稻田土壤甲烷微生物同化效應與機制研究獲進展

　　由于長期淹水狀態，稻田成為溫室氣體甲烷的重要排放源。事實上，稻田土壤產生的甲烷，大部分在排放到空氣前已被好氧甲烷氧化菌所氧化。而好氧甲烷氧化菌可分為I型和II型兩個類群。它們具有不同的生理生態特性和代謝差異。甲烷被甲烷氧化菌氧化過程中，一部分碳被氧化成CO2排放到空氣中，另一部分被轉為微生物細胞物質并最終進入土壤成為SOC。而后者較少引起關注。目前，兩類甲烷氧化菌在稻田土壤甲烷碳轉化的相對貢獻及作用機制尚不清楚。闡釋稻田土壤中甲烷碳轉化的微生物機制，對于預測稻田生態系統甲烷排放和碳循環具有重要意義。

　　中國科學院亞熱帶農業生態研究所流域農業環境研究中心研究員吳金水團隊，沿我國東部水稻分布區選擇四個氣候帶（中溫帶、暖溫帶、亞熱帶和熱帶）采集典型稻田土壤樣品（每個氣候帶選擇6個稻田土壤），分析甲烷氧化菌群落特征，并設置13CH4示蹤模擬培養試驗，測定土壤甲烷氧化速率和甲烷碳轉化效率。結果表明，與熱帶和亞熱帶酸性稻田土壤相比，暖溫帶堿性稻田土壤甲烷氧化速率和碳轉化效率更高，主要是甲烷氧化菌生態位分化和代謝差異所致。熱帶和亞熱帶低pH值土壤更適宜II型甲烷氧化菌，而暖溫帶高pH值土壤更適宜I型甲烷氧化菌。I型甲烷氧化菌通過RuMP碳同化途徑，比II型甲烷氧化菌通過絲氨酸途徑，具有更高的碳轉化效率。基于13C同位素磷脂脂肪酸（PLFA）分析結果進一步支撐了這一觀點，I型甲烷氧化菌代表性C16PLFA中13C豐度和含量，高于II型甲烷氧化菌代表性C18PLFA中13C豐度和含量。科研人員據此得出結論：I型甲烷氧化菌在稻田土壤甲烷氧化和甲烷碳轉化過程中起到主導作用。因此，在全球氣候變化背景下，有必要將特殊的功能微生物類群（如甲烷氧化菌）納入溫室氣體排放預測和土壤碳通量估算模型。

　　近期，相關研究成果以Type I methanotrophs dominated methane oxidation and assimilation in rice paddy fields by the consequence of niche differentiation為題，發表在《土壤生物學與肥力》（Biology and Fertility of Soil）上。研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。

四個氣候區稻田土壤甲烷氧化速率和碳轉化效率

稻田土壤甲烷碳轉化的微生物機制