青藏高原北部湖泊暗固碳微生物群落和功能及其对盐度变化的响应

Dark carbon-fixing microbes and their functions have great importance for driving carbon cycles in freshwater lake ecosystem. However, limited is known about the diversity of dark carbon-fixing microbes and their activity in saline lakes and how they respond to salinity change. Due to unique climatic and environmental conditions, many saline and hypersaline lakes developed on the Qinghai-Tibetan Plateau and they possessed a wide range of salinity from freshwater to salt saturation, which are ideal for investigating the microbial response to salinity change. In this study, we will investigate the diversity and activity of dark carbon-fixing microbes in the Qinghai-Tibetan lakes with a wide range of salinity, using an integrated approach including geochemistry and culture-independent microbiological techniques. The successful implementation of the proposed project will unveil the potential relationships between the diversity and activity of dark carbon-fixing microbes and salinity in lakes, extend the knowledge of carbon cycling in lacustrine ecosystem, and provide further insights for understanding the effect of global climate change on the ecosystem structures and functions of lakes.

暗固碳微生物及其固碳功能对淡水湖泊碳循环具有不可忽视的贡献。然而，对于咸（盐）湖泊暗固碳微生物群落和固碳功能及其对盐度变化的响应，我们仍然知之甚少。青藏高原拥有独特的气候和环境条件，致使该地区咸（盐）湖泊广泛分布且具有较宽的盐度梯度，因而它们是研究微生物及其功能响应盐度变化的天然实验室。本项目以青藏高原北部不同盐度的湖泊为研究对象，以微生物的暗固碳过程为切入点，采用地质微生物学和地球化学分析相结合的方法，研究湖泊暗固碳微生物群落结构及其固碳功能，并结合湖泊地球化学条件，揭示青藏高原湖泊暗固碳微生物群落构成和固碳功能对盐度等环境条件的响应。该项目有助于拓展学界对湖泊碳循环过程的认知，并为全面评价全球气候变化给湖泊生态系统结构和功能带来的影响提供科学依据。

微生物碳固定（包括光和暗固碳作用）作用是湖泊碳循环的关键地球化学过程。近年来大量研究文献指出暗固碳作用对湖泊碳固定总量具有不可忽视的贡献。然而在湖泊中尤其是咸（盐）湖泊，微生物暗固碳作用及其固碳贡献一直缺乏详尽的研究和认识。本项目以青藏高原北部不同盐度湖泊为研究对象，采用地质微生物学和同位素地球化学相结合的技术手段，研究湖泊固碳功能微生物群落构成及其固碳速率，发现：1）湖泊水体光固碳速率范围为0.54-680.82 ug C L-1 h-1，暗固碳速率范围为1.41-34.94 C L-1 h-1；湖泊沉积物光固碳速率范围为1.03-445.05 ug C g-1 h-1，暗固碳速率范围为0.72-6.02 ug C g-1 h-1；2）青藏高原北部湖泊存在多种类的固碳微生物群落，其中，光固碳藻类种群主要分属于Bacillariales, Ceramiales, Naviculales, Oscillatoriales, Spirulinales, Synechococcales, 和 Vaucheriales；暗固碳微生物种群主要分属于Gammaproteobacteria 和Betaproteobacteria; 3) 光固碳藻类群落结构显著（P < 0.05）地受到环境因子（温度、溶解有机碳含量、溶解无机碳含量、浊度、总氮和磷）和空间因子（PCNM1、PCNM3和PCNM4）的影响；暗固碳微生物群落结构主要受盐度控制；4）盐度和总氮是影响湖泊表层水体光和暗固碳速率最为重要的两个环境因子；盐度和pH是影响湖泊表层沉积物光和暗固碳速率最为重要的两个环境因子；5）在微生物暗固碳对湖泊总固碳的贡献方面，总体是淡水湖泊低，咸水湖泊高。这些数据可为评估全球气候变化给湖泊生态系统结构和功能带来的影响提供科学理论依据。