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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

甲烷(ch₄)是大气中主要温室气体之一，其浓度仅次于二氧化碳(co₂)[1]。其温室效应是二氧化碳的26倍，在空气中的体积分数为5%～15%[2]。世界甲烷年排放量大约为5108~6108t ，其中湿地每年排放1108~2.31108t 甲烷，是自然界中最大的排放源[3]。湿地排放ch₄取决于其中产ch₄古菌和ch₄氧化菌活动的平衡。在厌氧条件下，有机物经过ch₄菌的发酵作用产生ch₄；而在有氧的条件下，ch₄被ch₄氧化菌氧化成co₂释放到大气中[4]。不同类型的湿地土壤，其ch₄排放量有所不同。不同质地沼泽土壤中ch₄的产生速率不同，土壤有机物性质对湿地ch₄的产生也有明显的影响，此外，有机质成分也决定ch₄产生速率[5]。微生物通过甲烷厌氧氧化（ＡＯＭ）可以减少自然环境中该温室气体的排放，对缓解全球温室效应具有重大作用[6]。根据耦联的反应不同，aom可分为两类: 一类是硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化(samo)，即甲烷氧化耦联硫酸盐还原：另一类是反硝化型甲烷厌氧氧化,samo 主要的特点是甲烷厌氧氧化的同时伴随硫酸盐的还原，该过程是以so₄^2－作为最终电子受体，其产物为hco₃^－和hs^－[7]。甲烷浓度剖面在硫酸盐还原带上部都非常低，直到在硫酸根—甲烷过渡带( sulfate methane transition，smt) 附近硫酸盐被消耗殆尽才快速变高。由于微生物的甲烷厌氧氧化作用，短时间内甲烷被快速消耗，使甲烷浓度在剖面上呈现“下凹”状，而硫酸盐则呈现线性变化特征;利用¹⁴ ch₄，³⁵ so₄^{2 -}放射性同位素标记方法原位测定沉积物甲烷的氧化速率和硫酸盐的还原速率，结果显示甲烷氧化速率和硫酸盐还原速率在smt同时增大[8]。在硫酸盐还原带的下部有硫酸盐还原与甲烷厌氧氧化(aom)耦合效应，它有效降低了河口海岸带地区向大气排放甲烷的通量[9]。崇明岛东滩是中国长江口规模最大、发育最完善的河口型滩涂湿地[10]。对崇明东滩湿地硫酸盐型甲烷厌氧氧化作用的机理研究对温室效应有着极其重要的意义。

国内外研究现状

受海洋和陆地双重影响的滨海湿地是ch₄重要的自然来源。大量研究表明，湿地是大气中ch₄的最大天然来源。而滨海湿地ch₄排放通量已经占到全球ch₄排放总量的20%～39%。滨海湿地作为海洋和陆地过渡区的重要组成部分，承接着来自人类活动输入的大量含碳物质，具有较高的碳储量，其ch₄排放规律及其与大气环境变化的关系正日益受到人们的重视[11]。

2. 研究的基本内容

1. 测定滨海湿地剖面土壤的甲烷浓度与硫酸盐浓度，确定甲烷-硫酸盐过渡带的深度；

2. 采用同位素示踪方法测定该过渡带土层的甲烷厌氧氧化速率；

3. 厌氧培养过渡层土壤，分析功能微生物的群落结构；

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   3. 实施方案、进度安排及预期效果

   实验方案：

   土壤样品采集于长江口崇明岛围垦稻田，分为有植被土壤和光滩土壤。将样品运回实验室后，一部分冻存于-25℃冰柜中，用于土壤微生物分析；另一部分新鲜土样用于分析比较两类土壤剖面的水溶性甲烷浓度，判断转化带的深度以及甲烷氧化速率。分析测试主要参考鲁如坤主编的《土壤农业化学分析方法》。微生物群落结构分析采用土壤总dna提取，用细菌和古菌的通用引物进行pcr扩增后，进行高通量测序，研究不同土壤样品中的微生物群落结构。

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   4. 参考文献

   1. 聂发辉, 周永希, 张后虎,等. 垃圾填埋场甲烷释放及氧化技术研究进展[j]. 环境工程技术学报, 2016, 6(2):163-169.

   2. 席婧茹, 刘素琴, 李琳,等. 硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群驯化及其群落特征[j]. 环境科学, 2014, 1(12):4602-4609.

   3. 湿地甲烷厌氧氧化的重要性和机制综述[j]. 中国环境科学, 2017(9).

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