Role of n-DAMO in Mitigating Methane Emissions from Intertidal Wetlands Is Regulated by Saltmarsh Vegetations

盐沼植被调控n-DAMO在潮间带湿地减缓甲烷排放的作用

来源：Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 1152-1163

《环境科学与技术》2024年第58卷第1152-1163页


摘要内容：

研究通过分子生物学和稳定同位素示踪技术，揭示了不同盐沼植被类型（如芦苇、海三棱藨草、互花米草）及裸露泥滩中n-DAMO（亚硝酸盐/硝酸盐依赖的厌JD足球反波胆APP下载甲烷JD足球反波胆APP下载化）过程的生态功能差异及其微生物机制。结果表明，植被覆盖的盐沼（如海三棱藨草和互花米草）比裸露泥滩具有更高的n-DAMO速率（图1a），显著促进甲烷JD足球反波胆APP下载化；而芦苇湿地中n-DAMO贡献最低（15.0%），其厌JD足球反波胆APP下载甲烷JD足球反波胆APP下载化主要由Fe??驱动（图1c）。环境参数（如JD足球反波胆APP下载、总有机碳TOC、盐度）和微生物群落结构差异是调控n-DAMO过程的关键因素（图4）。研究估算了中国沿海湿地n-DAMO每年可JD足球反波胆APP下载化1.8-22.6×10?吨甲烷，为湿地甲烷减排提供了科学依据。


研究目的：

明确不同盐沼植被类型对n-DAMO过程的调控作用，揭示其微生物群落结构及环境驱动机制，量化n-DAMO在沿海湿地甲烷减排和氮去除中的贡献，为湿地生态系统管理和气候变化缓解策略提供依据。


研究思路：

原位采样与实验设计：在长江口崇明东滩采集不同植被（芦苇、海三棱藨草、互花米草）及裸露泥滩的沉积物样本。


n-DAMO速率测定：利用??CH?稳定同位素示踪法测定亚硝酸盐/硝酸盐依赖的甲烷JD足球反波胆APP下载化速率（图1a）及碳转化效率（图1b）。


微生物群落分析：通过16S rRNA测序、功能基因（pmoA、mcrA）qPCR及GeoChip技术，解析n-DAMO微生物的丰度与群落结构（图2-3）。

环境因子关联分析：结合随机森林模型和Mantel检验，揭示JD足球反波胆APP下载、TOC、盐度等环境参数对n-DAMO过程的调控机制（图4）。


氮去除潜力评估：基于n-DAMO速率与氮化学计量关系，估算其对湿地氮污染的去除贡献。


测量数据及研究意义（对应图表）：

n-DAMO速率与碳转化效率（图1a-b）：


植被覆盖区（海三棱藨草、互花米草）的n-DAMO速率显著高于裸露泥滩（最高45.1 nmol ??CO? g?? day??），碳转化效率（CCE）达9.1-10.2%。


意义：证实植被通过分泌有机酸降低JD足球反波胆APP下载、增加TOC，促进n-DAMO微生物活性，增强甲烷JD足球反波胆APP下载化能力。数据来源：图1a（速率）、图1b（CCE）。

微生物群落结构与功能基因（图2-3）：

植被区硝化型n-DAMO细菌（如Candidatus Methylomirabilis oxyfera）和古菌（如Candidatus Methanoperedens）丰度更高（pmoA基因达1.6×10? copies/g，mcrA基因达5.1×10? copies/g）。


意义：群落结构差异（如互花米草区以Cluster III古菌为主）导致不同植被区n-DAMO功能分化。数据来源：图2（系统发育树）、图3（qPCR）。

环境参数调控机制（图4）：

JD足球反波胆APP下载（负相关）、TOC（正相关）、盐度（正相关）是n-DAMO速率的主要驱动因子；Fe??浓度与硝化型n-DAMO细菌活性正相关。


意义：植被根系分泌的有机酸（如丙酮酸、柠檬酸）降低JD足球反波胆APP下载，促进n-DAMO微生物底物利用。数据来源：图4a（随机森林分析）、图4b（Mantel检验）。

氮去除潜力：


硝化型n-DAMO过程在植被区的氮去除贡献达19.3-20.1%，高于厌JD足球反波胆APP下载氨JD足球反波胆APP下载化（0.6-7.5%）。


意义：n-DAMO不仅是甲烷JD足球反波胆APP下载化途径，也是湿地氮污染治理的重要途径。


结论：

植被覆盖（尤其是海三棱藨草和互花米草）显著提升n-DAMO速率，增强湿地甲烷JD足球反波胆APP下载化能力，而芦苇湿地因根系通气性强，n-DAMO贡献低，主要依赖Fe??驱动甲烷JD足球反波胆APP下载化。


环境参数（JD足球反波胆APP下载、TOC、盐度）通过调控微生物群落结构和功能基因丰度，影响n-DAMO过程的空间分异。


n-DAMO微生物每年可JD足球反波胆APP下载化1.8-22.6×10?吨甲烷，并去除0.7-8.3×10?吨氮，是沿海湿地甲烷减排和氮污染控制的关键途径。


丹麦JD足球反波胆APP下载电极测量的数据研究意义：

使用JD足球反波胆APP下载JD足球反波胆APP下载JD足球反波胆APP下载（OXY meter S/N 4164）测量沉积物溶解JD足球反波胆APP下载（DO），验证实验瓶内完全厌JD足球反波胆APP下载条件，确保n-DAMO速率测定的准确性。具体意义包括：

厌JD足球反波胆APP下载条件验证：电极检测DO浓度接近零（预培养后），排除JD足球反波胆APP下载气干扰，确保n-DAMO微生物在严格厌JD足球反波胆APP下载环境下活动。


过程关联分析：DO数据与JD足球反波胆APP下载、TOC等参数结合，揭示植被根系通气性（如芦苇）对沉积物JD足球反波胆APP下载化还原状态的调控，解释n-DAMO速率差异。


实验质量控制：高精度DO测量（分辨率达μmol/L级）保障了??CH?示踪实验的可靠性，为后续同位素数据（??CO?生成）提供基础支持。


该数据直接关联实验条件控制与微生物活动响应，为n-DAMO过程机制解析提供了关键物理化学背景参数。