兰州大学科研团队在热融湖塘排水对甲烷释放的影响方面取得进展

摘要：气候变暖背景下，多年冻土退化及降水影响不仅会导致热融湖塘发育及扩张，加速CH4排放，也会引发热融湖塘发生排水事件；然而，热融湖塘排水对沉积物CH4释放温度敏感性的影响及调控因素还存在较大不确定性。兰州大学资源环境学院牟翠翠课题组基于冻土钻探、室内培养及对比分析

气候变暖背景下，多年冻土退化及降水影响不仅会导致热融湖塘发育及扩张，加速CH4排放，也会引发热融湖塘发生排水事件；然而，热融湖塘排水对沉积物CH4释放温度敏感性的影响及调控因素还存在较大不确定性。兰州大学资源环境学院牟翠翠课题组基于冻土钻探、室内培养及对比分析发现，受排水影响的湖塘CH4释放温度敏感性降低了约56%，沉积物微生物群落和底物可利用性是排水湖塘CH4释放及温度敏感性变化的主控因素。该研究揭示了青藏高原热融湖塘排水减缓了CH4释放对升温的响应。

研究成果以“青藏高原热融湖塘排水导致甲烷释放的温度敏感性减半”（Thermokarst lake drainage halves the temperature sensitivity of CH4 release on the Qinghai-Tibet Plateau）为题，于2025年2月26日在线发表于《自然•通讯》（Nature Communications）。兰州大学资源环境学院博士研究生母梅为论文第一作者，牟翠翠教授为论文通讯作者。此项研究受到国家自然科学基金项目（43271132）等资助。

多年冻土作为全球陆地生态系统重要组成部分，分布范围极其广泛，占北半球陆地面积的22%。全球升温背景下多年冻土退化导致原本封存的有机碳分解，向大气释放大量温室气体，进一步加速全球变暖，对气候变化具有正反馈。当前多年冻土退化剧烈，加速了热融湖塘的形成、扩张或排水（季节性、间歇性或永久干涸）。与常年积水湖塘相比，热融湖塘排水事件强烈地改变了水文动态，会通过影响氧化还原环境、碳可利用性、植被类型及微生物群落等，进而改变热融湖塘CH4排放过程。然而，目前学界对热融湖塘排水事件对CH4释放的影响程度知之甚少，且排水湖塘CH4释放的温度敏感性及其驱动机制不清楚，这极大阻碍了多年冻土碳与气候反馈的准确评估。

针对上述关键科学问题，本研究通过野外钻取青藏高原排水影响的热融湖塘深层沉积物岩芯，测定沉积物碳氮含量、组分及年代，微生物群落组成及丰度等指标，发现排水湖塘沉积物岩芯的底物可利用性和微生物丰度随深度的增加快速降低，表层0~30 cm深度的底物可利用性和微生物丰度显著高于其他深度（>30 cm），且表层沉积物的碳年代较年轻，碳周转时间相对较短。排水湖塘沉积物中产甲烷菌主要以甲烷杆菌和甲烷微菌为主，这表明排水湖塘主要的产甲烷途径为氢营养型。

图1 青藏高原受排水影响的热融湖塘及其沉积物理化性质的垂直分布特征

基于室内厌氧升温控制实验，发现排水湖塘表层沉积物（0~30 cm）的CH4累积释放量占整个沉积物岩芯释放总量的97%，其CH4释放的温度敏感性是深层（>30 cm）的2~4倍。与未受排水影响的热融湖塘相比，排水影响的湖塘CH4释放温度敏感性降低了约56%，揭示了青藏高原热融湖塘排水减缓了CH4释放对升温的响应。

图2 青藏高原受排水影响的热融湖塘CH4累积释放量及温度敏感性变化

本研究进一步结合沉积物理化性质、碳组分及微生物属性等指标，发现了微生物群落和底物可利用性是排水湖塘CH4释放及温度敏感性变化的主控因素，分别解释了温度敏感性变化的49.3%和30.3%。该研究量化了热融湖塘排水对CH4释放温度敏感性的减半效益，深化了对热融湖塘甲烷动态调控机制的认识，为理解气候变暖影响下地表系统反馈提供了重要理论支撑。