泥炭地是全球最重要的陆地碳库之一，其普遍存在的缺氧环境抑制了好氧微生物介导的植物源碳周转，同时又为产甲烷古菌等厌氧生物提供了生存环境，共同调控土壤有机碳的稳定性。泥炭地的灌丛化趋势改变了植物碳输入的质量与数量，更多木质素及酚类的输入如何影响土壤厌氧碳周转？近期，中国科学院大学王艳芬团队与中国科学院微生物研究所东秀珠团队联合研究发现，传统认为难以厌氧降解的木质素及其衍生的酚类物质能在一定剂量下被产甲烷古菌转化为甲烷，贡献泥炭地甲烷排放量的1.2%-14.2%。因此，灌丛化下木质素输入增加所排放的甲烷量可能远超既往认知。该研究成果以"Methane production from lignin in the anoxic peatland”为题，于8月13日在线发表在《自然地球科学》（Nature Geoscience）上。

图 泥炭地土壤木质素厌氧产甲烷过程

木质素是植物产生的复杂聚合物，约占生物圈有机碳的三分之一。传统观点认为，产甲烷菌无法直接利用超过两个碳原子以上的化合物（如木质素及衍生的酚类物质）产生甲烷。然而，该联合研究发现，与草本植物生长的泥炭地土壤相比，一定比例灌木覆盖的泥炭地土壤具有更高的木质素含量和更高的甲烷排放量。与之一致，在草本土壤中添加较低浓度的木质素和单酚均能提高甲烷产量，木质素源的甲烷排放贡献约占1.2% 至14.2%。同位素示踪和动态代谢组学分析显示，典型木质素单酚香草醛中的甲氧基首先被产甲烷古菌（Methanomassiliicoccus/Methanosarcina）直接转化为甲烷；之后，其芳香环被厌氧细菌裂解开环并发酵产生二氧化碳、乙酸盐、丙酸盐以及（异）丁酸盐，这些短链脂肪酸被互营细菌和产甲烷古菌协同转化成甲烷。

该研究首次在自然生态系统中发现了木质素厌氧产甲烷的新代谢途径，改变了对缺氧环境中碳循环的传统认知。这一发现揭示了木质素是缺氧环境中重要却长期被忽视的甲烷来源，灌丛化趋势可能会通过增加泥炭地土壤中植物源的木质素输入，加速甲烷排放。

中国科学院大学博士研究生刘拓、中国科学院微生物研究所副研究员李凌燕和地球系统数值模拟与应用全国重点实验室薛凯教授为文章共同第一作者，中国科学院微生物所东秀珠研究员与中国科学院大学王艳芬教授为论文共同通讯作者。中国科学院大学博士生王雪萌和李慧菊参与了此项研究。研究工作获得国家自然科学基金“水圈微生物驱动的地球元素循环机制重大研究计划”和国家重点研发计划“高寒泥炭地演化及其对气候变化的响应与适应机制”等项目支持。