温带典型海草床温室气体N2O释放特征及微生物机制研究

作     者：何倩玲 

作者单位：烟台大学 

学位级别：硕士

导师姓名：季道德;张晓黎;周丽源

授予年度：2024年

学科分类：083001[工学-环境科学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：N2O排放 海草床 异养硝化作用 宏基因组分析 同位素示踪 

摘      要：气候变化作为一种全球性现象,对世界各地的许多生态系统和人类生活影响重大。由于人类活动叠加全球变化带来的多重压力,沿海地区正在经历前所未有的环境退化。营养物质（特别是氮）和侵蚀性沉积物向沿海海洋的大量排放,对生态系统和全球气候产生深远影响。氧化亚氮（NO）是一种具有显著增温效应的温室气体,不仅影响全球气候变化,且其释放也是近海生态系统中氮输出的重要途径。海草床是最广泛和最具生产力的沿海生态系统之一,可以提供很多重要的生态系统服务,其在沿海地区被视为氮的过滤器,然而关于它们是NO的源还是汇仍存在争议。此外,对海草床中NO的产生途径以及微生物驱动机制的了解也相对不足。 本研究利用气相色谱、静态箱和N同位素示踪等方法,对温带鳗草（***）和日本鳗草（***）混合海草床的海-气交换通量、沉积物释放潜力和NO产生途径进行了深入研究。采用q PCR和宏基因组测序来比较海草定植和非草沉积物之间功能基因丰度和表达的差异。主要研究结果如下: （1）海草床NO海气通量范围为-1.97～-1.77 nmol m? h?,海草区略低于邻近非草区。经过升温和氮富集处理后,海草沉积物NO释放潜力明显增加。 （2）在海草床中首次研究了异养硝化作用,异养硝化作用（26.80%～62.41%）和反硝化作用（37.55%～72.83%）对海草床NO的产生贡献显著,受沉积物有机质含量影响较大,而自养硝化作用的贡献可以忽略不计。 （3）与非草沉积物相比,氨单加氧酶基因amoA、amoB和amoC、亚硝酸盐氧化还原酶基因nxr A和nxr B、亚硝酸还原酶基因nir S和氧化亚氮还原酶基因nor B在海草沉积物中的丰度下调,而氧化亚氮还原酶nos Z在海草沉积物中的丰度上调,从基因的角度解释了海草定植区域NO排放量减少的原因。 （4）一些携带nos ZⅡ基因的细菌,如Bacteroidia、Polyangia、Anaerolineae和Verrucomicrobiae可能在海草床的NO还原中发挥重要作用。 这些结果对于凸显海草床减缓气候变化的能力具有重要意义,可为海草床生态系统恢复和保护提供科学依据,有助于海岸带的可持续发展。