Role of n-DAMO in Mitigating Methane Emissions from Intertidal Wetlands Is Regulated by Saltmarsh Vegetations  

盐沼植被调控n-DAMO在潮间带湿地减缓甲烷排放的作用  

来源：Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 1152-1163  

《环境科学与技术》2024年第58卷第1152-1163页  

 

摘要内容：  

研究通过分子生物学和稳定同位素示踪技术，揭示了不同盐沼植被类型（如芦苇、海三棱藨草、互花米草）及裸露泥滩中n-DAMO（亚硝酸盐/硝酸盐依赖的厌氧甲烷氧化）过程的生态功能差异及其微生物机制。结果表明，植被覆盖的盐沼（如海三棱藨草和互花米草）比裸露泥滩具有更高的n-DAMO速率（图1a），显著促进甲烷氧化；而芦苇湿地中n-DAMO贡献最低（15.0%），其厌氧甲烷氧化主要由Fe³⁺驱动（图1c）。环境参数（如pH、总有机碳TOC、盐度）和微生物群落结构差异是调控n-DAMO过程的关键因素（图4）。研究估算了中国沿海湿地n-DAMO每年可氧化1.8-22.6×10⁶吨甲烷，为湿地甲烷减排提供了科学依据。  

 

 

 

研究目的：  

明确不同盐沼植被类型对n-DAMO过程的调控作用，揭示其微生物群落结构及环境驱动机制，量化n-DAMO在沿海湿地甲烷减排和氮去除中的贡献，为湿地生态系统管理和气候变化缓解策略提供依据。  

 

研究思路：  

原位采样与实验设计：在长江口崇明东滩采集不同植被（芦苇、海三棱藨草、互花米草）及裸露泥滩的沉积物样本。  

 

n-DAMO速率测定：利用¹³CH₄稳定同位素示踪法测定亚硝酸盐/硝酸盐依赖的甲烷氧化速率（图1a）及碳转化效率（图1b）。  

 

微生物群落分析：通过16S rRNA测序、功能基因（pmoA、mcrA）qPCR及GeoChip技术，解析n-DAMO微生物的丰度与群落结构（图2-3）。  

 

 

 

环境因子关联分析：结合随机森林模型和Mantel检验，揭示pH、TOC、盐度等环境参数对n-DAMO过程的调控机制（图4）。  

 

氮去除潜力评估：基于n-DAMO速率与氮化学计量关系，估算其对湿地氮污染的去除贡献。  

 

测量数据及研究意义（对应图表）：  

n-DAMO速率与碳转化效率（图1a-b）：  

 

植被覆盖区（海三棱藨草、互花米草）的n-DAMO速率显著高于裸露泥滩（最高45.1 nmol ¹³CO₂ g⁻¹ day⁻¹），碳转化效率（CCE）达9.1-10.2%。  

 

意义：证实植被通过分泌有机酸降低pH、增加TOC，促进n-DAMO微生物活性，增强甲烷氧化能力。数据来源：图1a（速率）、图1b（CCE）。  

微生物群落结构与功能基因（图2-3）：  

植被区硝化型n-DAMO细菌（如Candidatus Methylomirabilis oxyfera）和古菌（如Candidatus Methanoperedens）丰度更高（pmoA基因达1.6×10⁷ copies/g，mcrA基因达5.1×10⁶ copies/g）。  

 

意义：群落结构差异（如互花米草区以Cluster III古菌为主）导致不同植被区n-DAMO功能分化。数据来源：图2（系统发育树）、图3（qPCR）。  

环境参数调控机制（图4）：  

pH（负相关）、TOC（正相关）、盐度（正相关）是n-DAMO速率的主要驱动因子；Fe²⁺浓度与硝化型n-DAMO细菌活性正相关。  

 

意义：植被根系分泌的有机酸（如丙酮酸、柠檬酸）降低pH，促进n-DAMO微生物底物利用。数据来源：图4a（随机森林分析）、图4b（Mantel检验）。  

氮去除潜力：  

 

硝化型n-DAMO过程在植被区的氮去除贡献达19.3-20.1%，高于厌氧氨氧化（0.6-7.5%）。  

 

意义：n-DAMO不仅是甲烷氧化途径，也是湿地氮污染治理的重要途径。  

 

结论：  

植被覆盖（尤其是海三棱藨草和互花米草）显著提升n-DAMO速率，增强湿地甲烷氧化能力，而芦苇湿地因根系通气性强，n-DAMO贡献低，主要依赖Fe³⁺驱动甲烷氧化。  

 

环境参数（pH、TOC、盐度）通过调控微生物群落结构和功能基因丰度，影响n-DAMO过程的空间分异。  

 

n-DAMO微生物每年可氧化1.8-22.6×10⁶吨甲烷，并去除0.7-8.3×10⁶吨氮，是沿海湿地甲烷减排和氮污染控制的关键途径。  

 

丹麦Unisense电极测量的数据研究意义：  

使用Unisense氧微电极（OXY meter S/N 4164）测量沉积物溶解氧（DO），验证实验瓶内完全厌氧条件，确保n-DAMO速率测定的准确性。具体意义包括：  

厌氧条件验证：电极检测DO浓度接近零（预培养后），排除氧气干扰，确保n-DAMO微生物在严格厌氧环境下活动。  

 

过程关联分析：DO数据与pH、TOC等参数结合，揭示植被根系通气性（如芦苇）对沉积物氧化还原状态的调控，解释n-DAMO速率差异。  

 

实验质量控制：高精度DO测量（分辨率达μmol/L级）保障了¹³CH₄示踪实验的可靠性，为后续同位素数据（¹³CO₂生成）提供基础支持。  

 

该数据直接关联实验条件控制与微生物活动响应，为n-DAMO过程机制解析提供了关键物理化学背景参数。