蘭州大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在熱融湖塘排水對甲烷釋放的影響方面取得進(jìn)展

2025-03-12 12:58

來源：澎湃新聞·澎湃號·政務(wù)

氣候變暖背景下，多年凍土退化及降水影響不僅會導(dǎo)致熱融湖塘發(fā)育及擴(kuò)張，加速CH4排放，也會引發(fā)熱融湖塘發(fā)生排水事件；然而，熱融湖塘排水對沉積物CH4釋放溫度敏感性的影響及調(diào)控因素還存在較大不確定性。蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院牟翠翠課題組基于凍土鉆探、室內(nèi)培養(yǎng)及對比分析發(fā)現(xiàn)，受排水影響的湖塘CH4釋放溫度敏感性降低了約56%，沉積物微生物群落和底物可利用性是排水湖塘CH4釋放及溫度敏感性變化的主控因素。該研究揭示了青藏高原熱融湖塘排水減緩了CH4釋放對升溫的響應(yīng)。

研究成果以“青藏高原熱融湖塘排水導(dǎo)致甲烷釋放的溫度敏感性減半”（Thermokarst lake drainage halves the temperature sensitivity of CH4release on the Qinghai-Tibet Plateau）為題，于2025年2月26日在線發(fā)表于《自然?通訊》（Nature Communications）。蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院博士研究生母梅為論文第一作者，牟翠翠教授為論文通訊作者。此項(xiàng)研究受到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（43271132）等資助。

多年凍土作為全球陸地生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，分布范圍極其廣泛，占北半球陸地面積的22%。全球升溫背景下多年凍土退化導(dǎo)致原本封存的有機(jī)碳分解，向大氣釋放大量溫室氣體，進(jìn)一步加速全球變暖，對氣候變化具有正反饋。當(dāng)前多年凍土退化劇烈，加速了熱融湖塘的形成、擴(kuò)張或排水（季節(jié)性、間歇性或永久干涸）。與常年積水湖塘相比，熱融湖塘排水事件強(qiáng)烈地改變了水文動態(tài)，會通過影響氧化還原環(huán)境、碳可利用性、植被類型及微生物群落等，進(jìn)而改變熱融湖塘CH4排放過程。然而，目前學(xué)界對熱融湖塘排水事件對CH4釋放的影響程度知之甚少，且排水湖塘CH4釋放的溫度敏感性及其驅(qū)動機(jī)制不清楚，這極大阻礙了多年凍土碳與氣候反饋的準(zhǔn)確評估。

針對上述關(guān)鍵科學(xué)問題，本研究通過野外鉆取青藏高原排水影響的熱融湖塘深層沉積物巖芯，測定沉積物碳氮含量、組分及年代，微生物群落組成及豐度等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)排水湖塘沉積物巖芯的底物可利用性和微生物豐度隨深度的增加快速降低，表層0~30 cm深度的底物可利用性和微生物豐度顯著高于其他深度（30 cm），且表層沉積物的碳年代較年輕，碳周轉(zhuǎn)時間相對較短。排水湖塘沉積物中產(chǎn)甲烷菌主要以甲烷桿菌和甲烷微菌為主，這表明排水湖塘主要的產(chǎn)甲烷途徑為氫營養(yǎng)型。

圖1 青藏高原受排水影響的熱融湖塘及其沉積物理化性質(zhì)的垂直分布特征

基于室內(nèi)厭氧升溫控制實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)排水湖塘表層沉積物（0~30 cm）的CH4累積釋放量占整個沉積物巖芯釋放總量的97%，其CH4釋放的溫度敏感性是深層（30 cm）的2~4倍。與未受排水影響的熱融湖塘相比，排水影響的湖塘CH4釋放溫度敏感性降低了約56%，揭示了青藏高原熱融湖塘排水減緩了CH4釋放對升溫的響應(yīng)。

圖2 青藏高原受排水影響的熱融湖塘CH4累積釋放量及溫度敏感性變化

本研究進(jìn)一步結(jié)合沉積物理化性質(zhì)、碳組分及微生物屬性等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)了微生物群落和底物可利用性是排水湖塘CH4釋放及溫度敏感性變化的主控因素，分別解釋了溫度敏感性變化的49.3%和30.3%。該研究量化了熱融湖塘排水對CH4釋放溫度敏感性的減半效益，深化了對熱融湖塘甲烷動態(tài)調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識，為理解氣候變暖影響下地表系統(tǒng)反饋提供了重要理論支撐。