湿地是全球碳密度最高的生态系统，仅占陆地面积的3%，却储存了全球约30%的土壤碳，对调节气候变化至关重要。然而据统计，由于农业、畜牧业等生产需求，全球大量湿地受到排水、开垦等活动的干扰，导致约21%的湿地面积减少。
那么，人为排水会导致湿地碳库迅速减少吗？近日，中国科学院植物研究所对湿地排水与碳降解的关系进行了探索，研究成果发表于《自然-气候变化》。
▲a：湿地；b：湿地排水
01、酚氧化酶：湿地碳降解的密码
湿地巨量的有机碳积累得益于淹水造成的厌氧环境，这使得微生物的分解活动受到了极大的抑制，碳分解速率远小于植物碳的输入速率。
此前，在欧洲和北美广泛分布的泥炭藓湿地中发现，一类由微生物分泌的、降解芳香类有机质的氧化酶——酚氧化酶在厌氧环境中活性大为降低，是导致湿地有机碳降解缓慢的关键限速因子。
然而，除了泥炭藓湿地，全球还广泛分布着以草本和木本植物主导的非泥炭藓湿地。例如，我国三江平原湿地的优势物种包括漂筏苔草、芦苇等；若尔盖湿地的优势物种包括木里苔草、华扁穗草等。一些研究发现，虽然人为排水导致湿地面积减小，湿地厌氧环境被破坏，但此类湿地排水后，酚氧化酶的活性却不变，甚至降低。这是为什么呢？
▲a：泥炭藓及泥炭藓湿地；b：苔草（非泥炭藓）主导的湿地
02植物-微生物互作：全新视角
科研人员在2020年-2022年对我国30个经历了长期排水的内陆湿地进行了采样调查和分析，包括14个泥炭藓湿地和16个非泥炭藓湿地，发现植物次级代谢产物可以通过影响微生物，进而调控酚氧化酶对排水的响应。
与苔草等植物相比，泥炭藓能分泌大量酸性抑菌的次级代谢产物。在泥炭藓湿地中，排水导致富含抑菌酚类代谢产物的泥炭藓被草本植物所取代，植物抑菌代谢产物减少，进而增强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，导致泥炭藓湿地有机碳降解增速，土壤碳含量在排水后迅速下降。
相反，在非泥炭藓湿地中，草本植物为了应对长期排水导致的干旱及啃食胁迫，合成了更多的次级代谢产物，降低了合成酚氧化酶的微生物活性，进而导致酚氧化酶活性下降，土壤碳库表现得更为“顽强”。
▲不同湿地中植物-微生物交互作用对酚氧化酶活性的调控
因此，植物代谢产物对微生物的调控作用决定了湿地酚氧化酶的活性。
植物-微生物联动，方能助力湿地碳封存。这个新视角对湿地碳汇功能的维持和修复具有重要意义。
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来源：中国科学院植物研究所
