近日，南京信息工程大学生态与应用气象学院2022级博士研究生杨钰铃和导师沈李东教授等在滨海湿地转变为稻田后对甲烷氧化影响的研究中取得重要进展，研究以“Conversion of coastal wetlands to paddy fields substantially decreases methane oxidation potential and methanotrophic abundance on the eastern coast of China”为题发表于环境科学与生态学领域1区TOP期刊《Water Research》。该研究揭示了我国东部滨海湿地转为稻田对甲烷氧化过程的抑制效应，研究结果对于揭示土地利用方式转变下甲烷排放增加的微生物驱动机制具有重要意义。

成果简介：

滨海湿地转化为稻田是满足我国沿海城市不断增长的人口密度和粮食需求的一种普遍做法，这种土地利用方式的转变已被证实会大幅刺激甲烷排放。甲烷氧化是调控甲烷排放的关键微生物过程，但当前有关滨海湿地转化为稻田是如何影响甲烷氧化过程尚不清楚。本研究采用空间代替时间的方法，探究了我国东部沿海五个滨海湿地（辽河口、杭州湾、九龙江口、漳江口和东寨港，其本土种以芦苇或红树林为主）转变为稻田后，对土壤甲烷氧化过程的影响（图1）。

图1 图文摘要

研究发现，辽河口和杭州湾站点的芦苇湿地转为稻田后甲烷氧化潜势分别下降了33.2%和17.9%（图2a）。九龙江口、漳江口和东寨港站点的红树林湿地转为稻田后甲烷氧化潜势分别下降了30.3%、36.8%和18.2%（图2b）。混合效应模型分析发现，芦苇湿地和红树林湿地转为稻田后对甲烷氧化潜势的抑制效应相似，分别显著降低了28.4%和29.3%。此外，五个站点转为稻田后甲烷氧化菌丰度均显著下降（图2c和2d）。芦苇湿地和红树林湿地转为稻田后，丰度分别显著降低了77.1%和81.9%。

图2 芦苇湿地（a、c）和红树林湿地（b、d）转为稻田后甲烷氧化潜势和甲烷氧化菌丰度变化

Methylocystis属是所有湿地围垦前后的优势甲烷氧化菌属（图3a）。网络分析结果显示，芦苇湿地转为稻田后甲烷氧化菌网络的边和密度均有所降低，网络变得更为简单（图3b）。不同的是，红树林湿地转为稻田后甲烷氧化菌网络的边和密度均有所增加，网络变得更为复杂。此外，芦苇湿地和红树林湿地转为稻田均导致了甲烷氧化菌群落发生显著改变（图3c）。芦苇湿地和稻田土壤中分别有21个和19个特定的OTUs，23个共同OTUs（图3d）。红树林湿地和稻田土壤中分别有23个和22个特定的OTUs，40个共同OTUs。

图3 芦苇湿地和红树林湿地中甲烷氧化菌属水平群落组成（a）、网络分析（b）、PCoA分析（c）和OTU水平韦恩图（d）

随机森林模型结果显示，芦苇湿地中显著影响甲烷氧化潜势的因子重要性排序为：甲烷氧化菌丰度、TN、NO₃^-、SOC、SBD、NH₄⁺和TP，而在红树林湿地中的重要性排序为：SBD、甲烷氧化菌丰度、SOC和pH（图4a和4b）。进一步采用结构方程模型探讨了这些因子对甲烷氧化潜势的直接和间接影响效应（图4c）。结果显示，土地利用方式改变导致的土壤理化因子变化在直接影响甲烷好氧氧化潜势方面有着最为重要的作用，其中pH与潜势显著正相关，NH₄⁺和NO₃^-浓度与潜势显著负相关。此外，土地利用方式改变导致甲烷氧化菌丰度的降低与甲烷氧化潜势降低显著相关。

图4 芦苇湿地（a）、红树林湿地（b）以及两类湿地（c）中土壤理化因子、甲烷氧化菌群落、多样性和丰度对甲烷氧化潜势的影响

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122962

作者介绍：

杨钰铃（第一作者），南京信息工程大学生态与应用气象学院2022级博士研究生，主要关注自然湿地和农田土壤碳循环微生物过程。目前以第一作者在Water Research、Soil Biology & Biochemistry和Environmental Microbiology等期刊发表SCI论文7篇，以共同一作在Environmental Pollution等期刊发表SCI论文4篇，合作发表SCI论文20余篇。我院沈李东教授为该论文通讯作者。