在青藏高原的泥炭地和草地上进行的实验性升温研究中，植物对甲烷释放和氧化过程的形态学限制

《Functional Ecology》：Morphological constraints on plant-mediated methane release and oxidation under experimental warming in a peatland and meadow on the Qinghai-Tibetan Plateau

青藏高原高山草甸和泥炭地植物 shoot CH4通量及其对实验 warming 的响应及机制研究。草甸植物多表现为CH4负通量（吸收），泥炭地植物均呈正通量（排放），且存在显著物种差异。实验 warming 显著抑制草甸CH4吸收，但对泥炭地通量无影响。机制分析表明，泥炭地植物CH4运输受限于根皮层密度（Blysmus sinocompressus、Carex myosuroides）或叶片气孔结构（Carex muliensis）。研究强调物种特异性机制对CH4预算评估的重要性，并提出模型参数化需改进的方面。

　　在青藏高原的高寒草甸和泥炭地生态系统中，甲烷（CH?）的通量表现出了显著的差异。高寒草甸通常被视为大气中CH?的吸收源，而泥炭地则作为CH?的排放源。这种差异主要源于两种生态系统的土壤条件和植物结构的差异。草甸中的土壤排水良好，氧化条件较强，这有利于甲烷氧化菌的活动，从而促进CH?的吸收。相比之下，泥炭地常年处于水饱和状态，土壤中缺乏氧气，使得植物成为CH?从土壤向大气传输的重要通道。然而，对于这些生态系统中植物介导的CH?通量，特别是其对气候变暖的响应，目前的研究还较为有限。

为了深入理解植物在这些生态系统中对CH?通量的影响，研究团队在高寒草甸和泥炭地环境中选取了45种和7种常见的植物物种，分别进行CH?通量的测量。这些植物包括草甸中的多种被子植物和泥炭地中的莎草科植物。研究还通过实验性增温，观察植物对温度变化的响应，并结合遮光和剪枝实验，探讨植物体内不同部位对CH?传输的控制作用。此外，利用扫描电子显微镜分析植物根系和叶片的气腔结构，进一步揭示植物传输CH?的机制。

在高寒草甸中，大多数植物家族表现出负的CH?通量，即植物对CH?的吸收。这些吸收通量范围从?0.0005到?0.04?mg CH? g?1 g h?1。这一结果表明，草甸中的植物在维持大气CH?平衡方面起到了关键作用。而泥炭地中的所有植物物种则均表现出正的CH?通量，表明它们作为CH?的释放源。这些释放通量范围从0.0006到0.167?mg CH? g?1 g h?1，且在不同物种之间存在显著差异。例如，Blysmus sinocompressus和Carex myosuroides表现出较高的CH?通量，而Caltha scaposa的通量则相对较低。

研究还发现，实验性增温对高寒草甸植物的CH?吸收产生了显著的负面影响，而在泥炭地植物中，增温并未显著改变其CH?通量。这一结果表明，高寒草甸和泥炭地对增温的响应存在明显差异。高寒草甸植物对温度变化更为敏感，而泥炭地植物则表现出更强的稳定性。这种差异可能与两种生态系统中植物生理结构和土壤环境的不同有关。

进一步的实验揭示了植物体内不同部位对CH?传输的控制作用。在泥炭地的实验中，Blysmus sinocompressus和Carex myosuroides的根部表现出密集的外皮层结构，这可能限制了CH?从根部向土壤表面的传输。相比之下，Carex muliensis的叶片由于气腔较小且连通性有限，成为CH?传输的主要限制因素。这些发现表明，植物介导的CH?传输机制具有物种特异性，不同植物在不同部位的结构差异可能影响其对CH?的吸收或释放能力。

此外，研究还发现，植物的CH?传输通量与叶片面积之间没有显著相关性，这挑战了传统上使用叶片面积作为标准化指标的做法。在植物介导的CH?通量模型中，叶片面积指数（LAI）被广泛采用，但该研究结果表明，这种方法可能无法准确反映植物实际的CH?传输能力。因此，未来的研究应考虑使用更精确的参数，如根部面积、气腔结构、根系密度等，以更好地评估植物对CH?传输的贡献。

本研究的发现对青藏高原地区的CH?预算和气候反馈机制具有重要意义。首先，它揭示了植物在不同生态系统中对CH?的吸收和释放能力存在显著差异，强调了在评估植物介导的CH?排放时需要考虑物种层面的特性。其次，研究显示，增温对高寒草甸植物的CH?吸收产生了负面影响，而对泥炭地植物的CH?通量影响较小，这表明两种生态系统对全球变暖的响应可能不同。最后，研究强调了植物体内不同部位（如根部和叶片）在CH?传输中的关键作用，并指出植物结构和生理特性是影响CH?通量的重要因素。

本研究的结论对理解全球CH?通量的调控机制具有重要价值。青藏高原作为全球变暖最为显著的地区之一，其生态系统的变化可能对全球气候系统产生深远影响。通过揭示植物在高寒草甸和泥炭地中的不同作用，研究为未来预测气候变化对生态系统的影响提供了新的视角。此外，研究还强调了植物介导的CH?传输机制在不同物种和不同生态系统中的复杂性，这为建立更精确的生态模型和政策制定提供了科学依据。

在方法论方面，研究采用了一种创新的植物封闭测量技术，能够在不干扰地下器官和组织的情况下，测量植物的CH?通量。这一技术的使用使得研究人员能够更准确地评估植物在不同条件下的CH?传输能力，同时也为未来类似研究提供了可借鉴的方法。此外，研究还结合了遮光和剪枝实验，以探讨植物不同部位对CH?传输的影响。这些实验不仅提供了关于植物内部传输机制的直接证据，还揭示了植物结构对CH?通量的调控作用。

综上所述，本研究通过综合实验和显微分析，揭示了青藏高原高寒草甸和泥炭地植物在CH?传输中的不同作用机制。这些发现不仅有助于理解植物对CH?的吸收和释放过程，还为评估全球气候变化对生态系统的影响提供了新的思路。未来的研究应进一步关注植物介导的CH?传输机制，结合长期的植被和微生物动态监测，以更全面地评估气候变化对CH?通量的影响，并为制定有效的气候政策提供科学支持。