天然湿地土壤产甲烷菌及其影响因子研究进展

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1、第31卷第2期地理科学Vol．31No．22011年02月SCIENTIAGEOGRAPHICASINICAFeb．，2011天然湿地土壤产甲烷菌及其影响因子研究进展刘德燕，丁维新(土壤与农业可持续发展国家重点实验室中国科学院南京土壤研究所，江苏南京210008)摘要:综合评述了天然湿地产甲烷菌种类、主要产甲烷途径的空间变异及其影响因子。温度不仅可以改变产甲烷菌群落结构和功能，也可影响产甲烷菌功能发挥，目前有关温度对湿地土壤甲烷产生的影响机制有待揭示。以乙酸为底物的产甲烷菌大多生存于维管束植物生长的湿地，

2、H2/CO2还原则为苔藓泥炭沼泽甲烷产生的主要途径;在pH＜4．7的偏酸性湿地中，自由态乙酸可以降低乙酸发酵型产甲烷菌活性，而氢营养型产甲烷菌和部分其他微生物可能具有自身的弥补机制。还提出今后中国沼泽湿地产甲烷菌和甲烷排放有待加强研究的主要内容。关键词:天然湿地;甲烷;产甲烷菌;影响因素;空间变异中图分类号:X144文献标识码:A文章编号:1000－0690(2011)02－0136－07［5，7～12］湿地是全球大气甲烷的最大排放源，其中天然起。湿地每年向大气排放100～231Tg的甲烷，占全球目前，由

3、于天然湿地甲烷排放存在着很大的空［1］甲烷总排放量的20%～39%。最近，Bloom间变异及其不可预测性，使得甲烷产生机理研究成［2］等利用卫星监测估算的自然湿地甲烷年排放量为当前湿地研究的热点，而阐明产甲烷菌群落结构为167Tg，并且发现非洲刚果河(Congoriver)和南特征及其与甲烷产生之间的关系是湿地甲烷排放［13］美洲亚马逊盆地(Amazonbasin)是全球湿地甲烷急待解决的重要问题。为此，本文就国内外不的主要排放区域。近年来，国内外学者对湿地生境同类型天然湿地产甲烷优势菌的空间异质性，以及

4、中产甲烷菌和产甲烷途径进行了大量研究，结果表温度、底物、pH、植物、硫酸盐等对产甲烷菌种类和明，湿地产甲烷菌分属于Methanomicrobiaceae(甲产甲烷主要途径的影响进行了综合分析。烷微菌科)、Methanobacteriaceae(甲烷杆菌科)、1产甲烷菌的空间异质性Methanococcaceae(甲烷球菌科)、Methanosarcinace-ae(甲烷八叠球菌科)和Methanosaetaceae(甲烷鬃不同类型湿地产甲烷菌群落结构特征和产甲毛菌科)等，同时，发现了一些新的产甲烷菌如烷优

5、势菌种类存在着明显差异。如表1所示，在水［3］ZoigeclusterΙ等。淡水湿地产甲烷菌主要以乙平方向上，芬兰东部苔藓沼泽上层泥炭土壤中产甲酸和H2/CO2为底物产生甲烷，并且以乙酸发酵型烷优势菌随着采样点的微小变化而改变，其中圆丘(acetoclastic)产甲烷菌为主，其产生的甲烷占甲烷处主要产甲烷菌为Methanomicrobiales，属于氢营养［4］总量的67%以上。但也有研究发现，有些湿地型产甲烷菌，而草坪处则以Methanosarcinales为产甲烷菌主要利用H2/CO2还原产生甲烷，

6、深层土主，可以利用H2/CO2、乙酸及其他甲基化合物产甲［5，6］［14］壤尤其如此，即氢营养型(hydrogenotrophic)产烷。产甲烷菌种类也随土壤深度变化而改变，甲烷菌是主要的产甲烷功能菌。不同地区或相同水位以下40cm处产甲烷菌的遗传多样性远大于地区不同植被下，产甲烷菌种类和甲烷产生途径存水位以下10cm处，上层土壤产甲烷菌种类大多与在着较大差异，这种差异主要是由于温度、底物、水Methanomicrobiales有关，由利用氢的产甲烷菌组位、植被类型、pH和硫酸盐含量等环境因子不同引成，土

7、壤的平均产甲烷潜力为15．2nmol/(g·h)，收稿日期:2010－05－11;修订日期:2010－08－06基金项目:国家杰出青年基金(40725003)、国家自然科学基金(41001045)、江苏省自然科学基金创新学者攀登项目(BK2008057、中国博士后基金(20100471420)、江苏省博士后科研计划项目(0902031C)资助。作者简介:刘德燕(1981－)，女，山东青州市人，博士后，主要从事天然湿地温室气体排放及其碳氮循环研究。E-mail:liudeyan88@163．com通讯作者:

8、丁维新，研究员，博导。E-mail:wxding@issas．ac．cn2期刘德燕等:天然湿地土壤产甲烷菌及其影响因子研究进展137138地理科学31卷而深层土壤产甲烷菌大多与Methanosarcinales(RC菌为主，土壤产甲烷能力相对较弱;在较高(大约－Ι)相关，土壤的平均产甲烷潜力很低［0．7nmol/30°C)温度条件下，产甲烷菌以乙酸和H2/CO2都［15］(g·h)］。芬兰中部地区中营养沼泽、雨养沼泽能利用的甲