毫米尺度凋落物埋藏位置调控湿地二氧化碳与甲烷排放的时空格局及全球增温潜势

　　湿地生态系统是重要的碳汇与温室气体排放源，但毫米级凋落物埋藏深度对CO2 和CH4 排放分异的影响机制尚不明确。本研究通过微宇宙实验揭示：10 mm埋深使CH4 排放量倍增（115.3 μgC vs 42.5 μgC），但降低25% CO2 排放（77 mgC vs 103 mgC），最终使20年全球增温潜势（GWP20）降低13.2%。该发现为湿地碳循环模型提供了毫米尺度异质性的关键参数。

　　

湿地作为地球的"碳库"与"温室气体工厂"，储存着全球20-25%的土壤有机碳，但其排放的CH₄
温室效应是CO₂
的81倍（按20年计）。尽管前人研究了叶片种类、水文周期等因素对凋落物分解的影响，但毫米级埋藏深度如何通过改变土壤-水界面（SWI）的氧化还原梯度来调控碳转化路径，仍是碳循环模型的"黑箱"。这种微观尺度异质性可能导致大尺度排放预测的显著偏差，特别是在频繁经历凋落物输入和水位波动的稻田和沼泽湿地中。

为破解这一难题，中国的研究团队在《Applied Geochemistry》发表研究，通过高分辨率微宇宙实验证明：将鹅掌楸叶片从SWI表面下移10mm，会使CH₄
排放峰值提前3天且强度增加2.7倍，同时使CO₂
累积排放减少25%。这种"此消彼长"效应最终使20年全球增温潜势降低13.2%，揭示了毫米级空间异质性对碳归宿的杠杆效应。

研究采用三大关键技术：①LI-7810痕量气体分析系统动态监测CO₂
/CH₄
通量；②2mm分辨率的集成孔隙水采样器（IPI）获取SWI剖面溶解氧（DO）、氧化还原电位（Eh）和荧光溶解有机质（fDOM）数据；③基于16S rRNA基因扩增子测序和PICRUSt2算法预测产甲烷功能通路。实验设置水面裸露凋落物（LU）与10mm土覆凋落物（LC）两组处理，以江苏昆山水稻土为基质，持续监测24天。

【3.1 温室气体通量时空变异】
LC组在埋藏第5天即出现0.76 gC/m²
/y的CH₄
排放峰，是LU组峰值（0.2 gC/m²
/y）的3.8倍，但CO₂
通量在后期比LU组低20%。累计排放显示LC组CH₄
产量（115.3 μgC）较LU组（42.5 μgC）激增171%，而CO₂
排放（77 mgC）反降25%，形成显著的碳分配重构。

【3.2 溶解氧与氧化还原剖面】
DO浓度在LU组SWI处形成5mm的剧变层，而LC组形成10mm渐变层。Eh在LC组埋深处（15mm）出现150mV的陡降，与产甲烷菌活跃区高度吻合，证实毫米级位移即可创造局域厌氧热点。

【3.3 微生物群落功能预测】
16S rRNA基因拷贝数在LC组埋深处（13.5mm）达1.1×10⁷
copies/g，较背景值高2个数量级。PICRUSt2分析显示该区域乙酰分解产甲烷（AM）通路丰度显著提升，而氢营养型产甲烷（HM）通路无变化，说明埋藏深度通过改变电子受体类型选择性地激活特定产甲烷菌群。

讨论部分指出，传统模型忽略的毫米级异质性实为碳归宿的"分水岭"：水面凋落物通过好氧分解快速释放CO₂
，而10mm埋深使凋落物进入"产甲烷区"，虽然增加CH₄
排放，但大幅减少总碳损失。这对农业管理具有双重启示：稻田秸秆还田时，浅层覆土既可维持土壤肥力，又能通过降低GWP20实现"增产减排"；湿地修复中，通过微地形设计调控凋落物分布可优化碳汇功能。研究创新性地将SWI尺度效应量化为可建模参数，为地球系统模型提供了新的子模块理论框架。

该研究的局限在于实验室条件简化了自然湿地的水文动态，未来需在田间验证。但毫无疑问，这项工作重新定义了"细节决定成败"在碳循环研究中的内涵——毫厘之间的差异，可能改写全球尺度的碳预算。