微生物介导的热融湖碳循环关键过程研究进展

作     者：许茜 效存德 冯雅茹 杜志恒 王磊 魏志强 XU Qian;XIAO Cunde;FENG Yaru;DU Zhiheng;WANG Lei;WEI Zhiqiang

作者机构：中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室珠海基地广东珠海519087 

出 版 物：《地球科学进展》 (Advances in Earth Science)

年 卷 期：2023年第38卷第5期

页      面：470-482页

核心收录：

学科分类：07[理学] 0705[理学-地理学] 070501[理学-自然地理学] 

基　　金：国家重点研发计划项目“热喀斯特地貌形成对温室气体通量的影响及其生物学机理”(编号:2022YFF0801903) 中国科学院青年创新促进会专项(编号:2020419)资助 

主　　题：多年冻土 热融湖 关键微生物过程 温室气体 

摘      要：极地超常的变暖引起多年冻土不断退化并形成热融湖,该过程释放温室气体与气候变暖形成正反馈。微生物在碳循环不同环节均发挥着重要作用,理解热融湖中微生物对碳循环的调控机制,对于应对未来气候变化具有重要意义。综述了热融湖微生物参与的关键碳循环过程:梳理了热融湖形成过程和形成后微生物群落组成与分布;对有机碳分解、产甲烷和甲烷氧化等过程中涉及的主要微生物类群进行了总结;凝练了微生物对碳循环的调控机制及受环境变化的影响机制与要素。基于已有研究,得出如下认识:(1)多年冻土融化形成热融湖主要以陆生有机质为主,一些营养物质如磷酸盐、植物纤维素和亮氨酸残基等生物聚合物从陆地进入水体。(2)在多年冻土融化形成热融湖过程中,随着温度和通气条件的改善,有机质及各种生物聚合物可利用性增加了微生物功能基因多样性,提高了微生物对有机碳的分解潜势。温度、底物、溶解氧等和微生物群落的变化引起微生物代谢途径等的改变,从而影响了甲烷产生、甲烷氧化及固碳等过程,最终影响碳循环。(3)为了加深对热融湖中微生物介导碳循环过程的理解,提出了未来研究的方向:借助宏基因组技术及室内培养实验更加清晰地揭示微生物对碳循环各个过程的调节机制,加强不同环境条件下热融湖碳排放的野外观测,探索利用微生物来减轻气候变化的负面影响。