镉（Cd）是我国土壤中的首要污染物，水稻土同时又是重要的甲烷（CH₄）来源，在已有的关于稻田对碳排放贡献的研究中，很少考虑土壤中广泛存在的重金属污染的影响。为此，我们对来自4个省份理化性质不同的水稻土进行微宇宙培养，通过¹³C标记的CH₄和基因定量分析揭示了Cd对CH₄排放和相关微生物群落的影响。我们的研究发现了Cd和CH₄之间的潜在关联，有助于更好的理解稻田在全球CH₄循环中的作用。本文取得的主要结论如下:
（1）人为添加4.0 mg kg^-1 Cd使浙江上虞、广东汕头、湖南石门、云南八宝水稻土的CH₄排放量分别减少了78.8、3.9、1.1和1.3倍，不同Cd浓度没有显示出剂量效应。微生物结果表明，Cd降低了细菌群落多样性，功能基因mcrA/pmoA的下降与CH₄排放量的减少显著正相关（R²=0.798, p<0.01）。
（2）在添加¹³CH₄的微宇宙培养中，4.0 mg kg^-1 Cd抑制了土壤微生物的生长和呼吸，导致所有Cd组中土壤二氧化碳（CO₂）释放量减少。然而，Cd促进了¹³CH₄的消耗并在血清瓶顶空中积累了更多的¹³CO₂（例，湖南石门土壤中多积累了约31倍），即便Cd的剂量提高到20.0 mg kg^-1，Cd对甲烷厌氧氧化的促进效果仍然显著。qPCR基因定量结果表明，Cd增加了pmoA和mcrA基因的相对丰度，且pmoA的增幅大于mcrA。此外，即便Cd处理导致土壤中微生物多样性降低，属水平上仍观察到甲烷氧化菌Methylocystis (type-II methanotrophs) 和 Methylobacter (type-I methanotrophs)的相对丰度增加。我们推测Cd对甲烷厌氧氧化的刺激主要是因为甲烷氧化菌群对Cd高度耐受，并通过纯菌实验验证了这一猜想。上述结果表明Cd对甲烷减排的影响是通过抑制产甲烷，促进甲烷厌氧氧化实现的。
本研究强调了适应重金属干扰导致的土壤微生物群落组成变化对稻田CH₄排放的影响。我们认为在评价稻田土壤作为CH₄源/汇的作用时，不仅不能忽略变价金属作为电子受体促进甲烷氧化的贡献，也不能忽略非变价金属对土壤生态系统的扰动对CH₄排放过程带来的直接/间接影响，估算稻田CH₄排放量时土壤中广泛存在的重金属的影响应该被考虑进来。尽管Cd对甲烷氧化的刺激效应可能是由于对土壤微生物群落结构及其活动产生的间接影响造成的，但通过考虑非生物胁迫对甲烷氧化群落及非甲烷氧化群落生态关系的影响，以及这种影响对碳循环反馈的放大或减弱能力，可以在理解土壤微生物对全球变暖的潜在消极和积极贡献方面取得进展。此外，不排除Cd可能替代某种酶作为活性中心，直接刺激甲烷氧化菌群的生长。

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