大气中甲烷（CH4）浓度的增加是全球关注的重要问题，而甲烷是大气中对温室效应的贡献仅次于二氧化碳（CO2）的重要温室气体，其在百年尺度上的全球增温潜势是CO2的28倍。湿地已被确定为大气中 CH4 排放的主要自然来源，约占全球总排放量的 1/3。虽然对于高纬度泥炭地的 CH4 通量及其相关环境影响因素的研究受到了广泛关注，然而人们对热带/亚热带地区洪泛湿地中 CH4 通量的了解仍然有限，在了解这些地区的 CH4 动态和相关环境影响方面存在很大的知识差距。因此，面对不断变化的气候，持续监测洪泛平原湿地的甲烷通量对于完善全球甲烷通量数据集和阐明洪水对甲烷排放的影响至关重要。
涡度协方差测量技术是以高时间分辨率捕捉生态系统尺度甲烷通量的重要手段。现有的通量观测研究集中在低海拔地区泥炭地，而对于洞庭湖湿地得通量研究鲜有报道。洞庭湖是中国第二大内陆淡水湖，面积约 2625 平方公里。该湖泊湿地的特点是季节性水位波动较大，波动范围在 12 米至 14 米之间，最大水位在 8 月，最小水位通常在 1 月或 2 月，这为维持大面积的洪泛湿地提供了基本的水文机制。洞庭湖独特的水文情势为更好的研究甲烷排放机理以及相关环境因子提供了理想的场所，这将有助于更好地了解热带/亚热带洪泛湿地的CH4排放动态及其对全球甲烷排放的估算。
中国科学院亚热带农业研究所亚热带农业生态过程国家重点实验室、湖南洞庭湖湖泊湿地生态系统国家野外科学观测研究站谢永宏研究员课题组的王涛博士，利用涡度相关技术对洞庭湖洪泛湿地南荻生态系统CH4排放动态进行了三年的连续观测研究。结果表明：（1）洞庭湖南荻生态系统是甲烷的重要排放源，其年际甲烷排放量为 14.54 g CH4-C m-2 y-1；（2）洪水淹没显著刺激甲烷排放强度，其刺激效应为 0.054 至 0.177 g CH4-C m-2 d-1 之间，且洪水刺激甲烷排放存在明显时滞效应（约为 10 天）；（3）相比于单次洪水淹没，高频率的洪水淹没（即每年湿地淹没-露干频率）可使甲烷排放量减少约 46.2-48.9%。此外，洪水期水深的增加以及空气温度的降低也会在一定程度上减少甲烷的排放。这一研究不仅为区域及全球洪泛湿地的CH4排放通量估算及模拟提供了范例，而且明确揭示了洪水对CH4排放动态的刺激效应和时滞效应。
图1 南荻生态系统甲烷通量、气温和降雨量的年际变化
图2 洪水对甲烷排放的刺激作用和时滞效应
图3 气温和水深对甲烷排放的影响
该论文以“Time-lag effects of flood stimulation on methane emissions in the Dongting Lake floodplain, China”为题发表于国际学术期刊Agricultural and Forest Meteorology (Q1,IF=6.2)，收录于ChinaFLUX20周年专刊“Carbon, nitrogen and water fluxes of terrestrial ecosystems in China”，论文第一作者为中国科学院亚热带农业研究所王涛博士，通讯作者为中国科学院亚热带农业研究所邓正苗研究员。研究得到国家自然科学基金重点基金(32071576)、国家自然科学基金联合基金(U22A20570，U21A2009)、中国科学院青年促进会、湖南省自然科学杰出青年学者基金(2022JJ10055)等项目资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109677