摘要
三峡库区消落带湿地具备周期性水位巨幅涨落的特点，这种特殊的水文条件会对库区沿岸生态环境造成深远影响，尤其会改变消落带土壤中部分微生物的分布特点，进而影响碳氮等元素的循环过程。本文以受三峡库区回水影响显著的丰都龙河中游段消落带土壤为研究对象，探究不同水期下消落带土壤在原位电子受体浓度下的表观甲烷氧化速率以及电子受体充足条件下的表观甲烷氧化潜力，明确不同季节水位变动下消落带甲烷氧化过程的类型以及活性强度，借助高通量测序以及基因预测等手段分析不同水期下消落带土壤中优势微生物与甲烷氧化过程相关的功能微生物分布，并对相关功能酶丰度进行预测，明晰环境因子对消落带土壤表观甲烷氧化速率以及功能微生物的影响。 分别采集了四个水期的消落带土壤，选取淡水湿地最常见的电子受体（O2、NO3-、NO2-、SO42-）作为单一电子受体，甲烷作为单一电子供体开展血清瓶批次实验，用于测定各种类型的甲烷氧化活性。研究发现，在原位电子受体浓度条件下，消落带土壤只表现出利用O2和NO2-氧化甲烷的活性，甲烷好氧氧化为主要的氧化类型。在电子受体充足的条件下，消落带土壤表现出了利用O2、NO2-、NO3-三种电子受体氧化甲烷的活性，其中甲烷好氧氧化贡献率＞亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化贡献率＞硝酸盐型甲烷厌氧氧化贡献率。淹水期土壤厌氧氧化甲烷的活性较高，落干期土壤好氧氧化甲烷的活性较高，表明水位变动能够影响消落带不同类型的甲烷氧化活性。同时还可以发现在消落带土壤中，亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化过程是不可忽视的重要甲烷汇。 采集龙河消落带湿地四个水期的浅层土壤以及深层土壤，利用16SrRNA基因高通量测序技术，进行消落带土壤微生物群落结构和功能基因预测分析，明确甲烷氧化过程的关键微生物类别。研究发现，甲烷氧化相关功能微生物存在一定的分层分布特点，浅层土壤中氨氧化菌含量较高，深层土壤中甲烷厌氧氧化细菌、水解酸化细菌、反硝化细菌含量较高。水期能够影响甲烷氧化微生物的分布，在淹水期土壤中甲烷厌氧氧化细菌的含量明显高于其他水期。在落干期和退水期中甲烷好氧氧化菌相对含量较高。基因预测结果表明，淹水期土壤甲烷氧化能力较强，并且pMMO酶以及NiR酶预测丰度较高，具备较强的亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化能力。 开展了对不同水期消落带原位土壤环境因子监测的实验，探讨了影响甲烷氧化速率以及功能微生物的关键环境因子。RDA以及CCA分析表明，孔隙水NO3-浓度、NO2-浓度、土壤有机碳以及土壤含水率是影响消落带湿地表观甲烷氧化速率的关键环境因子；孔隙水氮素浓度以及土壤含水率是影响消落带甲烷氧化功能微生物的关键环境因子。 综合以上分析可以看出，消落带湿地水位季节性变动在一定程度能够影响土壤理化性质，从而改变甲烷氧化相关微生物的分布，进而对甲烷氧化活性产生一定影响。本研究成果可为诸如三峡工程这种大型水利水电设施生态效应提供理论依据。
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