大型丝状藻类对城市淤泥质河流甲烷（CH4）排放的影响及其作用机制研究

The study of the carbon biogeochemical cycling processese in urban fluvial system, allow us to fully understand the impact of anthropogenic disturbance on river ecosystems function as well as on global climate change. Filamentous algae play an important role in the carbon biogeochemical cycle at the water-sediment interface in fluvial system. In this project, a case study will be conducted in the Suzhou River and its major tributaries in Shanghai, China, to explore the spatial and temporal variations of methane emission from these urbanized muddy substrate rivers, to reveal the role of filamentous algae in primary production in the urban river ecosystem, and to demonstrate the effect and mechanism of filamentous algae on methane emission in this region. Study results will contribute to a deeper understanding of methane generation and emissions in the urban fluvial system, and will provide theoretical support for the understanding of anthropogenic disturbance on microbial geochemical cycling process in urban river ecosystem. Research methodology in this project involves collecting the methane from sampling sites in Suzhou River and its major tributaries, which are setup according to the change of land use types. Net CH4 fluxes will be determined by a static chamber technique.

研究城市河流碳素生物地球化学循环过程，将有助于我们全面理解人类活动干扰对于河流生态系统以及全球气候变化的影响。大型丝状藻类通过改变水-沉积物界面物理、化学以及生物学因子环境，深刻影响着河流生态系统的碳循环过程。本研究以上海市苏州河及其一级支流为例，根据城市化的不同影响程度，由"中心城区-近郊-远郊"递减顺序在苏州河及其一级支流设立研究断面，采用静态气箱-气相色谱法，探索城市淤泥质河流CH4排放的时空变化格局，弄清大型丝状藻类在城市淤泥质河流生态系统中的作用，明确其对城市河流初级产生力的贡献，揭示大型丝状藻类对城市淤泥质河流CH4排放的影响，从藻类生理生态学和微生物地球化学两个角度阐明这种影响的作用机制，研究结论将有助于从更深层次上认识城市河流生态系统中CH4的排放途径及其影响因素，为全面理解人类活动影响下的河流生物地球化学循环过程提供理论支持。

研究城市河流碳素生物地球化学循环过程，将有助于我们全面理解人类活动干扰对于河流生态系统以及全球气候变化的影响。大型丝状藻类通过改变水-沉积物界面物理、化学以及生物学因子环境，深刻影响着河流生态系统的碳循环过程。本项目对大型丝状藻类影响城市淤泥质河流甲烷产生与排放的主要作用机制进行了实验研究和理论分析。改进了用于河流滨岸带土壤和河流沉积物中甲烷排放研究的气体采样装置，并在此基础上研究城市化对淤泥质河流系统甲烷排放的影响，提出了藻类能够响应城市河流生境变化，并通过其不同生命周期内的新陈代谢作用影响并改变河流系统中的甲烷产生与排放。研究结果表明：（1）随着城市化进程的推进，淤泥质河流系统中的甲烷排放通量增加，这主要是与城市河流沉积物中产甲烷微生物活性较强有关；（2）大型丝状绿藻水绵（Spirogyra spp.）在城市化地区河流中广泛分布，它们能够显著影响河流系统中甲烷的产生与排放；（3）大型丝状藻类的影响作用随着其生命周期的变化而发生改变，藻类暴发能够减少河流沉积物中甲烷的产生与排放，这主要是由于藻类胞外分泌物质抑制了沉积物产甲烷微生物活性，同时藻丛垫也能够捕捉并减少甲烷气泡的排放；（4）大型丝状藻类的凋亡能够显著促进河流沉积物中甲烷的产生与排放，这主要是由于藻类细胞腐烂分解促进了藻类碳源的大量输入，使沉积物产甲烷微生物活性迅速增强并由此加速了甲烷的产生与释放。研究首次证实了大型丝状藻类碳源对沉积物产甲烷微生物活性的促进作用，这一结论与已有的关于颗粒态底栖藻类和浮游藻类碳源促进沉积物产甲烷潜力的研究成果，共同为揭示藻类在淡水生态系统碳循环方面的作用影响提供了理论基础。