Fe(III)/腐殖质呼吸抑制稻田产甲烷过程的联合作用机制

稻田是大气甲烷的重要排放源，产甲烷过程作为有机物厌氧降解的最后一步，与土壤中多种厌氧呼吸形式存在底物竞争。目前，水稻土中Fe(III)还原对产甲烷过程的抑制效应已被确认，但具体的作用机制尚不明确。Fe(III)呼吸和腐殖质呼吸是水稻土中两个密切联系、相互促进的过程，并且水稻土具有Fe(III)/腐殖质呼吸强烈发生的有利条件。本项目基于腐殖质的重要环境属性及其与铁呼吸的相关性，提出"Fe(III)/腐殖质呼吸抑制稻田产甲烷过程的联合作用机制"假说，系统研究腐殖质联合Fe(III)呼吸抑制稻田产甲烷过程的直接机制（腐殖质呼吸直接消耗有机碳）与间接机制（作为络合剂/电子穿梭体促进铁呼吸），阐明Fe(III)/腐殖质呼吸抑制产甲烷过程的联合作用机制及其具体协同途径，为发展和完善农田碳循环理论提供科学依据，为稻田温室气体减排途径提供技术支撑。

稻田是大气甲烷（CH4）的重要排放源，其排放的CH4约占全球总排放的5% ~19%。华南红壤铁氧化物物腐殖质含量高，其微生物还原过程与有机物厌氧降解密切相关。本项目基于铁呼吸（Fe(III)还原）与腐殖质呼吸在土壤环境中的重要相关性，提出Fe (III)/腐殖质呼吸联合抑制稻田产甲烷的机制。以源于水稻土的Fe(III)/腐殖质还原菌为研究对象，系统研究 Fe(III)/腐殖质与稻田产甲烷过程的微生物机制，重要研究结果：突破了传统研究腐殖质/铁氧化物与稻田产甲烷关系的局限性，发现了腐殖质/Fe(III)还原菌与产甲烷菌之间非底物竞争关系，初步证实了腐殖质/铁氧化物（导电）介导的种间直接电子传递影响产甲烷过程的微生物机制，为理解腐殖质和铁氧化物在土壤碳循环过程的角色与功能提供了新的视角，这对理解稻田土壤，尤其是华南稻田土壤产甲烷过程有一定的启示作用，对丰富生物地球化学理论、稻田甲烷释放过程的控制提供理论依据。