揭秘温带森林土壤：温度与湿度如何掌控甲烷净吸收

当前缺乏森林土壤甲烷（CH4）通量连续数据，影响其预算估算。研究人员对温带森林土壤 CH4吸收开展 4 年研究。结果显示土壤是 CH4汇，受温度、湿度等影响。该研究有助于精确生物地球化学模型，提升全球 CH4预算估算。

　　在全球气候变暖的大背景下，甲烷（CH₄）作为第二重要的温室气体，其在大气中的浓度变化备受关注。大气中甲烷主要通过多种途径去除，其中，通气良好的森林土壤作为大气甲烷的主要生物汇，对稳定大气甲烷浓度起着关键作用。然而，目前在这一领域存在诸多问题。一方面，以往研究多采用手动静态箱法，时间分辨率低，无法捕捉通量的短期变化，导致平均甲烷吸收量被低估。另一方面，森林地理位置偏远，手动采样难以实现频繁长期观测，使得年度和全球森林土壤甲烷预算评估存在很大不确定性。而且，全球不同地区森林土壤甲烷吸收情况差异大，特别是在亚洲季风气候区，其甲烷吸收机制尚不明确。因此，为了更全面地了解森林土壤甲烷吸收的动态趋势，提高年度净甲烷预算的准确性，深入探究甲烷吸收对环境变化的响应及机制，开展长期连续观测研究迫在眉睫。

中国生态系统研究网络清原森林站的研究人员从 2019 年至 2022 年，在位于中国东北辽宁的清原温带森林开展了一项长期连续自动通量原位观测实验。研究结果表明，该温带森林土壤始终是甲烷的吸收汇，平均每年每公顷吸收 5.24 千克甲烷碳（CH₄-C）。甲烷吸收量存在明显的年际和季节变化，超过 80% 的甲烷吸收发生在生长季。土壤温度和土壤湿度是调节甲烷通量的主要因素，不过它们的影响程度有所不同。该研究成果发表在《Agricultural and Forest Meteorology》，有助于推进更精确的生物地球化学模型构建，进而提高全球甲烷预算的估算精度。

在研究方法上，研究人员主要运用了连续自动原位箱测量技术，对土壤甲烷通量进行长期、高频次的监测。同时，结合气象数据监测，获取土壤温度、湿度等环境参数。此外，通过采集土壤样本，分析甲烷氧化菌丰度、土壤有机碳含量等指标。

在研究结果方面：

• 气候和土壤环境参数：研究区域位于温带季风气候区，气象数据呈现典型的季节性特征，夏季温度和降水量高于冬季。空气和土壤温度均呈现明显的季节性变化，先升高后降低，不同年份变化趋势相似。
• 年度土壤 CH₄吸收：4 年观测显示，清原温带森林土壤平均每小时甲烷吸收速率为 84.6±0.19 微克碳每平方米每小时（μg C m^?2 h^?1），年吸收量在 6.04 - 8.01 千克甲烷每公顷（kg CH₄ ha^?1）之间，与日本温带森林研究结果相符，但高于全球平均水平。
• 甲烷吸收的影响因素：土壤甲烷吸收主要受土壤温度和湿度影响，甲烷氧化菌丰度和土壤有机碳含量也起到一定作用。简单线性回归模型表明，土壤温度和湿度分别能解释甲烷吸收变化的 36% 和 56%。Temp-WFPS 模型和扩散 - 反应方程模型分别能解释年度甲烷吸收变化的 86% 和 53%。

研究结论和讨论部分强调，该研究利用具有分钟时间分辨率的自动甲烷通量测量系统，精确量化了中国温带森林生态系统的年度土壤甲烷吸收量。研究明确了土壤温度和湿度在调节甲烷通量中的主导作用，为理解森林土壤甲烷吸收机制提供了重要依据。这不仅有助于完善生物地球化学模型，提高全球甲烷预算估算的准确性，还为进一步研究森林生态系统在全球气候变化中的作用奠定了基础。未来研究可在此基础上，拓展研究区域和时间尺度，深入探究不同环境条件下森林土壤甲烷吸收的变化规律，为应对气候变化提供更有力的科学支持。