更高的温度会导致湿地释放更多的甲烷，因为微生物很难跟上

在地球湿地的土壤中，微生物正在进行一场拔河比赛，以产生和消耗强大的温室气体甲烷。但根据一项新的研究，如果地球变得太热，它可能会使天平偏向甲烷生产者。史密森尼的科学家们将这一发现作为未来气候实验的一部分，该实验提高了马里兰州沼泽地的二氧化碳和温度。

　　

不断上升的气温可能会改变这场持续了数千年的地下战争的规模。在地球湿地的土壤中，微生物正在努力产生和消耗强大的温室气体甲烷。但根据史密森学会4月23日发表的一项研究，如果地球变得太热，湿地抑制甲烷的一种关键方式可能会面临风险。

根据美国国家海洋和大气管理局的数据，甲烷对全球变暖的影响约为19%。虽然湿地是去除二氧化碳（二氧化碳是一种更丰富的温室气体）的冠军，但它们也是世界上最大的甲烷天然来源。随着各国设定减少人类活动产生的甲烷排放的目标，了解湿地自然排放的甲烷量以及未来可能排放的甲烷量是至关重要的。

“如果湿地有大量的甲烷排放，如果我们对此一无所知，那么我们缓解气候变化的碳减排目标将在未来偏离轨道，”主要作者Jaehyun Lee说。目前在韩国科学技术研究所工作的李在史密森尼环境研究中心做博士后时做了这项研究。

微生物拔河

在湿地土壤中，两种微生物处于竞争状态。一些微生物产生甲烷，一种比二氧化碳强45倍的温室气体。但其他微生物消耗甲烷，利用氧气将其转化为危害较小的二氧化碳。这种简单的转变是大自然控制温室气体排放最有力的方法之一。

这项发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的新研究聚焦于一种被称为厌氧菌的特殊微生物。厌氧微生物生活在没有自由氧气区的地方，这在被淹没的湿地中很常见。很长一段时间以来，它们在甲烷战争中一直处于劣势。由于没有自由氧气可供吸收，这些微生物被认为无法消耗甲烷。当科学家们最终发现它们可以（通过从附近的硫酸盐分子中提取氧气）时，他们仍然认为与湿地富氧地区的微生物相比，这是一个次要的背景效应。

Lee说：“他们认为厌氧甲烷（消耗）过程太慢，无法去除大量甲烷。”

但正如李指出的那样，大多数甲烷的产生都发生在这些缺氧的环境中。这基本上意味着厌氧微生物处于第一线。他们也在尽自己的责任。在李工作的史密森尼湿地中，厌氧微生物可以去除高达12%的甲烷——远低于它们的亲氧微生物，但比科学家们之前怀疑的要多。在更咸、硫酸盐丰富的地方，厌氧微生物可以去除缺氧土壤中产生的高达70%的甲烷。

然而，当科学家们拨出热量时，情况发生了变化。

快进气候实验

在这项新研究中，研究小组在马里兰州史密森尼环境研究中心（SERC）的湿地上进行了一项实验，模拟了一个更热的未来。这个实验被命名为“SMARTX”（盐沼对温度的反应实验的缩写）。科学家们通过点亮成排的红外线灯和地下电缆，将湿地某些地区的温度提高了5.1摄氏度。在一些情节中，研究小组还提高了二氧化碳浓度，以创造一个更现实的未来。

“如果大气中的二氧化碳含量不增加，世界就不会变暖....“SMARTX正在做的是试图模仿那个更温暖的世界，利用地上和地下的加热，”研究委员会的资深科学家、合著者吉纳维芙·诺伊斯说。“但因为这不会独立于二氧化碳而发生，我们也会与二氧化碳交叉，所以我们有一个真正的未来，两者都有。”

仅在气温升高的情况下，甲烷排放量就会飙升。这并不是因为有益微生物变弱了。温暖的土壤促使它们排出比以前更多的甲烷。然而，它们的竞争对手——产生甲烷的微生物——也变得更加活跃了。在一个更温暖的世界里，去除甲烷的微生物无法跟上。

甲烷排放量增加多少取决于工厂。在以厚厚的莎草为主的地区，甲烷排放量增加了近四倍。但在小草占优势的地方，甲烷排放量只增加了1.5倍。

具有讽刺意味的是，更高的二氧化碳减少了影响，但不足以抵消它。当科学家们同时测试更高的温度和更高的二氧化碳时，莎草地的甲烷排放量上升到正常水平的两倍，而不是近四倍。研究人员怀疑这是因为二氧化碳促使植物长出更大的根。根向土壤中注入更多的氧气，产生更多富氧的硫酸盐化合物供微生物使用。

诺伊斯说：“气候变暖将对增加甲烷排放产生巨大影响。”“但是当你加入高浓度的二氧化碳时，它会把它拉回来一点。”

这种模式适用于整个湿地的微生物。2021年，研究小组发现富氧土壤中的微生物与本研究中缺氧微生物的行为方式相同。当环境变暖时，能够去除甲烷的微生物会远远落后于产生甲烷的微生物。

作者说，保护湿地仍然是保护世界免受气候变化影响的重要组成部分。它们是抵御飓风和极端天气的救命屏障。尽管存在甲烷问题，但湿地在锁定其他形式的导致地球变暖的碳方面表现出色。一英亩沿海湿地比一英亩热带雨林能储存更多的碳。

“保护和恢复沿海湿地对气候有很大的价值，特别是当我们考虑到它们为人类提供的许多生态系统服务时，”SERC的资深作者兼研究副主任帕特·麦格尼格尔说。

但是为了规划未来，政策制定者需要知道在未来几十年里湿地会排放多少甲烷。李说，归根结底，气候变化不仅仅是温度升高。它还涉及可能打破温室气体平衡的无形活动。

“我们还必须考虑，气候变化将如何影响这些微妙的微生物过程，比如甲烷氧化和甲烷产生？他说。

Climate-induced shifts in sulfate dynamics regulate anaerobic methane oxidation in a coastal wetland