納米磁鐵礦加速 '電子驅動產甲烷' 過程
氮沉降對黃河三角洲濱海濕地甲烷排放影響
作為溫室氣體, 甲烷具有比二氧化碳更高的增溫潛勢, 在全球碳迴圈及全球氣候變化中扮演著至關重要的角色. 由自然活動產生的甲烷具有相當可觀的數量 (每年約2.5億噸) , 濕地是其最大的自然來源. 多種環境因子均可影響濕地甲烷排放, 其中廣泛存在於自然界的導電礦物 (如磁鐵礦等含鐵礦物) 以及因人為活動幹預而提高的氮沉降是兩種重要的潛在因素.
中國科學院煙台海岸帶研究所電微生物資源與微生物生態健康團隊近期對納米磁鐵礦對黃河三角洲濕地甲烷產生途徑的影響及機理進行了. 為了更真實地類比自然的原位環境, 與以往採用單一的碳源不同, 本研究以黃河三角洲濕地主要植物蘆葦為碳源, 結果發現, 納米磁鐵礦可在 '小時' 級別上顯著提高濕地甲烷產生速率. 藉助自然丰度碳同位素分餾和碳13示蹤顯示, 甲烷產出提高主要與二氧化碳還原的加快有關. 研究者綜合利用熱力學, 電化學, 模型分析等手段發現, 甲烷主要來自 '電子驅動的二氧化碳還原' , 這是一種全新的甲烷產生途徑. 基於RNA水平的高通量測序分析表明, 具有向細胞外傳輸電子能力的細菌Geobacter與具有產甲烷能力的產甲烷古菌Methanosarcina可以通過耦聯互營乙酸氧化和電子還原二氧化碳過程進而促進甲烷的產生. 該研究解析了導電礦物對濕地甲烷產生途徑的影響, 為更進一步了解導電礦物參與下的濕地甲烷排放提供了新的認識.
此外, 該團隊藉助中科院黃河三角洲濱海濕地生態試驗站, 同韓廣軒團隊合作, 基於連續4年 (2012年至2016年) 類比氮沉降處理, 研究了大氣氮沉降增加和間歇性淹水對濱海濕地甲烷排放的影響. 研究顯示銨態氮在全年均提高了甲烷排放. 硝態氮雖然在淹水期對甲烷的排放具有一定的促進作用, 但影響較小. 通過分析不同氮沉降處理下原位古菌群落結構表明, 銨態氮處理提高了Methanocellaceae丰度, 這可能是甲烷通量提高的重要原因. 這有助於認識濱海濕地甲烷排放對氮沉降增加和間歇性淹水的響應機制, 並為準確預測氮沉降增加情景下濱海濕地甲烷的源匯強度提供理論支撐.
相關研究成果發表在Environmental Science: Nano和Science of The Total Environment上. 該研究得到了國家自然科學基金, 中科院百人計劃, 山東省自然科學傑出青年基金, 泰山學者青年專家計劃等的資助.
