本次分享一篇由中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心曲久輝團(tuán)隊(duì)在《Water Research》上發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文：Overlooked drivers of the greenhouse effect: The nutrient-methane nexus mediated by submerged macrophytes。這篇文章研究了沉水植物（Vallisneria natans）在不同營(yíng)養(yǎng)條件下對(duì)水體和沉積物系統(tǒng)中甲烷排放的影響。具體來(lái)說(shuō)，文章探討了五個(gè)方面：1.沉水植物對(duì)水質(zhì)的改善作用：研究了沉水植物在不同營(yíng)養(yǎng)水平下對(duì)水體中溶解氧（DO）、pH值、反應(yīng)性溶解磷（RSP）等水質(zhì)參數(shù)的影響。2.沉水植物對(duì)甲烷排放的影響：通過(guò)動(dòng)態(tài)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，使用動(dòng)態(tài)室方法（DC）來(lái)收集和量化由冒泡和擴(kuò)散過(guò)程產(chǎn)生的甲烷排放通量。研究發(fā)現(xiàn)，沉水植物的生長(zhǎng)和恢復(fù)過(guò)程加速了溶解氧的消耗，導(dǎo)致產(chǎn)甲烷菌（mcrA基因）數(shù)量增加，從而在高營(yíng)養(yǎng)濃度下提高了甲烷排放通量。3.沉水植物對(duì)沉積物中微生物群落的影響：研究了沉水植物添加對(duì)沉積物中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響。使用高通量測(cè)序技術(shù)分析了沉積物樣本中的微生物多樣性，并預(yù)測(cè)了沉積物微生物群落的功能。4.沉水植物對(duì)沉積物中營(yíng)養(yǎng)循環(huán)的影響：研究了沉水植物對(duì)沉積物中不同形態(tài)磷（如松散吸附磷、氧化還原敏感磷等）的影響。5.沉水植物對(duì)溫室氣體排放的潛在機(jī)制：探討了沉水植物如何通過(guò)影響沉積物-水界面的微生物活動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)來(lái)影響甲烷的產(chǎn)生和排放。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，苦草的徑向氧損失（ROL）通過(guò)影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的mcrA基因，對(duì)沉水植物的甲烷（CH4）排放起著至關(guān)重要的作用。然而，與先前的研究報(bào)道相反，他們認(rèn)為甲烷通量和產(chǎn)甲烷菌群落的主要驅(qū)動(dòng)因素是根系附近氧和氮濃度的變化，我們的結(jié)構(gòu)方程模型表明，沉水植物主要通過(guò)調(diào)節(jié)水中的營(yíng)養(yǎng)水平，特別是溶解有機(jī)碳和氮，以及它們對(duì)甲烷排放的直接影響，來(lái)影響甲烷排放通量（Lu等人，2000年）。此外，我們的結(jié)果表明，在不同營(yíng)養(yǎng)條件下，沉水植物對(duì)CH4排放的影響路徑不同（圖8c、d和圖9）。我們的研究結(jié)果對(duì)沉水植物修復(fù)項(xiàng)目有兩個(gè)啟示：（1）在開(kāi)始沉水植物修復(fù)之前，重要的是評(píng)估目標(biāo)區(qū)域的水質(zhì)。水中過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可能導(dǎo)致沉水植物的分解（LoSchiavo等人，2013年），這可能導(dǎo)致湖泊甲烷排放量的增加；（2）沉水植物修復(fù)可能難以解決水質(zhì)恢復(fù)和CH4排放之間的緊張關(guān)系。因此，迫切需要改進(jìn)和加強(qiáng)有效的方法和模型，為考慮CH4排放的沉水植物群落的配置和管理開(kāi)發(fā)更加科學(xué)和高效的技術(shù)方法。
在這篇文章中，平面光極分析儀（Planar Optode, PO）技術(shù)被用來(lái)量化沉水植物（Vallisneria natans）根際周?chē)娜芙庋酰―issolved Oxygen, DO）分布。智感環(huán)境研發(fā)的封閉式平面光極（PO2100）和便攜式平面光極（PO1100）提供了一種高分辨率的二維成像方法，能夠直觀地展示沉積物-水界面（Sediment-Water Interface, SWI）中氧的分布情況。
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