内陆水体是温室气体甲烷(CH4)的重要来源，甲烷产生受到水体溶解有机质(DOM)、氧化还原条件和微生物群落组成等多种因素的影响，具有明显的时空异质性。惰性溶解有机质(RDOM)能够抵抗微生物的快速降解，从而在环境中滞留长达数百至数千年，对评估水生生态系统的自然固碳潜力有重要意义。作为内陆水体碳循环的重要组成部分，甲烷和RDOM的产生都依赖于微生物群落对有机碳的连续处理过程，但目前尚不清楚这两个过程之间的联系以及潜在的微生物调控机制。
天津大学地科院王宝利教授课题组通过对我国内陆水体进行大环境梯度调查（图1），利用色谱、光谱、质谱和高通量测序等手段，测定了水体甲烷浓度、DOM化学组成、微生物群落组成、碳循环功能基因和相关环境参数，初步探讨了内陆水体碳周转的微生物驱动机制，强调了关键微生物类群的重要作用，为实验室开展相关的控制实验提供了有用参考。
研究发现全国范围内水体甲烷和RDOM表现出相似的空间分布模式（图1）。在湖泊、河流、湿地和水库等多种类型的内陆水体中，普遍存在关键微生物类群（i.e., Fluviicola和Polynucleobacter）驱动甲烷和RDOM同步产生的过程。关键微生物类群通过促进微生物群落之间的合作，驱动了活性溶解有机质转化为RDOM的过程，同时有利于产甲烷微生物的生存，进而促进了水体中甲烷的产生。这一过程还受到总氮和溶解氧浓度等环境因素的影响（图2）。未来需要结合更多的实地调查和实验室控制实验，才能充分理解这些复杂过程。
图1. 内陆水体采样点及其CH4浓度和DOM组成特征
图2. 关键微生物类群调控CH4和RDOM同步产生
考虑到甲烷和RDOM产生与内陆水体碳源汇关系密切相关，本研究为准确评估内陆水生生态系统碳收支提供了科学依据。该成果已在《Water Research》上发表。2021级博士研究生史新杰为第一作者，王宝利教授和李婉珠博士为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（42293264、42293262）和国家资助博士后研究人员计划（GZC20241196）等联合资助。
论文信息：Xinjie Shi, Wanzhu Li*, Baoli Wang*, Na Liu, Xia Liang, Meiling Yang, Cong-Qiang Liu. 2024. Keystone taxa drive the synchronous production of methane and refractory dissolved organic matter in inland waters. Water Research. https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122821
