天然湿地甲烷产生潜力及其微生物学机制研究

沼泽湿地是重要的甲烷排放源，我国湿地甲烷排放存在较大的空间变异，温度、底物和产甲烷菌种类/数量被认为是影响甲烷排放的关键控制因素，但是目前尚缺乏科学证据。本项目拟选取我国4大典型天然湿地（三江平原、若尔盖高原、洪泽湖和鄱阳湖）土壤为研究对象，采用室内培养试验，研究不同类型湿地土壤甲烷产生潜力及其与甲烷产生过程中底物的互动关系，利用分子生物学技术，研究不同类型湿地土壤产甲烷菌群落结构特征及其对温度变化的响应规律，揭示不同类型湿地甲烷产生的关键控制因素；采用14C同位素示踪方法，研究不同温度条件下CO2/H2和乙酸两类产甲烷底物在不同类型湿地中对甲烷产生的贡献，明确甲烷产生的主要途径，解析不同类型湿地甲烷产生和主要产甲烷菌对温度变化的响应机制，为阐明我国天然湿地甲烷排放空间变异以及预测未来若尔盖/北方地区温度升高对湿地甲烷排放的影响提供科学依据。

本项目通过室内培养试验，利用分子生物学技术，研究了我国东部不同类型湿地土壤甲烷产生潜力与产甲烷底物的相互关系，以及土壤产甲烷菌群落结构特征及其功能菌。研究结果发现我国东部湿地土壤产甲烷潜力随着纬度的增加而增大，主要受到产甲烷底物（DOC）供应的限制，并非受到温度的制约，而底物则可能受到湿地诸如水位深度和稳定性等小生境影响。随着湿地土壤DOC含量的增加，湿地土壤优势产甲烷菌从乙酸型产甲烷菌，到能够利用乙酸和H2/CO2为底物的兼性产甲烷菌，最后向氢营养型产甲烷菌演替。季节性积水小叶章湿地和常年积水毛果苔草湿地土壤优势产甲烷菌未受到温度变化的影响，不存在明显的季节性变化，小叶章湿地产甲烷潜力主要受到来自于其根系分泌物的产甲烷底物控制，而毛果苔草湿地产甲烷潜力受到来自于新鲜立枯物分解产物及其引起的产甲烷菌数量的影响。通过添加13C标记的CO2和乙酸，采用DNA-SIP分子生物学技术，发现三江平原小叶章湿地利用CO2/H2和乙酸的产甲烷功能菌分别为Fen Cluster和Methanosarcinaceae，毛果苔草湿地利用CO2/H2的产甲烷功能菌为Fen Cluster和Methanobacterium cluster B，未检测到利用乙酸的产甲烷功能菌。