CO2和CH4排放增加是全球變暖的主要原因（IPCC，2013），人類活動導致大約44%和60%的CO2和CH4排放到大氣中。人類活動如攔河筑壩干擾濕地的結構和功能，引發大量土壤CO2和CH4排放。然而，目前對濕地水庫CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影響機制知之甚少。
 

 

基于此，為了填補研究空白，在本研究中，來自云南大學和中科院武漢植物園的研究團隊在三峽消落區原位條件下調查了4個海拔梯度（即不同淹水狀態）（>175 m，160–175 m，145–160 m和＜147 m）飽和和排干狀態下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征，以及相關的控制因子。他們作出了如下假設：1）由于淹水下優勢植物種的轉變，土壤條件（例如土壤基質質量，土壤水分和溫度）的變化將會改變CO2排放以及CO2的δ13C值；2）CH4排放模式及其同位素特征對淹水更敏感，反映了土壤厭氧環境的增加；3）不同淹水狀態下（例如飽和和排干狀態下）將會導致酶表達和微生物屬性的改變，進而極大影響CO2和CH4排放。
 

圖1 重慶忠縣研究區位置（a）；三峽消落區采樣地衛星圖像及沿海拔梯度詳細的靜態通量室放置圖（b）。

作者于2017年6-8月測量了土壤/水大氣界面CO2和CH4的交換率。利用ABB LGR CO2同位素分析儀分析CO2的濃度及δ13C，并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析儀分析CH4的濃度及δ13C。

【結果】

高海拔地區CO2排放明顯較高，飽和狀態和排干狀態之間差異顯著。相比之下，在整個觀測期，高海拔地區（41.97 μg CH4 m-2 h-1）平均CH4排放量高于低海拔地區（22.73 μg CH4 m-2 h-1）。從飽和狀態到排干狀態，低海拔CH4排放降低了90%，在高海拔增加了153%。與低海拔和高地相比，高海拔CH4的δ13C更富集，飽和狀態比排干狀態更貧化。作者發現土壤CO2和CH4排放與土壤基質質量（例如，C:N）和酶活性密切相關，而CO2和CH4的δ13C值分別主要與根呼吸和產甲烷細菌活性有關。具體而言，飽和和排干狀態對土壤CO2和CH4排放的影響強于水庫海拔的影響，從而為評估人類活動對碳中和的影響提供了重要依據。

不同海拔下土壤CO2排放的周平均值以及整個非淹水期土壤CO2排放量。

不同海拔下CH4排放的周平均值以及整個非淹水期土壤CH4排放量。

非淹水期不同海拔土壤呼吸CO2的δ13C（a）和CH4的δ13C（b）。

土壤飽和和排干狀態下不同海拔CO2（a）和CH4平均排放量（b）。
 

土壤飽和和排干狀態下不同海拔土壤呼吸CO2的δ13C（a）和CH4的δ13C（b）平均值。
 

【結論】

三峽水庫消落區土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征的變化受周期性淹水的強烈影響，可以確定其CO2和CH4的源/匯強度。與高地相比，消落區土壤環境適宜，酶活性較高，土壤基質質量較低，因此CO2排放量較高。土壤呼吸CO2的δ13C值進一步證實了，基質質量和酶活性變化是CO2排放的主要貢獻者。隨著高地CH4吸收，消落區CH4累積排放量從低海拔到高海拔地區增加。基于CH4的δ13C值，作者得到的初步結論是飽和狀態下較高的CH4排放以較強的厭氧環境中乙酸鹽裂解過程為特征。因此，結果強調了攔河筑壩引發了周期性淹水，導致土壤質量、酶表達和微生物利用C的策略，以及甲烷氧化過程的轉變，潛在的改變了CO2和CH4排放及其碳同位素特征。
 

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