甲烷排放抵消了沿海生態系統對大氣二氧化碳的吸收

沿海生態系統是重要的碳儲存庫，其中包括大型藻類、混合植被和沉積物生態系統。這些生態系統通過光合作用吸收二氧化碳，并將其轉化為有機碳，從而在一定程度上減緩了全球變暖。然而，沿海生態系統也是甲烷排放的重要來源。甲烷是一種強效的溫室氣體，其溫室效應比二氧化碳高大約25倍。沿海濕地、淺水區和沉積物中的微生物活動會產生甲烷，并釋放到大氣中。因此，了解沿海生態系統中甲烷排放和二氧化碳吸收之間的平衡關系，準確評估全球碳循環和氣候變化的影響至關重要。盡管已有一些研究關注了沿海生態系統中的甲烷排放和二氧化碳吸收，但對于這一關系的理解仍然有限。現有的研究主要集中在特定地區或特定類型的生態系統，缺乏全球范圍內的綜合分析。本文研究者旨在填補這一知識空白，并提供更全面的數據和分析，以促進對沿海生態系統的保護和管理。

該研究是在名為Ask?的海島上進行的上進行的，根據基質和植被的主要類型，研究區域包括三個不同的淺水（<4米水深）沿海棲息地：混合植被棲息地、巖石上的大型藻類棲息地和周圍的軟沉積物棲息地。研究者對每個棲息地進行了視覺評估，并記錄了5米半徑內底質和大型植被的覆蓋百分比。混合植被棲息地總植被覆蓋率為60-90%，大型藻類棲息地總植被覆蓋率為80-95%，沉積物棲息地總植被覆蓋率為7-10%。研究還對三個棲息地的地表水和大氣中的CO2和CH4在一年的四個季節進行了定量分析。

研究使用光腔衰蕩光譜儀(CRDS) Picarro G2201-i和自動水汽平衡裝置來測量CO2和CH4濃度。地表水(約30厘米深)由一個潛水泵從位于棲息地上方的浮橋中抽出，水被轉移到“Showerhead "平衡器裝置中（1L頂空體積)，一個連續的空氣回路從平衡器連接到CRDS，其中CO2和CH4氣體測量35分鐘，然后對環境空氣進行10分鐘的氣體測量(即一個完整的循環為45分鐘)。這些測量周期在上述測量期間連續運行，帶潛水泵的浮橋每24小時在定義的棲息地之間移動一次。1Hz測量頻率每10秒做平均并記錄一次。

研究發現在所有的海岸生態系統中，CH4都是向大氣中排放的。不同的棲息地和季節之間CH4排放量差異很大。研究者報告了海藻棲息地中的CH4海氣通量，混合植被和沉積物區的每日平均凈CH4通量。這些通量的大小與類似海岸環境中的最新研究測量結果相一致。在所有棲息地中，夏季和秋季的甲烷通量比春季和冬季高一個數量級（圖1）。這是由于在溫暖時期甲烷生成超過甲烷氧化，所以夏季和秋季的甲烷排放量增加。在一個年周期內，大型藻類向大氣排放的CH4累積凈通量為0.34(±0.01)gCH4m?2y?1，混合植被為0.55(±0.03)gCH4m?2y?1，沉積物區為0.38(±0.02)gCH4m?2y?1。沿海生態系統中CH4通量分布的這種時空異質性表明，迫切需要高分辨率測量來提高CH4估算的可靠性，并限制棲息地對區域和全球CH4預算的貢獻。

日平均凈海氣CO2通量范圍在不同環境和季節之間存在顯著差異(圖1); 研究發現，春季、夏季和秋季，海藻和混合植被區域是大氣中CO2的凈匯聚區，而冬季則是凈排放區。這是因為陽光刺激了水下植被的光合作用，導致表層水體中的CO2相對于大氣平衡處于欠飽和狀態，從而促進了直接從大氣中去除CO2。

研究發現，CH4通量大大抵消了歸因于大氣CO2凈吸收的碳匯能力(圖2a, b); 然而，這種抵消的大小因環境類型和季節而異。由于CO2和CH4儲量之間的季節不同步，秋季的抵消量較高(圖2)，而CH4通量對溫室氣體凈平衡在冬季處于邊緣(~ 1%)，可能是由于冬季低溫下CH4產量低。在一個年周期內CH4通量降低了大氣CO2吸收。

由于對紅樹林等少數沿海生態系統的評估有限，沿海碳匯容量中因CH4排放對大氣CO2吸收而產生的抵消仍然不確定，也難以進行比較。研究結果表明，全球普遍存在的具有無植被沉積物的沿海棲息地，以及具有生產性大型藻類和混合植被的沿海棲息地的CH4排放可以在一個年周期內將吸收的大氣CO2溫室氣體匯估算值降低三分之一。

因此，計算CH4和CO2海氣通量對正確量化沿海生態系統作為大氣凈碳匯的潛力是必要的，這對制定明智的氣候緩解戰略是必要的。

研究發現，不同棲息地中的微生物群落結構存在差異，這可能與產生甲烷的能力有關。在所有季節中，混合植被和沉積物棲息地的沉積物中存在豐富的有機質，可能有利于產生甲烷。而在海藻棲息地中，盡管沒有上述的“經典"沉積條件，但仍然存在產生甲烷的微生物群落。不同的微生物群落在不同的棲息地中產生了CH4，從而塑造了棲息地特定的CH4動態。

確定全球大氣CO2和CH4變化的位置和機制仍然是預測未來碳循環與氣候之間相互作用的關鍵挑戰。沿海植被生態系統作為減緩氣候變化工具的作用已引起世界的注意，許多國家承諾將這種系統作為其國家確定的溫室氣體清單的一部分。因此，對各種沿海環境中的甲烷排放進行準確計量是有必要的，可以更好地了解和應對氣候變化