文献综述
一、研究目的和意义
全球气候变化，特别是逐年出现的气温升高现象，使得人们不得不关注温室效应。甲烷(CH4)是厌氧条件下微生物对有机物分解而产生的，它对全球气候变暖和对流层臭氧破坏具有重要的影响，其增温效应约占所有温室气体总效应的15% -20%，对全球变暖的贡献仅次于CO2。若考虑20年的时间尺度，单位质量CH4的增温潜势为CO2的62倍。目前，大气CH4的年平均增长率约为0.8% -1%，因此CH4排放问题越来越受到科学家们的关注。水体是大气CH4的主要来源，约占全球甲烷自然源的40%-50%。但是，目前国内对于CH4生产和排放的研究绝大部分集中在稻田、湿地或者沼泽，对湖泊水体的研究相对较少[1]。
随着人类活动的加剧，耕地、林地、建筑用地不断增多，使得自然湿地遭到破坏，部分天然湿地向人工湿地转变，水体情况发生改变，湿地植被的组成和功能也发生改变，导致湖泊大面积被污染[2]。我国是世界湖泊资源丰富的国家之一，湖泊湿地的萎缩和减少必将对环境产生严重的危害。因此，湖泊对于甲烷的贡献也必将产生影响。了解不同区域湖泊湿地产甲烷的变化规律，需要确定湖泊湿地生产甲烷的过程，分析影响产生甲烷的因素，在把握甲烷生产机制的前提下，设计方案来测定不同湖泊湿地的产甲烷潜力，根据湖泊土壤温度、土壤有机物含量等理化性质的变化特征，评估不同区域湖泊湿地在甲烷排放过程中的贡献及其关键控制因素。
本研究以我国洪泽湖湿地的湖心和湖滨区域为试验对象，研究洪泽湖湿地不同底物浓度对其底泥产甲烷潜力的影响，探究不同湖泊湿地区域底泥土壤的产甲烷潜力变化规律，为有区域针对性的湖泊管理和保护提供理论依据。
二、国内研究概况
我国地域辽阔，气候特点各异，地貌特征明显，自然环境区域差异显著，湖沼湿地的类型、形成和分区分布特征等诸方面都呈现与自然环境相应的区域特色。中国湖沼湿地可分为六大区域：东北山地与平原地区、东部平原地区、蒙新高原地区、青藏高原地区、云贵高原地区、华南沿海地区。其中，东北山地与平原地区、东部平原区、云贵高原区和华南沿海区地处季风气候区，降水较丰沛，属外流区，湖泊多为淡水湖；青藏高原区和蒙新高原区基本属于内流区，在干旱半干旱气候条件下，湖泊表现为封闭的咸水湖或盐湖。中国湖沼湿地较为丰富，但地区分布极不均匀，最大湖沼湿地率(东北山地与平原地区)是最小湖沼湿地率(云贵高原地区)的13.78倍。中国的湖沼湿地主要分布在东北山地与平原地区和青藏高原地区,湖沼湿地率7.06%，是全国平均湖沼湿地率的3.64倍[3]。
湿地的甲烷排放是土壤中甲烷产生、氧化和传输综合作用的结果，并且在土壤微生物介入下，甲烷产生和氧化是一个复杂的生物化学过程。人们以往认为湿地甲烷的生成主要有厌氧发酵和CO2还原两条途径,其总反应式为：C6H12O6→3CO2 3CH4；CH3COOH→CH4 CO2；CO2 4H2→CH4 2H2O。有研究表明，植物体及凋落物也能产生甲烷,植被和凋落物所释放量占每年甲烷排入大气的10%~30% [4],但这一甲烷产生路径仍需进一步研究。另外,不同土壤中所含不同的土壤微生物菌族、土壤有机物种类及含量存在差异,产生甲烷的通量和途径也存在差异[5]。因此我国不同区域湿地的产甲烷菌类型差异很大，东部洪泽湖和鄱阳湖的主要产甲烷菌为Methanomicrobiales 和 Methanosaetaceae，主要受土壤DOC含量的影响[6]。有研究表明，湿地土壤甲烷的排放或吸收只与有机质和微生物有关，产甲烷细菌种群发育的首要条件是厌氧环境和甲烷形成基质[7]。徐华通过对比15种不同水稻土产甲烷潜力的变化，验证了厌氧培养甲烷产生率显著大于好氧培养，土壤有机质含量是影响甲烷产生的最重要土壤性质，存在着显著或极显著相关性[8]。
高亲和力氧化和低亲和力氧化是土壤中甲烷氧化菌对甲烷进行氧化的两种途径，其主要过程为甲烷→甲醇→甲醛→甲酸→CO2。甲烷的低亲和力氧化主要发生在稻田、泥炭沼泽等环境的土壤氧化层、有氧条件下的根际、水稻根内和其挺水的叶鞘内[9]。土壤甲烷氧化潜力也极可能与甲烷氧化菌的生物量有关[10]。尽管已经对大部分影响土壤甲烷氧化的因子进行过深入地研究,但对支持甲烷氧化菌生长以及活性、底物对甲烷氧化的影响的研究仍十分缺乏[11]。
