濕地是全球碳密度最高的生態系， 僅占陸地面積的3%，卻儲存了全球約30%的土壤碳 ，對調節氣候變遷至關重要。然而據統計，由於農業、畜牧業等生產需求， 全球大量濕地受到排水、開墾等活動的幹擾 ，導致約21%的濕地面積減少。
那麽，人為排水會導致濕地碳庫迅速減少嗎？近日，中國科學院植物研究所對 濕地排水與碳降解的關系 進行了探索，研究成果發表於【自然-氣候變遷】。
▲a：濕地；b：濕地排水
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酚氧化酶：濕地碳降解的密碼
濕地巨量的有機碳積累得益於淹水造成的厭氧環境 ，這使得微生物的分解活動受到了極大的抑制，碳分解速率遠小於植物碳的輸入速率。
此前，在歐洲和北美廣泛分布的泥炭蘚濕地中發現， 一類由微生物分泌的、降解芳香類有機質的氧化酶——酚氧化酶在厭氧環境中活性大為降低 ，是導致濕地有機碳降解緩慢的關鍵限速因子。
然而，除了泥炭蘚濕地，全球還廣泛分布著以草本和木本植物主導的非泥炭蘚濕地。例如，中國三江平原濕地的優勢物種包括漂筏苔草、蘆葦等；若爾蓋濕地的優勢物種包括木裏苔草、華扁穗草等。一些研究發現， 雖然人為排水導致濕地面積減小，濕地厭氧環境被破壞，但 此類濕地排水後，酚氧化酶的活性卻不變，甚至降低 。這是為什麽呢？
▲a：泥炭蘚及泥炭蘚濕地；b：苔草（非泥炭蘚）主導的濕地
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植物-微生物互作：全新視角
科研人員在2020年-2022年對中國30個經歷了長期排水的內陸濕地進行了采樣調查和分析，包括14個泥炭蘚濕地和16個非泥炭蘚濕地， 發現 植物次級代謝產物可以透過影響微生物，進而調控酚氧化酶對排水的響應 。
與苔草等植物相比，泥炭蘚能分泌大量酸性抑菌的次級代謝產物。 在泥炭蘚濕地中， 排水導致富含抑菌酚類代謝產物的泥炭蘚被草本植物所取代 ，植物抑菌代謝產物減少 ，進而增強了合成酚氧化酶的微生物的活性，提高了土壤酚氧化酶活性，導致泥炭蘚濕地有機碳降解增速，土壤碳含量在排水後迅速下降。
相反，在非泥炭蘚濕地中， 草本植物為了應對長期排水導致的幹旱及啃食脅迫，合成了更多的次級代謝產物 ，降低了合成酚氧化酶的微生物活性，進而導致酚氧化酶活性下降，土壤碳庫表現得更為「頑強」。
▲不同濕地中植物-微生物互動作用對酚氧化酶活性的調控
因此，植物代謝產物對微生物的調控作用決定了濕地酚氧化酶的活性。
植物-微生物聯動 ，方能助力濕地碳封存。這個新視角對濕地碳匯功能的維持和修復具有重要意義。
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https://doi.org/10.1038/s41558-024-02101-3
來源：中國科學院植物研究所
責任編輯：王穎
