甲基营养型产甲烷机制驱动热带海草大量产生和释放甲烷
研究背景：
海草床是典型的蓝碳生态系统，尽管仅覆盖全球海洋表面积的0.2%，却贡献了约13%的海洋碳埋藏量，在缓解气候变化中发挥着关键作用。然而，海草床也是甲烷（CH₄）的重要释放源，而CH₄是一种比CO₂更强效的温室气体，其在20年和100年时间尺度上的温室效应分别是CO₂的96倍和45倍。因此，CH₄的排放可能在一定程度上抵消海草床的碳汇效应，影响其气候调节功能。
目前对于海草床中CH₄的排放强度、生成机制及其对碳埋藏功能的影响仍存在较大不确定性，特别是热带海草床的研究极为有限，而热带区域却占全球海草床分布的70%以上。已有研究结果存在显著差异，部分来源于对CH₄产生过程理解不足，尤其是不同类型产甲烷途径（如氢营养型、乙酸营养型和甲基营养型）在不同盐度和沉积环境中的贡献尚不明确。
因此本研究旨在系统揭示CH₄的生成机制与空间分布特征，评估其对碳埋藏效益的影响，进而完善我们对海草生态系统在全球碳循环与气候变化中的综合作用认知。这将为未来蓝碳评估与管理、以及制定更科学的气候政策提供重要依据。
研究区概况：
黎安潟湖位于海南岛东南沿海，是一个半封闭的潟湖，通过一条狭窄水道与南海相连（图1）。潟湖总面积为7.9平方千米，平均水深为5.5米。其中水深小于3米的区域分布着面积达3.2平方千米的海草床，主要由大叶藻（Enhalus acoroides）构成，该区域还广泛分布着大型藻类。
结果与讨论：
热带海草床沉积物中甲基营养型产甲烷主导甲烷生成过程
在海南热带海草床沉积物中，研究发现甲基营养型产甲烷（methylotrophic methanogenesis）是主要的CH₄产生途径。通过16S rRNA分析和¹³C标记实验，发现沉积物中以Methanofastidiosales为主的产甲烷古菌能高效利用三甲胺（TMA）产CH₄，而乙酸营养型和氢营养型产甲烷在高硫酸盐浓度下受到抑制。甲烷产生速率常数为2.2–3.9 d⁻¹（图2），远高于地中海温带海草床，可能与较高的年均温度和更丰富的产甲烷微生物有关。
此外，海草沉积物中Clostridiales细菌较丰富，可将甜菜碱等前体转化为TMA，加上海草根际丰富的有机质和可溶性有机碳（DOC），为甲基营养型产甲烷提供了充足底物。TMA浓度和潜在产甲烷速率在10–20 cm深度最高，与Clostridiales丰度和根区重叠，表明海草通过提供底物并促进其转化，增强了CH₄的产生潜力。
热带海草床的高甲烷通量及其对全球甲烷收支的启示
本研究通过潜在产甲烷速率积分和²²²Rn示踪法，分别估算了热带海草床沉积物向水体的甲烷通量为835 ± 124 μmol m⁻² d⁻¹，远高于无草区（231 ± 6 μmol m⁻² d⁻¹）。地潟总通量为475 ± 50 μmol m⁻² d⁻¹，表明甲烷主要通过潮汐驱动的孔隙水交换释放（图3）。进入大气的甲烷为140 ± 66 μmol m⁻² d⁻¹，其余在水体中被氧化（图4）。与地中海相比，热带海草床的甲烷通量高约一个数量级，随机森林分析显示纬度（代表长期温度效应）是影响全球海草床甲烷排放的首要因素。全球73%的海草分布在热带地区，本研究提出应分别计算热带和温带的排放通量，更新后的全球估算值为0.30 Tg CH₄ yr⁻¹（图5），其中90%以上来自热带海草床，显著高于以往估算（0.18 Tg CH₄ yr⁻¹）。本研究突出了热带海草床在全球甲烷循环中的重要作用。
甲烷排放削弱海草床碳汇功能
热带海草床显著的甲烷排放对全球碳汇评估具有重要影响。根据更新后的全球海草床甲烷排放估算，换算为CO₂当量后，甲烷排放可在20年内抵消海草碳汇的8.6%，在100年内抵消4.0%。这一抵消比例高于盐沼（0.3%–6%）并接近红树林（最高9%）等其他海岸生态系统。
尽管海草床仍是重要的蓝碳生态系统，但其碳汇能力因甲烷排放而显著削弱。考虑到甲烷的强温室效应，评估海草床的气候效益时须将甲烷排放的抵消效应纳入考量。
结论：
海草床是重要的“蓝碳”生态系统，具有显著的碳汇功能。然而，本研究发现，热带海草床以甲基营养型产甲烷为主的甲烷排放大幅抵消了其碳埋藏效益。热带海草床的甲烷通量显著高于温带（835 vs. 106 μmol m⁻² d⁻¹），贡献了全球海草甲烷排放的90%以上，并在20年尺度上削弱了其碳汇效率约8.6%。
尽管海草床在气候变化缓解中发挥着积极作用，但其甲烷排放构成了显著的碳汇“抵消效应”。因此，未来海草床的保护与管理应将甲烷排放纳入碳核算体系，尤其在热带地区，以更准确评估和提升其气候调节效益。