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沿海生態(tài)系統(tǒng)是重要的碳儲(chǔ)存庫(kù)，其中包括大型藻類(lèi)、混合植被和沉積物生態(tài)系統(tǒng)。這些生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)光合作用吸收二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，從而在一定程度上減緩了全球變暖。然而，沿海生態(tài)系統(tǒng)也是甲烷排放的重要來(lái)源。甲烷是一種強(qiáng)效的溫室氣體，其溫室效應(yīng)比二氧化碳高大約25倍。沿海濕地、淺水區(qū)和沉積物中的微生物活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生甲烷，并釋放到大氣中。因此，了解沿海生態(tài)系統(tǒng)中甲烷排放和二氧化碳吸收之間的平衡關(guān)系，準(zhǔn)確評(píng)估全球碳循環(huán)和氣候變化的影響至關(guān)重要。盡管已有一些研究關(guān)注了沿海生態(tài)系統(tǒng)中的甲烷排放和二氧化碳吸收，但對(duì)于這一關(guān)系的理解仍然有限?，F(xiàn)有的研究主要集中在特定地區(qū)或特定類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)，缺乏全球范圍內(nèi)的綜合分析。本文研究者旨在填補(bǔ)這一知識(shí)空白，并提供更全面的數(shù)據(jù)和分析，以促進(jìn)對(duì)沿海生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和管理。
該研究是在名為Ask?的海島上進(jìn)行的上進(jìn)行的，根據(jù)基質(zhì)和植被的主要類(lèi)型，研究區(qū)域包括三個(gè)不同的淺水（<4米水深）沿海棲息地：混合植被棲息地、巖石上的大型藻類(lèi)棲息地和周?chē)能洺练e物棲息地。研究者對(duì)每個(gè)棲息地進(jìn)行了視覺(jué)評(píng)估，并記錄了5米半徑內(nèi)底質(zhì)和大型植被的覆蓋百分比。混合植被棲息地總植被覆蓋率為60-90%，大型藻類(lèi)棲息地總植被覆蓋率為80-95%，沉積物棲息地總植被覆蓋率為7-10%。研究還對(duì)三個(gè)棲息地的地表水和大氣中的CO2和CH4在一年的四個(gè)季節(jié)進(jìn)行了定量分析。
研究使用光腔衰蕩光譜儀(CRDS) Picarro G2201-i和自動(dòng)水汽平衡裝置來(lái)測(cè)量CO2和CH4濃度。地表水(約30厘米深)由一個(gè)潛水泵從位于棲息地上方的浮橋中抽出，水被轉(zhuǎn)移到“Showerhead "平衡器裝置中（1L頂空體積)，一個(gè)連續(xù)的空氣回路從平衡器連接到CRDS，其中CO2和CH4氣體測(cè)量35分鐘，然后對(duì)環(huán)境空氣進(jìn)行10分鐘的氣體測(cè)量(即一個(gè)完整的循環(huán)為45分鐘)。這些測(cè)量周期在上述測(cè)量期間連續(xù)運(yùn)行，帶潛水泵的浮橋每24小時(shí)在定義的棲息地之間移動(dòng)一次。1Hz測(cè)量頻率每10秒做平均并記錄一次。
研究發(fā)現(xiàn)在所有的海岸生態(tài)系統(tǒng)中，CH4都是向大氣中排放的。不同的棲息地和季節(jié)之間CH4排放量差異很大。研究者報(bào)告了海藻棲息地中的CH4海氣通量，混合植被和沉積物區(qū)的每日平均凈CH4通量。這些通量的大小與類(lèi)似海岸環(huán)境中的最新研究測(cè)量結(jié)果相一致。在所有棲息地中，夏季和秋季的甲烷通量比春季和冬季高一個(gè)數(shù)量級(jí)（圖1）。這是由于在溫暖時(shí)期甲烷生成超過(guò)甲烷氧化，所以夏季和秋季的甲烷排放量增加。在一個(gè)年周期內(nèi)，大型藻類(lèi)向大氣排放的CH4累積凈通量為0.34(±0.01)gCH4m?2y?1，混合植被為0.55(±0.03)gCH4m?2y?1，沉積物區(qū)為0.38(±0.02)gCH4m?2y?1。沿海生態(tài)系統(tǒng)中CH4通量分布的這種時(shí)空異質(zhì)性表明，迫切需要高分辨率測(cè)量來(lái)提高CH4估算的可靠性，并限制棲息地對(duì)區(qū)域和全球CH4預(yù)算的貢獻(xiàn)。
