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(fā)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(qū)原位條件下調查了4個海拔梯度（即不同淹水狀態(tài)）（>175 m，160–175 m，145–160 m和＜147 m）飽和和排干狀態(tài)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(yōu)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(huán)境的增加；3）不同淹水狀態(tài)下（例如飽和和排干狀態(tài)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(qū)位置（a）；三峽消落區(qū)采樣地衛(wèi)星圖像及沿海拔梯度詳細的靜態(tài)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(qū)CO2排放明顯較高，飽和狀態(tài)和排干狀態(tài)之間差異顯著。相比之下，在整個觀測期，高海拔地區(qū)（41.97 μg CH4 m-2 h-1）平均CH4排放量高于低海拔地區(qū)（22.73 μg CH4 m-2 h-1）。從飽和狀態(tài)到排干狀態(tài)，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(tài)比排干狀態(tài)更貧化。作者發(fā)現(xiàn)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(tài)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(tài)下不同海拔CO2（a）和CH4平均排放量（b）。
土壤飽和和排干狀態(tài)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(qū)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(qū)土壤環(huán)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(qū)CH4累積排放量從低海拔到高海拔地區(qū)增加。基于CH4的δ13C值，作者得到的初步結論是飽和狀態(tài)下較高的CH4排放以較強的厭氧環(huán)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(fā)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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