森林沼泽演替过程中氧化亚氮排放的微生物作用机制

The succession of forest swamp is from rich nutrient swamp to poor nutrient swamp. In this process, the change of nitrous oxide emission is important in evaluating the function of forest swamp. Microorganisms are the engines of biogeochemical cycling of elements and influence the emission of the green house gas, however, the microbial mechanisms related to different pathways of the nitrous oxide release remain largely unknown. This project will focus on the wetland soils in different stages of forest swamp in the Nanwenghe National Nature Reserve, and carry out field investigation combined with microcosm incubation experiment. By using stable isotope labeling coupled with stable isotope probing (SIP), we will study the changes of different microbial processes to the contribution of nitrous oxide emission and trace the shifts of the microorganisms. Furthermore, the responses of microbial community to environmental fluctuations would be detected by Illumina Hiseq sequencing and Q-PCR, which could verify the contribution of different microorganisms to the nitrous oxide release and unravel the microbial mechanisms. These results will be significant to predict the impact of forest swamp on global climate change in the Greater Khingan Range area.

森林沼泽的演替是指从富营养的低位沼泽逐渐变为寡营养的高位沼泽的过程，在此过程中氧化亚氮排放量的变化是评价森林沼泽功能的重要参考。微生物作为湿地中元素地球化学循环的主要驱动者，对于温室气体的排放具有重要影响，但是其在森林沼泽演替过程中参与不同氧化亚氮排放途径的机制尚不清楚。因此，本项目以空间代替时间的方法，选择大兴安岭南瓮河自然保护区不同演替阶段的森林沼泽土壤为研究对象，结合微宇宙培养实验，利用同位素标记技术和稳定性同位素核酸探针技术（SIP），追踪森林沼泽演替过程中不同的微生物对氧化亚氮排放贡献的变化；进一步采用Illumina高通量测序和定量PCR等分子生物学方法，解析不同微生物群落的组成、多度及多样性对环境变化的响应，探索寒温带森林沼泽演替过程中氧化亚氮排放变化的微生物机制。研究成果将为预测大兴安岭地区的森林沼泽对全球气候变化的影响提供数据支持。

森林沼泽的演替是指从富营养的低位沼泽逐渐变为寡营养的高位沼泽的过程，在此过程中氧化亚氮排放量的变化是评价森林沼泽功能的重要参考。微生物作为湿地中元素地球化学循环的主要驱动者，对于温室气体的排放具有重要影响，但是其在森林沼泽演替过程中参与氧化亚氮排放的微生物机制尚不清楚。我们选择大兴安岭南瓮河自然保护区不同演替阶段的森林沼泽土壤为研究对象，结合微宇宙培养实验，利用同位素标记和高通量测序技术，研究表明寒温带针叶林中未沼泽化土壤和沼泽化土壤的功能发生显著改变，与未沼泽化土壤相比，沼泽化土壤的N2O排放量显著增加，但是土壤多功能性显著下降，铵态氮和硝态氮倾向于转化为生物不可利用的状态。土壤中细菌和真菌群落的功能性状（主要通过丰度、多样性、活性和群落组成来表征）也有显著差异，沼泽化后土壤细菌和真菌群落的多样性更低，群落结构更为简单，真菌多样性而不是细菌多样性对于维持包括N2O排放在内的土壤多功能性更重要，且腐生型的真菌起主要作用。因此寒温带森林生态系统沼泽化后可能更加脆弱，对全球气候变化的响应更为敏感，应该更多的保护真菌多样性来应对气候变化。