甲烷是一種重要的溫室氣體，具有比二氧化碳更高的增溫潛勢，在全球碳循環及其引起的全球氣候變化中扮演著至關重要的角色。由自然活動產生的甲烷具有相當可觀的數量（每年約 2.5億噸），其中濕地是最大的自然來源。多種環境因子均可影響濕地甲烷排放，其中廣泛存在于自然界的導電礦物（如磁鐵礦等含鐵礦物）以及因人為活動干預而提高的氮沉降是兩種重要的潛在因素。　 

　　中國科學院煙臺海岸帶研究所“電微生物資源與微生物生態健康”團隊近期研究了納米磁鐵礦對黃河三角洲濕地甲烷產生途徑的影響及機理。為了更真實地模擬自然的原位環境，與以往采用單一的碳源不同，本研究以黃河三角洲濕地主要植物蘆葦為碳源，結果發現納米磁鐵礦可在“小時”級別上顯著提高濕地甲烷產生速率。借助自然豐度碳同位素分餾和¹³C示蹤顯示甲烷產生的提高主要來自二氧化碳還原的加快。綜合利用熱力學、電化學、模型分析等手段，以尋求產甲烷過程的還原力（是傳統認為的氫氣還是更加直接的電子？）。研究顯示，甲烷主要來自“電子驅動的二氧化碳還原”，這是一種全新的甲烷產生途徑。基于RNA水平的高通量測序分析，結果表明，具有向細胞外傳輸電子能力的細菌Geobacter與具有產甲烷能力的產甲烷古菌Methanosarcina可以通過耦聯互營乙酸氧化和電子還原二氧化碳過程進而促進甲烷的產生(Xiao et al., Environmental Science: Nano, 2017, DOI:10.1039/C7EN00577F)。 

　　這是該團隊繼前期發現并證實“電子驅動甲烷產生”機制(Energy & Environmental Science, 2012, 5, 8982)，發現納米磁鐵礦可補償地桿菌Geobacter 菌毛c型細胞色素蛋白的功能(Environmental Microbiology, 2015, 17, 648–655)之后，本研究在濕地環境中發現了“電子驅動甲烷產生”現象，并解析了導電礦物對濕地甲烷產生途徑的影響，為更進一步了解導電礦物參與下的濕地甲烷排放提供了新的認識。 

　　另外，團隊借助中國科學院黃河三角洲濱海濕地生態試驗站，同韓廣軒研究員團隊合作，基于連續4年（2012–2016）模擬氮沉降處理，研究了大氣氮沉降增加和間歇性淹水對濱海濕地甲烷排放的影響(Xiao et al., Science of The Total Environment, 2017, 595, 337-343)。研究顯示銨態氮在全年均提高了甲烷排放。硝態氮雖然在淹水期對甲烷的排放具有一定的促進作用，但影響較小。通過分析不同氮沉降處理下原位古菌群落結構，研究表明銨態氮處理提高了Methanocellaceae豐度，這可能是甲烷通量提高的重要原因。本研究有助于我們認識濱海濕地甲烷排放對氮沉降增加和間歇性淹水的響應機制，并為準確預測氮沉降增加情景下濱海濕地甲烷的源匯強度提供理論支撐。  

　　納米磁鐵礦加速“電子驅動產甲烷”過程 

　　氮沉降對黃河三角洲濱海濕地甲烷排放影響 

論文鏈接： 

1.  http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/EN/C7EN00577F#!divAbstract 

2.  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969717308100