潮汐盐沼与围垦咸水湿地中植物介导的甲烷传输机制存在差异

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Different Mechanisms Underlie Plant-Mediated Methane Transport in a Tidal Salt Marsh Versus an Impounded Brackish Wetland

湿地植被通过物理通道和微生物介导显著增加甲烷排放，日变化与季节差异受盐度、水位和温度驱动。盐沼存在白天甲烷峰值，淹没湿地则无昼夜波动，植物-土壤-微生物协同作用影响甲烷传输效率。

　　

摘要

湿地是甲烷（CH₄）的重要来源，但它们对全球甲烷预算的贡献仍不确定。通过解决植物介导的甲烷传输过程中的不确定性，可以更准确地估算湿地的甲烷产量，而这一过程具有高度变异性，这也是本研究的目的。我们在一个半咸水潮汐盐沼和一个中等盐度的非潮汐人工湿地中，大约每月测量一次整株植物、植物周边及非植被区域的二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）通量，持续了一年。为了评估相关机制，我们在测量气体通量的同时，还记录了环境变量以及土壤的化学和生物特性。研究发现，植物在昼夜和季节尺度上促进了甲烷的传输，但两个研究地点的机制有所不同。在盐沼中，我们观察到整株植物和植物周边的甲烷通量存在日变化峰值；而在人工湿地中，则没有发现这种日变化模式。日变化峰值可能表明甲烷在植物生物体内的传输更为高效，或者表明地上部分的甲烷通量对温度或植物生产力的敏感度更高。从年度角度来看，人工湿地的整株植物甲烷通量峰值高于盐沼，而植物周边区域的甲烷通量峰值则相反。两地之间的差异归因于植物-土壤-微生物相互作用以及非生物因素（如温度、水柱深度和盐度），这些因素决定了根际孔隙水中的甲烷浓度以及植物介导的甲烷传输潜力。这些结果加深了我们对植物介导的甲烷传输机制以及沿海湿地甲烷通量高变异性的理解。

通俗语言总结

甲烷可以通过湿地植被进行传输，但这一过程在昼夜和季节尺度上以及不同湿地之间存在很大差异。为了更好地理解这种变异性，我们在一个盐沼和一个人工湿地中，大约每月测量一次植物内部和周边区域的甲烷和二氧化碳积累情况，持续了一年。尽管在两个地点我们都观察到植物存在时甲烷通量增加，但在盐沼中仅发现了甲烷通量的日变化峰值，而在人工湿地中则没有这种日变化模式。从年度角度来看，人工湿地中的植物甲烷通量高于盐沼；而植物周边区域的甲烷通量在盐沼中更高。因此，两个地点的植物介导的甲烷传输机制可能不同，这可能是由于植物-土壤-微生物相互作用以及温度、水深和盐度等非生物因素的影响。我们的研究结果有助于更好地理解沿海湿地中甲烷通过植物组织的传输变异性。

关键点

• 植物在盐沼和人工湿地中都促进了甲烷的传输，但机制不同

• 人工湿地中的植物介导的甲烷传输量更高，而盐沼中植物周边区域的甲烷传输量更高

• 当盐度和潮汐流动限制孔隙水中的甲烷浓度时，植物-土壤-微生物相互作用会对甲烷通量产生更大影响

利益冲突

作者声明与本研究无关的利益冲突。

数据可用性声明

我们提供了两组数据及其相关元数据：(a) 试验室通量数据及其相关协变量；(b) 土壤的物理和化学性质数据。这些数据已存放在环境数据倡议（EDI）数据仓库中（Seyfried等人，2025，https://doi.org/10.6073/pasta/08bab7404a446ab8c3d6607eb796aed8）。盐沼和人工湿地研究地点的涡度协方差通量塔属于AmeriFlux网络；相关数据集（盐沼：Schermaier等人，2025，https://doi.org/10.17190/AMF/1660341；人工湿地：O’Halloran，2025，https://doi.org/10.17190/AMF/2001299）可在AmeriFlux网站上获取。