青藏高原高寒湿地植物腐解参与碳循环的特征和生物机制及对实验增温的响应

湿地是与全球碳循环密切相关的陆地生态系统之一，了解高原湿地碳素循环对全球气候变化的响应具有重要的意义。高原湿地中纤维素碳循环代谢网络和微生物机制还不是很明确，本项目从纤维素的厌氧碳循环几个关键代谢网络节点出发，借助稳定性同位素这一有力手段，从稳定性同位素标记代谢物化学计量学分析层面，和功能微生物生态学等两个层面，以若尔盖湿地作为高原湿地的研究模板，回答下面几个问题：1）温度的提高对高原湿地碳循环的影响，特别是对甲烷释放的影响；2）木质纤维素作为高原湿地的碳素来源主体，它参与碳循环的途径中的碳代谢流特征是怎样的；3）碳代谢流量分布变化特征下的微生物学机制。以此揭示高原湿地纤维素从有机大分子生物转化成有机小分子的碳循环过程中，其相应的微生物学机制、限速步骤等。将会对认识和阐明高原湿地碳循环的生物地球化学过程及其中微生物的活动机制和相互影响提供重要的基础资料和信息依据。

大气中甲烷温室气体的浓度对全球变暖起着重要的影响。而微生物参与的甲烷代谢既是甲烷的主要生成源也是重要的甲烷汇，这一微生物过程包括产甲烷古菌进行的CH4生成作用和氧化菌进行的CH4氧化作用。湿地是大气中甲烷的最大自然排放源。作为世界上最大的高寒湿地，若尔盖湿地是中国最大的泥炭储备区，并且位于对全球气候变化特别敏感的青藏高原。因此研究若尔盖湿地的甲烷代谢是揭示全球变暖背景下高寒湿地碳循环的重要组成部分。模拟21世纪末全球变暖的条件下的甲烷排放发现甲烷的生成与温度呈正相关，但是温度的升高没有改变其主要的产甲烷途径——乙酸发酵型，同时对细菌和古菌的群落组成没有影响。另外发现细菌和古菌的群落组成受植物种类的影响，而细菌和古菌群落的变化直接影响着甲烷的代谢，因此说明温度和植物种类共同影响着若尔盖湿地的甲烷排放。为进一步确认了甲烷的生成途径，用[13C]纤维素为底物进行微宇宙试验，结果确认了乙酸发酵型为若尔盖湿地的主要产甲烷途径，并且温度的升高并没有改变这一主要途径，同时结果也再次证明温度的升高促进了甲烷的排放。用稳定同位素标记的13CH4示踪甲烷的去向表明若尔盖湿地的好氧和厌氧甲烷氧化潜在速率分别为6.51 nmol•day-1•g-1(dw) CO2和0.617 nmol•day-1•g-1(dw) CO2。