我国典型湖泊产甲烷过程的微生物动力学模型研究

Lakes are important sources for the atmosphere methane gas. Microbial methane production process contribute most part of methane emission from the lakes. So studying the dynamic mechanisms for microbial methane production in lakes is of great importance to precisely estimating methane flux from lakes and comprehensively assessing the effects of lake methane emission on global change. We propose in this project to study the quantitative correlation between methane production rate and microbial community composition, nutrition level and salinity in the lakes on the northern Qing-Tibetan Plateau and the mid-east of China. An integrated approach including geochemistry and geomicrobiology will be employed. Microbial data (microbial community composition, abundance, microbial correlation with nutrition level and salinity) will be parameterized into the methane flux model, which will be employed to calculate the methane emission from the studied lakes. The successful implementation of this project will 1) enhance the predicting capability of predictive models for methane emission from lakes; and 2) provide a theoretical framework for holistic understanding of the effects of lake methane emission on global change.

湖泊是大气甲烷的重要来源。微生物产甲烷过程对湖泊甲烷排放通量具有重要贡献。因此研究湖泊等自然生境中产甲烷微生物动力学机制，对于准确评估湖泊甲烷排放通量及其对全球变化的影响极其重要。本项目将以我国中东部和青藏高原北部典型湖泊为研究对象，采用地球化学和地质微生物学相结合的综合技术方法，系统研究湖泊产甲烷速率与微生物种群构成、湖泊营养水平和盐度等因素的相关关系，将微生物数据融入甲烷排放通量计算的数学模型，构建具有微生物数据参数的预测模型，评估我国典型湖泊的甲烷排放通量。该项目的成功实施，将将有助于提高现有甲烷排放通量计算模型的预测能力，研究成果能为全面认识和评价湖泊湿地甲烷排放及其对全球变化的影响提供数据基础和理论依据。

湖泊是大气甲烷的重要来源。微生物产甲烷过程对湖泊甲烷排放通量具有重要贡献。因此研究湖泊等自然生境中产甲烷微生物动力学机制，对于准确评估湖泊甲烷排放通量及其对全球变化的影响极其重要。本项目以我国中东部和青藏高原北部典型湖泊为研究对象，采用地球化学和地质微生物学相结合的综合技术方法，系统研究湖泊产甲烷速率与微生物种群构成、湖泊营养水平和盐度等因素的相关关系，将微生物数据融入甲烷排放通量计算的数学模型，构建具有微生物数据参数的预测模型。发现：所有湖泊沉积物的产甲烷浓度随时间增加而增加。同时，产甲烷速率也随醋酸浓度增加而增加。湖泊的产甲烷过程符合酶促反应模式。湖泊产甲烷过程均满足米氏方程，暗示以醋酸为底物产甲烷的过程是主要途径。Methanosaeta和Methanosarcina属微生物是利用醋酸产甲烷的主要群落。大部分湖泊Methanosaeta在不同醋酸浓度的样品中相对丰度都高于Methanosarcina。因此，Methanosaeta是湖泊通过醋酸产甲烷的主要贡献者。另外，应对外源有机质输入，Methanosarcina和Methanosaeta相对丰度变化较为明显。这些数据结果为揭示内陆湖泊在受外来有机质输入影响下的温室气体（甲烷）排放提供基本的数据基础和理论依据。