地形梯度驱动温带赤杨林树干甲烷通量空间变异性的机制研究

研究人员针对温带赤杨林树干甲烷(CH4)通量的时空变异机制这一科学难题，通过三场春季测量活动，系统评估了28株赤杨树干CH4排放特征。研究发现大尺度地形高程梯度是预测排放的最佳指标，揭示了水文条件与生物活动的协同调控作用，为湿地森林碳循环模型提供了关键参数。

　　

在气候变化背景下，湿地森林的甲烷(CH₄)排放已成为全球碳循环研究的关键环节。尽管学界已认识到树木茎干是重要CH₄排放源，但其时空变异规律和传输机制仍存在显著认知空白。特别是在温带赤杨林中，地形微变化如何通过调控水文条件影响CH₄通量，以及生物活动与物理环境的交互作用机制，都是亟待解决的科学问题。

德国罗斯托克大学景观生态学系Daniel Kohn团队在《Ecosystems》发表的研究，通过创新性的多尺度观测揭示了这一复杂机制。研究人员在2019年春季对28株成熟赤杨(Alnus glutinosa)进行三次测量活动，结合数字高程模型(DEM)和原位水文监测，发现树干CH₄通量呈现25±59 μg m^-2 h^-1的平均排放强度，最高值达450 μg m^-2 h^-1。研究首次证实大尺度地形高程梯度（而非局部微地形）是预测排放空间格局的最佳指标，而中等水位（+2.7 cm）配合土壤升温会触发排放峰值。

关键技术包括：1）动态闭路室法测量树干CH₄/CO₂通量；2）热场变形法监测树液流密度；3）亚厘米级全站仪地形测绘；4）地形湿度指数(TWI)计算；5）混合效应模型分析环境因子贡献度。

研究结果
空间变异特征：南部低洼区树木排放量持续高于北部（图7），高程每降低1米对应CH₄通量增加29%（p<0.01）。

时间动态规律：第二场测量期间（土壤温度10.1°C、水位+4.5 cm）出现排放峰值61.6±104.5 μg m^-2 h^-1，证实水文-温度协同调控作用。

生物因子影响：树液流密度增加3倍仅使通量提升15%，说明物理环境主导排放变异（R²=0.38）。

结论与意义
该研究建立了地形高程-水文-生物活动的级联调控模型：1）大尺度高程梯度通过决定浸水持续时间控制CH₄产生；2）中等水位下土壤升温可最大化产甲烷菌活性；3）树液流仅次要影响传输效率。这一发现突破了传统微地形主导的认知框架，为区域尺度CH₄预算建模提供了可量化的地形参数。研究同时警示当前仅测量茎干基部的做法可能低估生态系统总排放量，建议未来研究应整合冠层测量。论文提出的"地形阈值效应"概念对湿地恢复工程的水位管理具有直接指导价值。