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甲烷氧化微生物是全球碳循环中不可或缺的组成部分,它们是全球甲烷排放的最大控制环节,具有重要的生态意义。近几十年来新发现的硫酸盐型厌氧甲烷氧化过程(sulfate-dependent anaerobic methane oxidation,sulfate-AOM)、硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程(nitrate-AOM)以及亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程(nitriteAOM),将甲烷循环与硫循环、氮循环结合,对全球物质循环和气候变化有着举足轻重的影响。土壤是地球生物化学循环的重要载体,同时也被视为重要的甲烷汇,复杂的土壤环境可以包含包括氧气在内的多种电子受体,这使得多种甲烷氧化微生物可以在土壤生境中共同存在,然而,有关土壤生境厌氧甲烷氧化微生物的研究还未见报道,厌氧甲烷氧化微生物对甲烷减排的贡献仍然未知。本论文以3类典型土壤生境(森林、草地和农田)为研究对象,在我国4大气候区(亚热带季风气候、温带季风气候、温带大陆性气候、高原山地气候)进行样品采集,结合多种分子生态学方法与统计学方法,对整个甲烷氧化微生物群体(包括Proteobacteria门传统好氧甲烷氧化细菌、Verrucomicrobia门、NC10门甲烷氧化细菌、厌氧嗜甲烷古菌)进行生态学研究,以期探明典型土壤生境中甲烷氧化微生物生态位分异特征及其环境驱动机制,并进一步选取潮间带和水稻田探究了氮素输入对甲烷氧化微生物的驱动机制。研究结果有助于完善全球甲烷循环和碳循环,并为甲烷减排调控提供理论依据。主要研究结果如下:1)探究了典型土壤生境中甲烷氧化微生物生态位分异特征甲烷氧化微生物在土壤生境中存在纵向空间的生态位分异。表层土壤中以好氧甲烷氧化细菌为主,次表层土壤中以NC10门甲烷氧化细菌为主,深层土壤以厌氧嗜甲烷古菌(Anaerobic Methanotrophic archaea,ANME archaea)为主。甲烷氧化微生物在不同土地利用类型中存在显著的分布差异。农田土壤甲烷氧化微生物丰度与活性均为最高,其次为草地土壤,森林土壤最低。陆地土壤生境中存在sulfate-AOM,与海洋sulfate-AOM由非ANME-2d簇古菌完成不同,其潜在功能微生物为ANME-2d。2)探究了典型土壤生境中甲烷氧化微生物关键功能物种好氧甲烷氧化细菌在47.2%的土壤样品中参与了微生物分子网络的构建,Methylacidiphilaceae、Methylomonaceae和Methylococcaceae分别是东北地区草地土壤30-60 cm、西藏森林土壤30-60 cm和西藏草地土壤0-10 cm样品中的基石物种,对维护各自生境群落结构稳定性具有重要作用。NC10门Methylomirabilaceae科和Proteobacteria门Beijerinckiaceae科是陆地土壤生境中的核心物种,存在于所有的土壤生境样品。森林土壤生境优势甲烷氧化细菌为Type Ⅱ型甲烷氧化细菌,草地土壤生境优势物种为Type Ⅱ型或NC10门甲烷氧化细菌,农田土壤生境最为复杂,Type Ⅰ型、Type Ⅱ型和NC10门甲烷氧化细菌均有可能成为优势物种。ANME-2d古菌是陆地土壤生境中绝对优势的厌氧嗜甲烷古菌,除此之外,草地、农田土壤中还存在少量不同于以往报道的特殊ANME-1分支。3)探究了典型土壤生境中甲烷氧化微生物生态位分异的环境影响因子气候分区、土地利用类型和深度对土壤生境微生物群落结构以及甲烷循环存在明显分异影响,但水稻种植对土壤生境微生物群落结构和功能的影响具趋同性。pH、温度和无机氮均导致了甲烷氧化微生物的分异。Proteobacteria门甲烷氧化细菌、NC10门甲烷氧化细菌和ANME古菌均偏好于中性pH和20-30℃中温环境,Verrucomicrobia门甲烷氧化细菌偏好于酸性环境;氨氮与Proteobacteria门甲烷氧化细菌、ANME-2d古菌丰度以及好氧甲烷氧化活性呈极显著正相关性,硝态氮和非ANME-2d簇ANME古菌丰度呈显著负相关。4)探究了甲烷氧化微生物对氮素输入的响应机制氮素输入改变了潮间带甲烷氧化格局,提升了反硝化型厌氧甲烷氧化微生物的丰度、活性及其对潮间带甲烷氧化的贡献占比。氮素输入改变了稻田土壤甲烷氧化格局,NC10门甲烷氧化细菌和ANME-2d古菌是稻田土壤中的优势物种,反硝化型厌氧甲烷氧化是水稻生长季节主导的甲烷氧化过程,占稻田土壤甲烷氧化的71.9%。