北冰洋中心区微生物群落及其对甲烷通量的贡献

Recent studies show that Arctic Ocean become an important CH4 source during the sea ice melting season, however, the mechanism is unknown up to now. This study is based on in situ invesitigation, experiment and analysis, to acquire the CH4 concentration profiles and air-ocean CH4 flux in the central Arctic Ocean during sea ice melting season, to clarify the characteristics of microbial community and methanogenic bacteria in different habitants such as sea ice, underlying water column and sediment, and to analyze the environmental adaptation capability of microbial community and methanogenic bacteria. Combined with the oceanographic and marine chemical data, this study is hoped to reveal the mechanism of CH4 flux and the role of microbial community on the CH4 flux in the central Arctic Ocean during summer. The study is helpful to understand the bacterial community in the Arctic Ocean and its role on the carbon flux between air and ocean.

最新研究表明，北冰洋中心区夏季融冰期间为大气甲烷（CH4）的一个重要源区，但对形成机理尚不清楚。本项目拟通过对北冰洋中心区的现场考察、实验研究和综合分析，了解北冰洋中心区夏季融冰期间水体中的CH4分布和气-海通量，阐明海冰/冰下水体/深水海域/深海沉积等不同生境的微生物群落及产甲烷菌的基础特性，分析微生物群落和产甲烷菌的环境适应性；结合水文、化学等基础参数，揭示CH4通量的形成机理和微生物群落在北冰洋中心区CH4通量中的作用，相关研究对进一步明晰北冰洋微生物群落特征及在海-气碳通量中的作用具有重要意义。

北冰洋中心区夏季融冰期间为大气甲烷（CH4）的一个重要源区，但对形成机理尚不清楚。本研究通过对北冰洋中央区的现场考察和综合分析，对该海域微生物群落、特别是海冰生物群落有了更对深入的了解，对甲烷形成机理进行了分析，对夏季产甲烷菌丰度及其对甲烷通量贡献进行了评估，相关研究对进一步明晰北冰洋微生物群落特征及在海-气碳通量中的作用具有重要意义。具体结论如下：. （1）海冰及相关生境中存在CH4代谢相关的甲烷杆菌纲和甲烷微菌纲。甲烷杆菌纲和甲烷微菌纲在海冰中均有分布（1～3%、2～14%）；融池中，产甲烷杆菌纲类群有广泛分布（2～13%），而产甲烷微菌纲类群仅出现在低纬度站位（5～10%）；冰下海水中虽都有分布，但相对丰度很低。. （2）由于海冰融化导致厌氧环境的破坏，冰表融池、海冰和冰下水体等不同生境微生物群落中产甲烷菌的相对丰度均不高，推测夏季期间生物产甲烷的作用并不明显。尽管冰下水体中细菌的丰富度最高，但甲烷菌的相对丰度最高出现在冰内，显示了厌氧环境对产甲烷菌存在的重要性。. （3）功能预测显示包括产甲烷菌在内的古菌以氨基酸、碳水化合物及核酸为代谢底物。由于夏季海冰相关生境生物群落中异养生物占优（>70%总碳量），表明冰内应有足量的溶解有机碳等底物供细菌和原生动物利用，对产甲烷菌而言夏季冰内应不存在代谢底物缺乏的问题；. （4）北冰洋海冰高生物量主要出现在冰底，而本研究显示海冰生物量没有明显峰值或峰值出现在海冰中上层，主要是由于海冰底部融化导致高生物量释放入海。目前国内尚不具备在出现高生物量的春季开展研究的支撑条件，有待今后择机开展；. （5）研究表明，微生物多样性与纬度没有明显相关性，但北极增暖会导致微生物活性增强和产量的增加，这在一定程度上会促进生物产甲烷过程；但北冰洋中央区生物量总体较为贫乏，中央区甲烷通量更多应源于物理过程即海流对富含甲烷水体的输运。