湿地类型和挺水植物对呼伦湖流域自养微生物固碳过程的影响

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湿地是陆地重要的碳“汇”,固碳是湿地生态系统的一项重要功能。维持湿地生态系统高碳储量对于缓解由于大气中二氧化碳(CO2)浓度升高导致的全球气候变暖具有重要作用。自养微生物同化CO2是湿地碳循环重要的过程,可以有效降低大气中CO2的浓度,对湿地生态系统的碳同化具有重要的贡献。自养微生物对外界环境因素的变化十分敏感。不同湿地类型间沉积物理化性质的差异,以及湿地植物根系活动导致的根际沉积物微环境与非根际的差异都可能会影响自养微生物的固碳过程。研究湿地类型和挺水植物对沉积物自养微生物群落及固碳速率的影响,有利于加深对湿地沉积物微生物固碳功能分布机制的理解,对湿地固碳能力的提升具有重要意义。本研究选取呼伦湖流域为研究区域,探究该流域不同湿地类型间及不同挺水植物根际与非根际间沉积物自养微生物的CO2固定速率和含有cbb L(Ⅰ型核酮糖-1,5-二膦酸羧化酶/加氧酶大亚基)、cox L(一氧化碳脱氢酶大亚基)基因的自养微生物群落的差异,并结合沉积物的基础理化性质、微塑料以及重金属污染来分析湿地类型和挺水植物对沉积物自养微生物固碳过程的影响机制。研究结果表明:(1)静水沼泽湿地和湖泊湿地沉积物中自养微生物的CO2固定速率显著高于流水沼泽湿地和河流湿地,夏季有挺水植物分布的沼泽湿地的CO2固定速率显著高于无挺水植物分布的河流湿地和湖泊湿地(p<0.05)。与固碳相关自养微生物群落的装配过程主要受随机性过程控制,随机性过程在湖泊湿地中影响较大(83.33%),而在流水沼泽湿地中影响较小(48.61%)。距离衰减模型表明,地理距离和环境差异都对自养微生物群落产生影响,进一步分析表明,高水平的总有机碳(TOC)含量有利于固碳相关的兼性自养微生物的生长,从而导致了湿地类型间CO2固定速率及其相关微生物群落的变化,微塑料和重金属对固碳相关自养微生物群落的影响较小,不是主要的影响因子。(2)与淡水湿地相比,微咸水湿地挺水植物根际沉积物中的自养微生物表现出更高的CO2固定速率。无论在淡水还是微咸水环境,根际沉积物的自养微生物CO2固定速率均显著高于非根际沉积物,微生物群落结构在根际与非根际间也存在显著差异(p<0.05)。随机性过程主导湿地根际与非根际环境中自养微生物群落的装配过程,而根际(33.33%)比非根际(24.69%)表现出更高的生态位过程优势度。统计分析表明,高TOC含量和根系分泌物共同驱动了根际环境中固碳相关自养微生物群落的高代谢活性。挺水植物通过根系分泌物和植物凋落物释放TOC促进湿地沉积物自养微生物的固碳功能。本研究揭示了湿地类型和挺水植物对沉积物自养微生物群落的影响机制。研究发现无论在湿地类型之间还是根际与非根际之间,沉积物自养微生物群落的组成均有明显的变化,静水环境和挺水植物根际环境中自养微生物群落的CO2固定速率较高。沉积物中易被微生物利用的TOC含量是影响湿地自养微生物的群落结构及固碳潜能的主要因素。本研究加深了对湿地生态系统中自养微生物群落的生态功能分布的认知,对在全球气候变化背景下制定湿地碳储量的保护政策提供科学依据。
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