日平均凈海氣CO2通量范圍在不同環(huán)境和季節(jié)之間存在顯著差異(圖1); 研究發(fā)現(xiàn)，春季、夏季和秋季，海藻和混合植被區(qū)域是大氣中CO2的凈匯聚區(qū)，而冬季則是凈排放區(qū)。這是因?yàn)殛?yáng)光刺激了水下植被的光合作用，導(dǎo)致表層水體中的CO2相對(duì)于大氣平衡處于欠飽和狀態(tài)，從而促進(jìn)了直接從大氣中去除CO2。
研究發(fā)現(xiàn)，CH4通量大大抵消了歸因于大氣CO2凈吸收的碳匯能力(圖2a, b); 然而，這種抵消的大小因環(huán)境類(lèi)型和季節(jié)而異。由于CO2和CH4儲(chǔ)量之間的季節(jié)不同步，秋季的抵消量較高(圖2)，而CH4通量對(duì)溫室氣體凈平衡在冬季處于邊緣(~ 1%)，可能是由于冬季低溫下CH4產(chǎn)量低。在一個(gè)年周期內(nèi)CH4通量降低了大氣CO2吸收。
由于對(duì)紅樹(shù)林等少數(shù)沿海生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)估有限，沿海碳匯容量中因CH4排放對(duì)大氣CO2吸收而產(chǎn)生的抵消仍然不確定，也難以進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明，全球普遍存在的具有無(wú)植被沉積物的沿海棲息地，以及具有生產(chǎn)性大型藻類(lèi)和混合植被的沿海棲息地的CH4排放可以在一個(gè)年周期內(nèi)將吸收的大氣CO2溫室氣體匯估算值降低三分之一。
因此，計(jì)算CH4和CO2海氣通量對(duì)正確量化沿海生態(tài)系統(tǒng)作為大氣凈碳匯的潛力是必要的，這對(duì)制定明智的氣候緩解戰(zhàn)略是必要的。
研究發(fā)現(xiàn)，不同棲息地中的微生物群落結(jié)構(gòu)存在差異，這可能與產(chǎn)生甲烷的能力有關(guān)。在所有季節(jié)中，混合植被和沉積物棲息地的沉積物中存在豐富的有機(jī)質(zhì)，可能有利于產(chǎn)生甲烷。而在海藻棲息地中，盡管沒(méi)有上述的“經(jīng)典"沉積條件，但仍然存在產(chǎn)生甲烷的微生物群落。不同的微生物群落在不同的棲息地中產(chǎn)生了CH4，從而塑造了棲息地特定的CH4動(dòng)態(tài)。
確定全球大氣CO2和CH4變化的位置和機(jī)制仍然是預(yù)測(cè)未來(lái)碳循環(huán)與氣候之間相互作用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。沿海植被生態(tài)系統(tǒng)作為減緩氣候變化工具的作用已引起世界的注意，許多國(guó)家承諾將這種系統(tǒng)作為其國(guó)家確定的溫室氣體清單的一部分。因此，對(duì)各種沿海環(huán)境中的甲烷排放進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量是有必要的，可以更好地了解和應(yīng)對(duì)氣候變化
詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析和測(cè)試方法，請(qǐng)參考原文Methane emissions offset atmospheric carbon dioxide uptake in coastal macroalgae, mixed vegetation and sediment ecosystems | Nature Communications
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