长江河流—河口连续体产甲烷途径及甲烷释放的历史演变取得进展 |
新闻类别：科研信息 发布时间：2023-06-21 |
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甲烷是全球第二大温室气体，微生物驱动的产甲烷过程贡献了全球85%的大气甲烷增量。尽管河流仅占地表面积的0.58%，其仍是多个生态系统间碳元素迁移转化的重要纽带。 据估算，全球河流每年向大气中释放30.5Tg的甲烷。然而，目前对于河流生态系统中的产甲烷途径认识不足；此外，筑坝显著改变了河流水文特征及元素地球化学循环过程，但筑坝对河流甲烷释放的影响尚不清楚。 在国家自然科学基金和江苏省碳达峰碳中和科技创新专项的资助下，中国科学院南京地理与湖泊研究所吴庆龙研究员团队李彪博士等以长江河流—河口连续体为研究对象，通过原位甲烷碳同位素分析、基于mcrA基因的扩增子测序、功能预测和底物添加培养试验等阐明了该区域的主要产甲烷途径；随后根据该途径构建了产甲烷底物和甲烷释放的线性模型，结合产甲烷底物的历史数据，回溯了三峡大坝修筑前后，下游河段甲烷释放的历史演变规律。 相关研究成果以Hydrogenotrophic pathway dominates methanogenesis along the river-estuary continuum of the Yangtze River为题，发表在环境科学与生态学重要期刊Water Research。 
图1 长江河流—河口连续体甲烷溶存浓度（a）、通量（b）和同位素特征（c-f） 
图2 敞水带和岸带产甲烷菌群结构（a-b）和通过FAPROTAX预测的产甲烷途径（c-d） 长江河流—河口连续体在丰水期和枯水期的甲烷释放通量分别为27.9±11.4μmol/m2/d和36.5±24.4μmol/m2/d，与湿地、湖泊和泥炭地等其它类型的生态系统相比，为甲烷释放的弱源。该区域溶存CH4和CO2浓度显著正相关，预示着产甲烷古菌利用CO2为底物产生甲烷或甲烷氧化菌驱动了强烈的甲烷氧化过程。溶存甲烷碳同位素贫化，特征值均低于–60‰，且同位素分馏系数介于55–100之间，这些同位素特征指示CO2还原可能是主要的产甲烷途径，而甲烷氧化过程较弱。 扩增子测序结果同样显示CO2还原型产甲烷古菌为优势类型，约占所有产甲烷古菌的75%。培养试验结果表明添加CO2/H2积累的甲烷显著高于三甲胺和乙酸钠添加组，进一步明确了CO2还原型、而非甲基营养型和乙酸营养型是该区域主要的产甲烷途径。基于CO2还原型产甲烷途径的底物（CO2）和甲烷溶存浓度的线性模型，结合该区域CO2历史数据，发现三峡大坝的修筑削减了下游82.5%的甲烷释放。 该研究对全面认识河流微生物驱动的产甲烷过程、准确评估大型水利工程修筑对甲烷释放的影响具有重要科学意义。 
图3 不同产甲烷底物添加后的甲烷积累特征 
图4 （a）CO2还原型产甲烷途径的底物（CO2）和甲烷溶存浓度的线性模型；（b）三峡大坝修筑前后甲烷释放的历史演变 论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135423005328?ref=pdf_download&fr=RR-2&rr=7ca4e1fc3e2d0489
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