季節性凍融期東北泥炭沼澤碳排放及其微生物機制研究

《季節性凍融期東北泥炭沼澤碳排放及其微生物機制研究》是依託東北師範大學，由徐志偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：季節性凍融期東北泥炭沼澤碳排放及其微生物機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐志偉
• 依託單位：東北師範大學

項目摘要

泥炭沼澤是陸地生態系統溫室氣體重要的“源”和“匯”，在維持全球碳平衡中具有重要作用。季節性凍融期是泥炭沼澤碳排放的重要階段。全球變化背景下，土壤凍融強度、頻率的變化將直接影響土壤碳的生物地球化學過程。土壤微生物是凍融期泥炭沼澤土壤碳排放的主要調節者，但其影響機制尚不清晰。本項目擬以我國東北典型泥炭沼澤為研究對象，結合野外原位監測、室內凍融模擬實驗、穩定碳同位素技術與分子生物學手段，開展季節性凍融期泥炭沼澤碳排放及其微生物機制研究，揭示季節性凍融期泥炭沼澤碳排放特徵，估算凍融界面遷移過程中泥炭沼澤土壤融凍層碳排放潛力；明晰凍融作用對泥炭沼澤底物有效性及土壤微生物和酶活性的影響，鑑別凍融作用下影響泥炭沼澤土壤碳排放的關鍵微生物功能群，探討季節性凍融期東北泥炭沼澤碳排放的微生物機制，為我國北方典型泥炭沼澤土壤碳收支估算提供基礎數據，並為其對全球變化的回響研究提供科學依據。

結題摘要

季節性凍融期是泥炭沼澤碳排放的重要階段。全球變化背景下，土壤凍融強度、頻率的變化將直接影響土壤碳的生物地球化學過程。本項目通過我國東北典型泥炭沼澤為研究對象，結合野外原位監測、室內凍融模擬實驗的手段，開展季節性凍融期泥炭沼澤碳排放及其微生物機制研究，揭示季節性凍融期泥炭沼澤碳排放特徵；明晰凍融作用對泥炭沼澤底物有效性及土壤微生物和酶活性的影響，探討季節性凍融期東北泥炭沼澤碳排放的微生物機制。首先，通過文獻數據進行整合分析，發現凍融作用促進陸地生態系統溫室氣體排放，而這主要是通過降低土壤微生物量的方式實現，而在凍融作用會顯著降低土壤酶活性。季節性凍融期野外原位監測的研究結果表明：長期凍結後，泥炭沼澤出現CH4和CO2的排放峰值，並呈現出微地貌，草丘上的CO2排放量顯著高於丘間，且與丘上與丘間的溫度差異有關。這可能是由於泥炭沼澤微地貌差異引起冬季積雪的差異，進而導致凍融模式差異。基於此推測，本項目開展了雪被控制實驗，其結果表明：雪被去除會加劇季節性凍融期的凍融幅度和凍融頻率，而這一過程可能會使泥炭沼澤生態系統成為CH4和CO2的吸收匯，且與土壤微生物碳氮含量呈負相關。室內凍融模擬實驗研究結果表明凍融作用下土壤CH4排放呈現負值，CO2排放呈現正值，表明凍融循環過程中生態系統表現為CH4的吸收匯和CO2排放源，而這與基於meta-分析的綜合研究結果是一致的。綜合上述研究結果，長期凍結後泥炭沼澤會出現CH4和CO2的排放峰值，這主要與土壤微生物量的降低有關，因為長期的凍結作用會使土壤中部分微生物死亡分解。然而，春季的凍融作用會顯著降低CH4和CO2的排放量，可能是因為長期凍結後的凍融過程中微生物群落處於恢復階段。本研究為我國北方典型泥炭沼澤土壤碳收支估算提供基礎數據，並為揭示凍融季節泥炭沼澤碳排放機制及其對全球變化的回響研究提供重要線索。