河口区盐-淡水沼泽湿地好氧/厌氧甲烷氧化及机理研究

Methane oxidation is a key aspect in methane metabolism and methane emission. At present, the studies on methane anaerobic oxidation in salt and fresh-water marshes of estuarine area are very limited. Firstly, by collecting the salt and fresh-water tidal marshes soil samples along a salinity gradient in the Min River estuary, South-east China, we will examine whether there exists methane anaerobic oxidation in the tidal marshes along the salinity gradient using laboratory anaerobic incubation adding methane production inhibitor and stable isotopic method, and also determine the ratio of methane anaerobic oxidation and aerobic oxidation; meanwhile, we will study the microbiology mechanism driving methane anaerobic oxidation by using molecular methods, and measure the contents of different electron acceptors (SO42-, Fe3+, NO3-,NO2-,Mn4+), and carry out laboratory anaerobic incubation inhibiting SO42-? reduction bacteria; secondly, we will determine in situ methane aerobic oxidation rate under different marsh communities in the biggest tidal wetland, Shanyutan Wetland in the Min River estuary, and discuss the methane aerobic oxidation mechanism based on the diversity and of methanotrophs and oxidation substrates.

甲烷氧化是甲烷代谢的主要环节，也是控制甲烷排放的关键过程。针对目前国际上对于河口区盐-淡水沼泽湿地厌氧甲烷氧化研究的空白，以我国东南沿海具有代表性的闽江河口区盐-淡水环境梯度上分布的潮汐沼泽湿地为研究对象，室内运用添加甲烷产生抑制剂厌氧培养试验及稳定性同位素技术，揭示河口区盐-淡水湿地厌氧甲烷氧化存在与否的情景变化，量化厌氧甲烷氧化与好氧甲烷氧化的比例及发生层，同时结合现代分子生物学技术、孔隙水硫酸根、硝酸根、铁和锰离子浓度的测定及抑制硫酸盐还原菌的培养试验，深入探究发生厌氧甲烷氧化的微生物耦合机制及电子受体驱动机制；同时以闽江河口区最大的鳝鱼滩为研究对象，原位测定不同植物沼泽湿地好氧甲烷氧化速率，并从甲烷氧化菌多样性和数量及氧化底物的角度探讨好氧甲烷氧化的机制。具有较大的理论价值和创新性，可填补河口区盐-淡水湿地厌氧甲烷氧化的相关微生物耦合机制及电子受体驱动机制研究的不足。

湿地是重要的甲烷排放源，同时也是对全球气候变化与人类活动响应最为敏感的生态系统之一。厌氧甲烷氧化是甲烷代谢过程的关键环节，也是当今研究的热点与核心问题。为更加深入地了解河口湿地土壤厌氧甲烷氧化特征，本研究以闽江河口湿地为研究区域，对盐-淡水环境梯度条件下的短叶茳芏湿地土壤好氧/厌氧甲烷氧化过程进行探讨。实验研究结果表明，抑制剂添加法、同位素自然丰度法、同位素稀释法验证实验均表明闽江河口湿地土壤存在厌氧甲烷氧化过程；间隙水地球化学特征具有明显的时空变化，不同河段短叶茳芏湿地土壤溶解性甲烷浓度与电子受体中的三价铁浓度剖面变化耦合特征较为明显，为显著相关；从不同季节和河段土壤间隙水甲烷同位素变化特征来看，一定程度耦合了厌氧甲烷氧化过程；夏季鳝鱼滩湿地、蝙蝠洲湿地和塔礁洲湿地0~100 cm土壤厌氧甲烷氧化速率变化范围分别是0.62~2.60、0.50~2.75、0.44~2.34 μg d-1 g-1，平均值分别为1.62、1.55、0.98 μg d-1 g-1，冬季鳝鱼滩湿地、蝙蝠洲湿地和塔礁洲湿地0~100 cm土壤厌氧甲烷氧化变化范围分别是0.82~3.91、0.56~3.08和0.53~2.41 μg d-1 g-1，平均值分别为1.95、1.69和1.27 μg d-1 g-1；不同层次土壤厌氧甲烷氧化速率表现出一定的差异性，鳝鱼滩湿地、蝙蝠洲湿地厌氧甲烷氧化速率高于塔礁洲湿地厌氧甲烷氧化速率。夏季鳝鱼滩湿地、蝙蝠洲湿地和塔礁洲湿地0~100 cm土壤好氧甲烷氧化速率变化范围分别是0.65~3.82、1.09~1.60、0.40~2.09 μg d-1 g-1，平均值分别为1.73、2.31、0.97 μg d-1 g-1，冬季鳝鱼滩湿地、蝙蝠洲湿地和塔礁洲湿地0~100 cm土壤好氧甲烷氧化变化范围分别是1.11~3.47、0.88~2.24和0.32~3.40 μg d-1 g-1，平均值分别为1.80、1.41和1.27 μg d-1 g-1；不同层次土壤好氧甲烷氧化速率表现出一定的差异性，鳝鱼滩湿地、塔礁洲湿地好氧甲烷氧化速率高于蝙蝠洲湿地好氧甲烷氧化速率。0-100 cm土层总体表现为厌氧甲烷氧化速率略高于好氧甲烷氧化速率。