摘要
甲烷（CH4）作为一种强大的温室气体，约占长寿命温室气体导致气候变暖的四分之一。湿地是全球CH4最大的自然来源，占所有CH4自然排放源的70％左右。目前湿地退化问题严峻，湿地退化引起植物生物量、土壤含水量、可溶性有机碳含量以及微生物群落结构的变化，对产甲烷途径与甲烷氧化途径中的mcrA、pmoA等功能基因丰度产生影响，进而直接或间接的影响湿地土壤CH4的排放。然而，湿地退化对CH4排放的影响机制尚不清晰，因此，本研究以图们江下游为研究区，以空间代替时间，选取未退化（ND）、轻度退化（LD）、中度退化（MD）、重度退化（HD）四个退化阶段的草本沼泽湿地。采用静态箱-气相色谱法对CH4通量进行野外原位监测，揭示湿地退化对CH4排放的影响机制，研究结果如下: （1）CH4通量随湿地退化的加剧而减少。CH4通量在草本沼泽湿地各个退化阶段均呈现正值，未退化湿地CH4通量显著高于三种退化处理的湿地，且随湿地退化程度的不断增加，CH4通量呈现下降趋势。 （2）湿地退化导致植物群落结构、土壤理化性质、微生物群落结构发生巨大改变。草本沼泽湿地优势种的生态类型从湿生和水生植物逐渐转变为中生和旱生植物;湿地土壤温度、容重、pH值和有效磷含量随湿地退化加剧而增加，含水量、电导率、总碳、可溶性有机碳、总磷和铵态氮含量则随湿地退化加剧不断减少;湿地退化导致微生物丰富度和多样性的增加，主要的优势古菌门是泉古菌门、卤杆菌门和广古菌门，主要的优势细菌门是变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和放线菌门。 （3）湿地退化导致甲烷代谢相关功能基因的变化。除mer、acs、pta和ackA基因外，mcrA、mtaA、f(m)dA、ftr、mch和pmoA基因丰度均随湿地退化的加剧而减小，湿地退化过程中,甲烷代谢过程的甲基营养型产甲烷途径和氢营养型产甲烷途径占主导地位。 （4）环境因子对甲烷代谢相关功能基因具有关键作用。土壤含水量、土壤温度、Pielou均匀度指数、植物高度、香农-维纳多样性指数、土壤总碳与植物地上生物量可以作为功能基因变化的有效预测因子，含水量是影响功能基因变化最重要的环境因子。 (5)结构方程模型结果表明，草本沼泽湿地退化通过植物群落结构中植物地上生物量的减少与物种均匀度的上升，导致土壤理化性质中含水量、可溶性有机碳的减少，进而减少甲烷代谢过程中mcrA等功能基因的丰度，最终对CH4排放产生直接或间接影响，产生了随湿地退化程度的增加，土壤CH4通量呈下降趋势的现象。 本研究总结了CH4排放对湿地退化的响应规律，确定了不同退化阶段影响功能基因和CH4通量的关键环境因子，揭示了湿地退化对CH4通量的影响机制,对深入了解碳循环，为湿地保护与恢复提供基础数据，为温室气体减排管提供科学依据，以及对我国实现碳达峰与碳中和目标具有重要意义。
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