三峡消落带湿地甲烷厌氧氧化机制及意义

The methane emission from the fluctuation zone wetland (FZW) of the Three Gorges Reservoir (TGR) has an uncertain impact on global climate change, which brings un-discovered potential eco-environmental threaten. Anaerobic oxidation of methane (AOM) is a crucial process of methane metabolism in nature. It is very important to explore the AOM process of FZW in TGR and concerning mechanisms, which will improve the understanding of the methane metabolic process and its impact on climate change. In current research, field monitoring will be combined with lab-simulation experiment. Isotopic tracing, contrast test on different substrates, specific inhibition experiment, fluorescence in situ hybridization (FISH) and metagenome sequencing analysis will be performed in order to verify occurrence of AOM and its potential spatial and temporal distribution, identify the major AOM types under different hydrological periods and sites and its co-biogeochemical process with N、S、Fe and Mn, determine AOM microbial community and structure, reveal inter-species synergistic mechanism, and quantify carbon cycle and greenhouse gas reduction effective of AOM in FZW of TGR. The study may greatly improve the exploration of methane metabolic process in the water level highly fluctuated wetlands, and it also provides a theoretical guidance for scheduling of large-scale reservoir adaptation to climate change.

三峡消落带湿地甲烷排放对全球气候影响的不确定性及其潜在的生态环境问题是国内外研究的热点之一。甲烷厌氧氧化(AOM)是自然界甲烷代谢的关键环节，探明三峡消落带AOM的作用机制对揭示此类大型水利水电工程温室气体排放/消减规律及评估其对气候变化的影响至关重要。本项目拟在三峡消落带湿地甲烷排放通量监测的基础上，通过野外测试与实验室模拟实验相结合，采用同位素示踪、特定反应抑制阻断、FISH荧光原位杂交、宏基因组学等方法，验证分析AOM及其强度时空分布规律；深入研究三峡消落带特殊水文条件下的AOM类型，以及AOM菌、产甲烷菌、硫酸盐还原菌、金属还原菌等协同作用下的AOM过程；评估AOM对三峡消落带温室气体减排的贡献及其耦合N、S、Fe、Mn的地球化学循环效应。项目研究成果对于揭示水位巨幅涨落的消落带湿地甲烷代谢机制具有关键的推动作用，同时可为大型水利水电工程应对气候变化的科学调度提供重要理论参考。

三峡消落带湿地甲烷排放对全球气候影响的不确定性及其潜在的生态环境问题是国内外研究的热点之一。本项目以三峡库区消落带湿地为研究对象，开展了长期的消落带湿地CH4排放通量监测实验，模拟原位培养实验，AOM潜势批次实验和同位素示踪实验，以及分子生物学、碳排放模拟等研究工作；在总结三峡消落带湿地CH4排放的时空分布特征基础上，通过探索分析消落带湿地AOM潜势及微生物机理及协同作用，解析AOM对三峡消落带温室气体减排的贡献及其耦合N、S、Fe、Mn的地球化学循环效应，为揭示水位巨幅涨落的消落带湿地甲烷代谢机制具有关键的推动作用。项目通过研究，取得如下研究进展和学术业绩：. (1)开展了三峡消落带湿地CH4排放通量长期野外监测工作，总结了消落带湿地CH4排放的时空规律。研究发现，水-气界面CH4排放显著，主要集中在过渡期（退水期）和落干期；土-气界面CH4消耗主要集中在落干期。. (2)通过模拟培养、批次实验和同位素实验，研究了消落带湿地AOM的类型和潜势，初步揭示了AOM耦合地球化学循化效应。研究发现，消落带湿地主要AOM类型为亚硝酸型AOM、硝酸型AOM以及Mn型AOM。. (3)开展了消落带湿地微生物AOM协同作用过程研究，重点研究了介导Mn-AOM的微生物作用机理。研究发现，消落带湿地中AOM是由古菌与细菌共同协作完成的。古菌利用CH4后产生的电子传输给细菌，有细菌完成电子受体的利用。. (4)开展了三峡消落带碳平衡分析，探索了AOM温室气体减排的意义。研究发现，消落带湿地温室效应与CH4排放关系密切，充分利用AOM过程可显著缓解湿地的碳排放。. 项目研究成果和新发现对理解锰驱动甲烷厌氧氧化微生物机理，评估AOM过程对湿地碳排放及水库对气候变化的影响具有总要意义。