不同植被类型自然湿地甲烷排放对大气CO2浓度升高响应机制研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41171190
项目类别：
面上项目
资助金额：
70.0万
负责人：
丁维新
依托单位：
中国科学院南京土壤研究所
学科分类：
D0709.基础土壤学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
刘德燕；张焕军；项剑；陈增明；
关键词：
产甲烷菌甲烷氧化菌大气CO2浓度升高植被类型自然湿地

项目摘要

湿地在全球甲烷排放中起着重要作用，随着大气CO2浓度升高，未来湿地甲烷排放将如何变化，增加还是减少，作用机制是什么，目前尚无定论。本项目利用业已建立的开顶式CO2熏气系统，以毛果苔草和小叶章湿地为研究对象，监测甲烷排放季节性变化规律，明确大气CO2浓度升高对不同植被类型湿地甲烷排放的影响效应；同步测定植物性状、土壤温度和Eh、水中甲烷、活性有机碳和乙酸含量等，解析不同大气CO2浓度下湿地甲烷排放季节性变化的关键控制因素；采用室内培养试验并与13C示踪和分子生物学等技术相结合，研究大气CO2浓度升高对湿地甲烷产生和氧化潜力、土壤甲烷产生菌和氧化菌、植物通气组织中甲烷氧化及甲烷氧化菌数量和群落结构的影响，解析不同植被类型湿地甲烷排放对大气CO2浓度升高响应差异的微生物机制，阐明植物传输过程中甲烷氧化在湿地甲烷排放中的重要性，为评估未来大气CO2浓度升高对湿地甲烷排放影响效应提供科学依据。

结项摘要

项目围绕自然湿地甲烷(CH4)排放对大气CO2浓度升高的响应展开研究，重点研究了：(1)三江平原毛果苔草和小叶章湿地CH4产生途径和产甲烷功能菌的差异；(2)大气CO2浓度升高对湿地CH4排放的影响效应及其关键控制因素；(3)大气CO2浓度升高对气体传输过程中CH4氧化的影响及其微生物机制。研究工作紧紧围绕项目计划任务书载明的内容展开，已经达成预期目标。共发表论文14篇，其中SCI收录论文12篇，培养博士研究生3名，博士后1名。主要进展如下：(1)利用13C示踪和稳定性同位素核酸探针(DNA-SIP)等技术，发现毛果苔草主要通过H2/CO2途径产CH4，小叶章湿地则是乙酸途径，毛果苔草湿地产甲烷功能菌主要为氢营养型的Fen Cluster，小叶章湿地为氢营养型Fen Cluster和Methanobacterium及利用乙酸的Methanosarcinaceae；(2)利用Mesocosm和开顶式CO2熏气系统，提升大气CO2浓度到700 ppm，研究了对两种植被类型湿地CH4排放的影响。大气CO2浓度升高促进了小叶章湿地CH4排放，相反抑制了毛果苔草湿地CH4排放，表明大气CO2浓度升高未必一定会诱导自然湿地CH4排放能力的增强。CO2浓度升高条件下，毛果苔草湿地根际土壤CH4产生潜力无显著变化，但根系、根际和下层土壤的CH4氧化潜力分别增加了19.5%、33.8%和74.0%，大气CO2浓度升高通过刺激植物分泌O2，增强CH4氧化可能是毛果苔草CH4排放量降低的主要原因；（3）利用高通量测序技术，研究了大气CO2浓度升高对毛果苔草湿地植物和土壤中甲烷氧化菌数量和群落结构的影响。发现CO2浓度升高显著增加了根系和根际土壤中甲烷氧化菌数量，诱导优势甲烷氧化菌由Type II型向更适应于高O2环境的Type I型演替，证实了CO2浓度升高后，提高植物分泌O2能力，增加Type I型甲烷氧化菌的数量，刺激CH4氧化，最终导致CH4排放量降低。

项目成果

期刊论文数量（18）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（1）

Substrate and/or substrate-driven changes in the abundance of methanogenic archaea cause seasonal variation of methane production potential in species-specific freshwater wetlands

产甲烷古菌丰度的基质和/或基质驱动的变化导致特定物种淡水湿地甲烷生产潜力的季节性变化

DOI：
10.1007/s00253-014-5571-4
发表时间：
2014-05-01
期刊：
APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
影响因子：
5
作者：
Liu, Deyan;Ding, Weixin;Lin, Yongxin
通讯作者：
Lin, Yongxin

Exotic Spartina alterniflora invasion alters ecosystem-atmosphere exchange of CH4 and N2O and carbon sequestration in a coastal salt marsh in China

外来互花米草入侵改变了中国沿海盐沼的生态系统-大气CH4和N2O交换以及碳封存

DOI：
10.1111/gcb.12797
发表时间：
2015-04-01
期刊：
GLOBAL CHANGE BIOLOGY
影响因子：
11.6
作者：
Yuan, Junji;Ding, Weixin;Lin, Yongxin
通讯作者：
Lin, Yongxin

Carbon uptake by a microbial community during 30-day treatment with 13C-glucose of a sandy loam soil fertilized for 20 years with NPK or compost as determined by a GC–C–IRMS analysis of phospholipid fatty acids

通过对磷脂脂肪酸进行 GC-C-IRMS 分析确定，用 NPK 或堆肥施肥 20 年的沙壤土经过 30 天的 13C-葡萄糖处理后，微生物群落的碳吸收量

DOI：
10.1016/j.soilbio.2012.08.024
发表时间：
2013-02
期刊：
Soil Biology and Biochemistry
影响因子：
9.7
作者：
Zhang, Huanjun;Ding, Weixin;He, Xinhua;Yu, Hongyan
通讯作者：
Yu, Hongyan

Effect of long-term compost and inorganic fertilizer application on background N2O and fertilizer-induced N2O emissions from an intensively cultivated soil

长期施用堆肥和无机肥对精耕土壤背景N2O和肥料引起的N2O排放的影响

DOI：
10.1016/j.scitotenv.2012.11.020
发表时间：
2013-11-01
期刊：
SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
影响因子：
9.8
作者：
Ding, Weixin;Luo, Jiafa;Liu, Deyan
通讯作者：
Liu, Deyan

The dynamics of glucose-derived C-13 incorporation into aggregates of a sandy loam soil following two-decade compost or inorganic fertilizer amendments

经过两年的堆肥或无机肥料改良后，葡萄糖衍生的 C-13 融入沙壤土团聚体的动态

DOI：
--
发表时间：
2015
期刊：
Soil & Tillage Research
影响因子：
--
作者：
Ding, Weixin;Luo, Jiafa;Bolan, Nanthi;Yu, Hongyan
通讯作者：
Yu, Hongyan

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其他文献

农田土壤N2O和NO排放的影响因素及其作用机制

DOI：
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发表时间：
--
期刊：
土壤
影响因子：
--
作者：
蔡延江;丁维新;项剑;CAI Yan-jiang1,2,DING Wei-xin1,XIANG Jian1(1 State;2 Key Laboratory of Mountain Surface Processes
通讯作者：
2 Key Laboratory of Mountain Surface Processes

长期施肥对潮土团聚体有机碳分子结构的影响