范利超教授团队在泥炭地甲烷厌氧氧化对水位变化的响应机制方面取得新进展

泥炭地仅占全球陆地面积约3%，却储存了约三分之一的全球土壤碳，是陆地生态系统重要的碳库。同时，泥炭地也是大气甲烷（CH₄）的重要自然排放源。甲烷厌氧氧化（anaerobic oxidation of methane, AOM）能够在缺氧条件下消耗CH₄，是泥炭地甲烷循环中重要但长期被忽视的生物地球化学过程。气候变化和人为排水正在导致全球大量泥炭地水位下降。已有研究表明，水位下降会增加氧气向泥炭剖面的扩散，通常抑制产甲烷过程并增强好氧甲烷氧化。与此同时，泥炭土较高的孔隙度和持水能力使其在排水后仍可保留大量厌氧微环境，因此AOM仍可能在水位下降后的泥炭地甲烷循环中发挥重要作用。然而，水位下降如何影响AOM过程，以及这种水文变化如何进一步调控AOM对气候变暖的响应，目前仍缺乏系统认识。

针对这一科学问题，西北农林科技大学资源环境学院范利超教授团队以青藏高原东缘若尔盖泥炭地为研究对象，基于长期形成的水位梯度，选取年平均地下水位约为15、30和45 cm的泥炭地，采集0–30 cm泥炭样品，通过¹³CH₄同位素示踪培养实验，在5、15和25 ℃条件下定量测定AOM潜势及其温度敏感性。研究结合泥炭理化性质、微生物群落与功能基因分析以及多种统计模型，解析水位变化调控AOM及其温度响应的生物地球化学机制。通过进一步整合全球已发表泥炭地研究中的AOM观测数据，评估所观察到的AOM水位响应模式是否在不同泥炭地中具有广泛一致性。

图1 泥炭地甲烷厌氧氧化对水位下降的非线性响应及其微生物调控机制

研究发现，泥炭地AOM对水位下降呈明显的非线性响应，中等地下水位（30 cm）下AOM潜势最高，而严重排水（45 cm）会显著削弱这一过程。与此同时，水位变化还重塑了AOM对增温的响应，30 cm地下水位条件下AOM温度敏感性最低，而严重排水条件下Q₁₀和活化能明显升高，表明AOM温度敏感性具有显著的水文依赖性。微生物分析进一步显示，随着水位下降，AOM相关功能类群由ANME-2d占优势逐步向NC10等类群转变，而严重排水则削弱了有利于AOM发生的微生物—环境耦合，表明甲烷供应、电子受体、厌氧微环境及功能微生物之间的协同耦合共同决定了泥炭地AOM的强度及其对气候变暖的响应。该研究为理解泥炭地甲烷循环对水文变化与气候变暖的响应，以及优化退化泥炭地水位管理和甲烷模型参数化提供了新的科学依据。

该研究以“Nonlinear Responses of Anaerobic Methane Oxidation to Water Table Drawdown in Peatlands”为题，发表在Environmental Science & Technology期刊。西北农林科技大学资源环境学院为第一署名单位，资源环境学院博士研究生徐晓东为论文第一作者，范利超教授为通讯作者。德国明斯特大学Maxim Dorodnikov研究员、Klaus-Holger Knorr教授，德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授，陕西科技大学杨刚教授等人参与了该项研究。该研究得到国家自然科学基金面上项目（42577355）、陕西省自然科学基础研究计划项目（2026JC-YXQN-109）等项目资助。

全文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.est.6c06040