環(huán)境的一種機制。2011年，奧地利科學(xué)家在PNAS雜志報道了第一個土壤硝化古菌，并發(fā)現(xiàn)古菌具有尿酶水解為基礎(chǔ)的硝化能力（Tourna and Scheleper et al. 2011. PNAS 108: 8420）。然而，迄今尚無證據(jù)表明氨氧化古菌通過尿素水解參與土壤氨氧化過程。

　　最近，中科院南京土壤研究所賈仲君研究員團隊與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所的合作研究，證實了酸性土壤中存在尿酶水解為基礎(chǔ)的古菌氨氧化過程。（1）采用高度靈敏的15N-同位素示蹤技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)酸性土壤能夠氧化極低濃度的尿素分子（5 ppm），表明尿酶水解為基礎(chǔ)的硝化作用存在于自然界的酸性土壤中；（2）利用新一代高通量測序技術(shù)，開發(fā)了無偏差的分子指紋識別方法，發(fā)現(xiàn)在整體微生物群落水平古菌增加27倍。這一發(fā)現(xiàn)支持了基于靶標(biāo)基因的傳統(tǒng)分子指紋圖譜結(jié)果，表明尿素顯著促進了酸性土壤古菌生長和硝化作用；（3）進一步的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，我國典型酸性土壤中硝化古菌與英國科學(xué)家2011年9月在PNAS報道的酸性土壤硝化古菌Nitrosotalea devanaterra具有最近的親緣關(guān)系，表明古菌主導(dǎo)了酸性土壤氨氧化。

　　上述研究結(jié)果已在國際微生物生態(tài)學(xué)會會刊（The ISME Journal）在線發(fā)表（Nitrification of archaeal ammonia oxidizers in acid soils is supported by hydrolysis of urea.）。

　　該項研究成果拓展了復(fù)雜土壤環(huán)境中氨氧化古菌的代謝多樣性，為未來重新評估酸性土壤氮素循環(huán)過程提供了重要的科學(xué)依據(jù)。