稻田土壤甲烷微生物同化效应与机制研究获新进展

作者：王昊昊陈香碧来源：中国科学报

由于长期保持淹水状态，稻田是温室气体甲烷的重要排放源。事实上，稻田土壤产生的甲烷大部分在排放到空气前被好氧甲烷氧化菌所氧化。而好氧甲烷氧化菌可分为I型和II型两个类群，它们具有不同的生理生态特性和代谢差异。其中甲烷被甲烷氧化菌氧化过程中，一部分碳被氧化成CO₂排放到空气中，另一部分被转为微生物细胞物质并最终进入土壤成为SOC，然而后者很少引起关注，两类甲烷氧化菌在稻田土壤甲烷碳转化的相对贡献及作用机制尚不清楚。

中国科学院亚热带农业生态研究所流域农业环境研究中心研究员吴金水科研团队沿我国东部水稻分布区选择四个气候带（中温带、暖温带、亚热带和热带）采集典型稻田土壤样品，其中每个气候带选择6个稻田土壤分析甲烷氧化菌群落特征，并设置¹³CH₄示踪模拟培养试验，测定土壤甲烷氧化速率和甲烷碳转化效率。

结果表明，与热带和亚热带酸性稻田土壤相比，暖温带碱性稻田土壤甲烷氧化速率和碳转化效率更高，这主要是由于甲烷氧化菌生态位分化和代谢差异引起。热带和亚热带低pH值土壤更适宜II型甲烷氧化菌，而暖温带高pH值土壤更适宜I型甲烷氧化菌。I型甲烷氧化菌通过RuMP碳同化途径比II型甲烷氧化菌通过丝氨酸途径具有更高的碳转化效率。

团队基于¹³C同位素磷脂脂肪酸（PLFA）分析结果进一步支撑了这一观点，I型甲烷氧化菌代表性C₁₆ PLFA中¹³C丰度和含量远高于II型甲烷氧化菌代表性C₁₈ PLFA中¹³C丰度和含量。据此得出结论，稻田土壤甲烷氧化和甲烷碳转化过程中I型甲烷氧化菌起主导作用。因此，在全球气候变化背景下，有必要将特殊的功能微生物类群（如甲烷氧化菌）纳入温室气体排放预测和土壤碳通量估算模型。

该研究成果12月1日发表于Biology and Fertility of Soil上。研究得到了“十四五”国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助。