甲烷（CH₄）是第二重要的温室气体，其百年增温潜力是二氧化碳的28倍。产甲烷古菌和好氧甲烷氧化细菌驱动了自然生态系统甲烷循环，它们的活性共同决定了全球甲烷排放强度。由于全球变暖导致山地冰川消融加速，冰川前缘土壤甲烷排放引起了越来越多的关注。自然生态系统甲烷排放受养分、植被覆盖率、地形、土壤含水量和温度等多种因素控制。全球变暖加速冰川退缩，导致冰川前缘面积扩大。已有研究表明，冰川前缘土壤既可能为甲烷的排放源，也可能为甲烷的吸收汇，其甲烷源汇功能变化可增强或减轻对气候变化的影响。然而，对于调节冰川前缘土壤甲烷源汇功能的关键驱动因子依然不清楚。

鉴于此，兰州大学泛第三极环境中心刘鹏飞教授、中国科学院青藏高原研究所邢婷婷博士和南京师范大学地理科学学院邓永翠副教授等在青藏高原龙匣宰陇巴冰川开展冰川前缘草甸甲烷源汇功能研究。通过原位测定龙匣宰陇巴冰川消融季与非消融季冰川前缘两种微地形（塔间和塔头）土壤的甲烷通量、分析土壤理化性质、定量产甲烷和甲烷氧化微生物丰度和测定功能微生物物种组成，研究人员探究了冰川前缘土壤甲烷排放及产甲烷与甲烷氧化功能微生物的变化。研究发现在冰川消融季，甲烷通量从−10.11~4.81μg·m⁻²·h⁻¹增加至7.48~22.57μg·m⁻²·h⁻¹（图1B），表明在冰川融水的影响下，冰川前缘土壤从甲烷汇变为甲烷源。在冰川消融季，产甲烷过程关键酶编码基因mcrA的基因拷贝数显著高于甲烷氧化细菌关键酶编码基因pmoA的基因拷贝数（图1A）。消融季土壤含水量高于非消融季，从而导致冰川前缘土壤厌氧环境增加，也与产甲烷微生物丰度高相吻合（图1D）。在所有测定的环境因素中，pH值对产甲烷古菌起主导作用，而pH值和水分对甲烷氧化细菌没有显著影响（图2）。基于mcrA和pmoA的高通量测序分析发现，冰川前缘土壤中主要的产甲烷古菌是甲基营养型Methanomassiliicoccales和氢营养型Methanomicrobiales（图3A和3C），而甲烷氧化细菌主要是Methylobacter和Methylocystis(图3B和3D)。它们的分布也受到微地形和环境因素差异的综合影响。pH值是调节冰川前缘塔间和塔头土壤中产甲烷古菌的驱动因素。此外，同一个目中不同OTU也表现出不同的pH偏好（图4A）。在塔间土壤中，甲烷氧化细菌Methylobacter（Ia）和Methylomonas（Ia）的相对丰度较高，而在塔头土壤中Methylocystis（IIa）和FWs（Ib）类型相对丰度占主（图4B）。该研究揭示了冰川前缘草甸土壤的甲烷排放过程受到冰川消融季节性变化的调节。研究结果表明，在气候变化背景下，冰川消融加速可能增加冰川前缘土壤甲烷排放从而对全球变暖形成正反馈。

近日，该研究成果以“Sink or Source: Alternative Roles of Glacier Foreland Meadow Soils in Methane Emission Is Regulated by Glacier Melting on the Tibetan Plateau”为题在Frontiers in Microbiology上发表，得到了国家重点研发计划（批准号2019YFC509103）、国家自然科学基金（批准号41971077和91851207）、第二次青藏高原综合科学考察研究（STEP）项目（批准号2019QZKK0503）、中国科学院战略重点研究项目（A）资助（批准号：XDA200 50101）等项目的资助。

原文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.862242/full

图1 甲烷循环功能基因的丰度比（A）、消融季与非消融季原位甲烷通量（B）及其与pH（C）和含水量的相关性（D）。

图2  甲烷循环微生物多样性指数和丰度与土壤理化性质的相关性分析。

图3 冰川前缘土壤中mcrA和pmoA基因的系统发育分析及其相对丰度。产甲烷古菌（A和C）和甲烷氧化细菌（B和D）。

图4 甲烷循环微生物相对丰度与土壤性质的相关性分析。产甲烷古菌（A）和甲烷氧化细菌（B）。