高濃度の大気窒素沈着の影響を受けた山地の湖沼堆積物の脱窒率

Denitrification rates in lake sediments of mountains affected by high atmospheric nitrogen deposition.

• Carlos Palacin-Lizarbe
• Lluís Camarero
• Sara Hallin
• Christopher M Jones
• Jordi Catalan

抄録

過去数十年の間に、北半球の山岳地帯では大気中の窒素負荷が大幅に増加し、その結果、多くの湖で硝酸塩濃度が高くなった。しかし、窒素の増加が窒素除去の重要なプロセスである脱窒にどのような影響を与えているかについては、十分に理解されていない。我々は、無氷期にピレネー山脈のいくつかの湖の種類と生息地の堆積物中の実際の脱窒率と潜在的な脱窒率（硝酸塩と炭素添加）を測定した。実際の脱窒率は0～9μmol NO m h（平均、1.5±1.6SD）であったが、潜在的な脱窒率は約10倍であった。実質率が最も高かったのは、より温暖な堆積物であり、その上にある水中の硝酸塩がより多く利用可能であった。その結果、沿岸域の生息地では、深海域に比べて平均して3倍もの高い脱窒率を示した。最も高い脱窒ポテンシャルを示したのは、比較的標高が低く、小規模な集水域に位置する生産性の高い湖沼で、より暖かい堆積物、脱窒亜硝酸還元酵素遺伝子の相対的な豊富さ、および硫酸塩が豊富な水域であった。我々は、窒素沈着量の増加は脱窒率の上昇をもたらしたが、ほとんどの寡栄養湖では大気中の窒素負荷を補うには十分ではないと結論付けた。しかし、特に生産性の高い湖沼では高い脱窒率が得られる可能性があり、景観の特徴がこれを大きく支配している。

During the last decades, atmospheric nitrogen loading in mountain ranges of the Northern Hemisphere has increased substantially, resulting in high nitrate concentrations in many lakes. Yet, how increased nitrogen has affected denitrification, a key process for nitrogen removal, is poorly understood. We measured actual and potential (nitrate and carbon amended) denitrification rates in sediments of several lake types and habitats in the Pyrenees during the ice-free season. Actual denitrification rates ranged from 0 to 9 μmol NO m h (mean, 1.5 ± 1.6 SD), whereas potential rates were about 10-times higher. The highest actual rates occurred in warmer sediments with more nitrate available in the overlying water. Consequently, littoral habitats showed, on average, 3-fold higher rates than the deep zone. The highest denitrification potentials were found in more productive lakes located at relatively low altitude and small catchments, with warmer sediments, high relative abundance of denitrification nitrite reductase genes, and sulphate-rich waters. We conclude that increased nitrogen deposition has resulted in elevated denitrification rates, but not sufficiently to compensate for the atmospheric nitrogen loading in most of the highly oligotrophic lakes. However, there is potential for high rates, especially in the more productive lakes and landscape features largely govern this.