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近年来,全球气候变化已成为人们普遍关注的问题之一。科学界普遍认为大气温室气体的增加将会导致气候变暖。与C02相比,虽然CH4在大气中的含量很低,但其增温效应潜势却是C02的21倍,对它重要源汇的估算及未来变化趋势的研究,一直是全球变化研究的重要内容。
森林生态系统在全球变化反馈与调控中起着重要的作用。中国东北地区森林资源丰富,占全国森林总面积的31%,其中长白山是东亚最典型的温带森林生态系统,调查其温室气体排放与吸收有着重要的意义。C02浓度的增加将对土壤微生物系统产生影响,进而影响到其它温室气体如CH4产生与消耗。C02浓度的增加对土壤中其它温室气体通量的影响已经引起人们的关注。
本项研究通过甲烷通量测定结合分子生物学手段DGGE与Real-Time PCR对甲烷氧化菌群落结构的解析,考察了长白山三种典型树种长白赤松、红松、蒙古栎树下土壤的甲烷氧化速率与甲烷氧化菌群落结构,并对开顶箱(OTC)内已连续进行6年高浓度C02(500 ppm)熏蒸的蒙古栎树下土壤CH4通量、甲烷氧化菌群落结构进行研究,考察了C02浓度升高对土壤CH4通量、CH4氧化菌群落结构的影响。
研究结果表明:
1.不同树种林下土壤甲烷氧化能力差异很大,蒙古栎土壤氧化能力最强,其次为长白赤松,红松。原位通量测定分别为:蒙古栎:165.8mg·m-2yr-1,长白赤松:134.23mg·m-2yr1,红松:109.93mg·m-2yr-1。甲烷氧化菌的数量也存在很大差异,pmoA基因拷贝数分别为:7x106 copies/g,6.45×106 copies/g和5.01 xl06 copies/g土壤;对于16S rRNA基因,Type I MOB拷贝数分别为:2.18 x109 copies/g,2.10x109 copies/g和2.03x109 copies/g: TypeⅡMOB拷贝数分别为:8.57x109 copies/g,8.40x109 copies/g和8.32x109 copies/g.DGGE结果显示不同树下土壤甲烷氧化菌的多样性指数也存在很大差异。
2.开顶箱试验表明,连续六年高浓度(500ppm) C02熏蒸,抑制了蒙古栎土壤的CH4氧化能力,其年甲烷氧化量为129.5 mg·m-2yr-1,与林下土壤的氧化量165.8 mg·m-2yr-1相比,熏蒸后的土壤甲烷年氧化量降低了22%,比对照处理的年氧化量135.3 mg·m-2yr1减少4%。结果显示,C02浓度升高,不仅土壤CH4氧化能力受到显著抑制,土壤甲烷氧化菌落结构也发生了改变,多样性指数显著降低;土壤甲烷氧化菌数量显著降低,对于Type I MOB,C02熏蒸处理后,其拷贝数为1.93×109 copies/g,比林下土壤处理降低11%,对于Type IIMOB,其拷贝数为7.21×109 copies/g比林下土壤处理降低l5%对于TypeⅠ MOB和TypeⅡ MOB,其C02处理后的基因拷贝数与设施对照(1.98×109 copies/g,7.32×109 copies/g)几乎相同。pmoA基因拷贝数为3.75×106copies/g,与林下土壤处理(7.00×106 copies/g)和设施对照(4.13×106 copies/g)相比分别降低了46%,41%。
研究显示,即使都是温带森林土壤,不同树种林下土壤的甲烷氧化能力各不相同;未来C02浓度升高情景下土壤的甲烷氧化能力会受到很大的抑制,与之相对应,土壤的甲烷氧化菌群落结构和丰度也将发生很大变化。