周小奇教授课题组在《Trends in Plant Science》提出森林植物-土壤-甲烷通量模型

2021年12月，华东师范大学生态与环境科学学院周小奇老师课题组在在《Trends in Plant Science》期刊上发表题为“Incorporation of NPP into forest CH₄ efflux models”的论文。

文章简介：

甲烷（CH₄）是仅次于二氧化碳（CO₂）的全球第二大温室气体，约占全球温室效应的25%。相比于众多的大气CH₄源，大气CH₄汇只有两个：对流层中的氢氧自由基和通气性良好的土壤，前者是氢氧自由基在大气对流层中引发的光化学反应，吸收了约90%的大气CH₄；而后者是唯一的大气CH₄生物汇。已有研究表明，森林是最大的陆地生态系统大气CH₄汇，贡献了约52%的陆地CH₄汇，因此有必要对未来全球变化情景下森林CH₄汇进行估算，但目前的模型预测具有很大的不确定性，究其原因是我们对森林土壤CH₄的微生物过程尚缺乏认识。

亚热带森林常年高温高湿，夏季易受到强降雨的影响。我们课题组对亚热带森林进行为期3年的原位CH₄通量观测，发现强降雨之后CH₄通量呈现排放的特征（Zhou et al., 2021 Science of the Total Environment, 792, 148292）。事实上，森林CH₄通量同时受到两个微生物过程的影响，即由微生物介导的CH₄氧化过程与CH₄产生过程（图1）。前者由好氧微生物——甲烷氧化菌介导，后者由厌氧微生物——产甲烷菌所介导。森林土壤CH₄通量是这两个过程相互平衡的结果，土壤中的CH₄在释放到大气中之前，可以被甲烷氧化菌所氧化，一旦前者超过后者，表现为森林CH₄汇；反之，则表现为森林CH₄排放（图1）。

森林土壤产CH₄过程中的底物（如土壤有机质等）主要来源于植被净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP），有研究表明植物通过光合作用所固定的碳中有30%-60%分配给了植物根系，其中有一半以上的碳以各种形式进入土壤中，从而影响森林土壤CH₄产生量。基于此，我们提出了森林植物-土壤-甲烷通量模型，将NPP整合到当前森林CH₄通量模型当中（图2），从而更好的预测未来全球变化情景下森林CH₄汇的变化。

文章主要附图：

图1 森林土壤CH4产生与氧化过程。植物来源的土壤有机质为产CH4过程相关的微生物提供底物，而产生的CH4可以被甲烷氧化菌所氧化。

图2 概念图显示生态系统尺度上森林植被净初级生产力（NPP）如何影响CH4通量。

期刊简介

《Trends in Plant Science》期刊是植物科学领域的顶级期刊，最新影响因子为18.31。

作者简介

该论文第一作者兼共同通讯作者为我院周小奇教授，我院博士生左涵灵和新西兰皇家林业研究所Simeon Smaill博士（共同通讯作者）参与论文撰写和讨论。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.tplants.2021.09.007