城市河流中人为有机质富集与乙酸裂解途径主导的CH4冒泡排放机制及其气候效应

针对城市河流CH4排放路径不清的问题，研究人员通过δ13C-CH4同位素技术揭示乙酸裂解途径（αC=1.032-1.058）主导冒泡CH4生成，发现人为有机质输入和水深是驱动84%排放通量（395.72±548.05 μmol m?2 h?1）的关键因子，为全球河流碳预算评估提供新框架。

　　

在全球气候变化背景下，河流生态系统作为陆地与海洋之间的重要碳传输通道，其甲烷（CH₄）排放问题日益受到关注。尽管已有研究指出全球河流每年贡献1.5-30.5 Tg CH₄排放，但城市河流由于高强度人类活动的干扰，其CH₄产生机制和排放通量仍存在显著不确定性。特别是在中国快速城市化进程中，污水排放、航运活动等人为因素如何影响CH₄冒泡（ebullition）这一主要排放途径，成为亟待解决的科学问题。

针对这一挑战，华东师范大学的研究团队在《Water Research》发表重要成果。研究人员以上海河网为研究对象，通过野外调查与培养实验相结合的方式，系统探究了不同类型城市河流中CH₄冒泡排放的空间异质性及其形成机制。研究采用稳定碳同位素技术（δ¹³C-CH₄）和双同位素分析，首次在城市河流中明确了乙酸裂解途径（acetoclastic methanogenesis）的主导地位，并揭示了人为有机质富集与浅水深度对CH₄冒泡排放的协同增强效应。

关键技术方法包括：1）采用漂浮通量箱法测定CH₄扩散和冒泡通量；2）通过气相色谱分析气泡CH₄浓度；3）运用同位素比率质谱仪测定δ¹³C-CH₄值并计算碳同位素分馏因子（α_C）；4）基于上海河网四种类型河流（U1-U4）的时空采样设计。

研究结果揭示：

1. CH₄排放通量的时空异质性：冒泡通量（18.54-2464.24 μmol m^?2 h^?1）贡献总排放的84%，显著高于扩散通量（1.17-216.42 μmol m^?2 h^?1），且U4型河流排放强度最高。
2. 关键驱动因素：沉积物有机碳含量与水深构成冒泡通量的主要控制因子，城市热岛效应通过温度敏感性（Q₁₀=2.3）进一步放大排放。
3. 产甲烷途径解析：δ¹³C-CH₄值（-68.09‰至-48.23‰）和α_C（1.032-1.058）证实所有河流均以乙酸裂解途径为主导，排除氢营养型（hydrogenotrophic）途径的可能性。

结论与意义：
该研究首次在城市河流系统中建立了人为活动-有机质富集-乙酸裂解途径-冒泡排放的完整关联链条。发现即使在不同类型城市河流中，乙酸裂解途径仍保持其主导地位，这一发现修正了传统认为淡水生态系统仅存在单一产甲烷途径的认知。研究成果为量化气候变化背景下城市河流的CH₄排放潜力提供了关键参数，特别是温度敏感性数据可直接应用于全球模型。论文提出的"有机质-水深-温度"三元调控框架，为城市河流碳管理政策的制定提供了科学依据，对实现"双碳"目标具有重要实践价值。

（注：所有数据均来自原文，作者Shengnan Wu和Dongqi Wang等未标注国外机构信息，故默认研究单位为国内机构华东师范大学）