祁连山水合物分布区不同高寒生态类型冬季表层土壤中古菌群落及变化特征

摘要

祁连山冻土区是我国青藏高原重要永久冻土区之一，也是我国陆域天然气水合物分布的重要地区。前期调查表明祁连山木里天然气水合物钻井区一带具有丰富多样的高寒冻土生态类型。为了解该地区高寒草甸和高寒沼泽草甸表层土壤中古菌群落的多样性及分布特征，对2014年初冬在该区采集的表层土壤样品利用16S rRNA 分子生物学技术和地球化学等方法进行了分析和研究。结果显示，高寒草甸区土壤呈中性，而高寒沼泽草甸区土壤呈弱酸性。钻井区土壤中的 TOC 和顶空气甲烷含量均显著高于背景区，而在背景区内的两种生态类型土壤中的 TOC 和顶空气甲烷含量差别较小。钻井区（除1个点）微生物细胞丰度高于背景区2～5倍。冬季表层土壤中的古菌多样性较低，含泉古菌的3个类群和广古菌的3个类群。不同植被类型古菌群落的优势种群显著不同，在高寒草甸区为泉古菌门的 Group Ⅰ.1b，而高寒沼泽草甸区为广古菌门的甲烷八叠球菌目（Methanosarcinales）。根据研究结果推测，土壤水分可能是导致高寒草甸区和高寒沼泽草甸区细胞丰度和古菌群落差异的一个主要原因，高寒沼泽草甸区内产甲烷菌占优势可能与土壤高 TOC 含量有关。高寒沼泽草甸土壤中存在较丰富的产甲烷古菌，它们在厌氧条件下的甲烷氧化作用也是土壤中甲烷来源之一。