2026年11月，福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站陈能汪教授课题组在国际期刊Journal of Environmental Management 发表了题为“Disproportionate methane to carbon dioxide emission following eradication of Spartina alterniflora” 的研究论文。
该研究围绕河口湿地潮间带界面碳循环前沿科学问题，聚焦互花米草除治植物残体就地掩埋对沉积物生物地球化学过程的扰动，依托台海站漳江口实验场，开展野外原位观测、室内残体添加培养实验、沉积物地球化学分析及宏基因组学分析，探明了除治后沉积物甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）的脉冲排放特征，阐明了两大温室气体产率对不同量级植物残体碳输入的不等比例响应，揭示了高比例甲烷排放的微生物调控机制，并通过情景模拟评估了地上残体清运的温室气体减排潜力（图1）。
图1. 互花米草残体输入驱动CH4与CO2不等比例排放及残体管理减排效益示意图
研究背景
Background
近年来，我国开展了大规模互花米草（Spartina alterniflora）除治工作。期间通过刈割、翻耕等措施，大量植物残体被留置或翻埋进入沉积物。已有研究揭示了互花米草入侵或除治对温室气体通量、沉积物碳库及微生物群落均有影响，但对于CO2和CH4如何响应互花米草除治的扰动仍缺乏系统认识。
研究团队于2023年4月至2024年10月期间在漳江口湿地开展了7次现场观测和实验。采集互花米草除治区沉积物与邻近无植被覆盖的滩涂沉积物，设置6个互花米草残体（预制成植物碎屑）添加梯度，在室内进行60天厌氧条件培养，观察培养体系CH4和CO2的产生动态，结合沉积物的理化参数和微生物数据，重点研究除治扰动后的温室气体脉冲式排放特征、CH4与CO2排放比例与碳体碳输入的非线性关系。
研究结果
Results
野外观测：互花米草除治后沉积物CO2和CH4出现脉冲式排放
原位观测显示，在互花米草除治后，沉积物—大气界面的CH4和CO2排放均出现脉冲式排放。CO2通量升高了6倍，并持续了约6个月；而CH4则表现出更为显著且持续时间更长的响应，排放量升高了45倍，并持续了约12个月（图2）。这意味着，仅依据CO2通量变化可能低估除治扰动的短期气候影响。需要说明的是，本研究的现场观测始于除治后约6个月，未捕捉到扰动初期更强烈的排放峰值，因此结果存在低估。
图2. 互花米草除治区域与滩涂区域沉积物CO2、CH4排放通量
室内实验：CH4: CO2对互花米草植物碎屑添加量的非线性响应
室内培养实验发现，互花米草植物碎屑添加促进了沉积物CO2和CH4的生产，但两者呈现不同的时间响应特征。CO2生产速率在培养第1天达到峰值，而CH4生产速率则呈现双峰特征，分别在第7–14天和第21–30天出现峰值。
随着碎屑添加量增加，CO2和CH4的潜在产生量线性增加（R2 = 0.96，p < 0.001），而CH4: CO2摩尔比则呈现非线性饱和响应，由对照组的约0.06:1逐渐升高并趋近于0.95:1，拟合半饱和碎屑添加量约为0.64 kg m-2（图3）。该结果表明，残体碳输入不仅促进沉积物有机碳矿化，还可能改变两个气态产物CO2和CH4的生成比例。需要注意的是，这一数值描述的是实验条件下的非线性响应特征，不宜直接作为不同海岸湿地通用的工程管理阈值。
图3. 不同植物碎屑添加的的CO2、CH4产率比值及总增温潜势（GWP）的非线性响应关系
代谢机制：产甲烷微生物群落演替解释了CH4和CO2的不等比例排放
宏基因组分析表明，碎屑添加改变了与甲烷代谢有关的微生物群落组成。在培养实验初期，甲基营养型产甲烷古菌（如Methanococcoides）在添加组中相对富集；培养实验后期，氢营养型产甲烷古菌（如Methanovulcanius）相对增多。与此同时，部分参与好氧甲烷氧化的功能基因（pmoA）在后期样品中未被检出（图4）。从反应化学计量关系看，乙酸裂解型、甲基营养型和氢营养型产甲烷途径的CH4: CO2产生比分别为1:1、3:1和1:-1。因此，在残体分解不同阶段，可利用底物和产甲烷途径发生变化，为CH4相对CO2增幅更大的排放特征提供了微生物学证据。
图4. 碎屑添加下甲烷循环微生物组成、关键类群与相关功能基因的变化
管理启示：清运地上植物残体有望降低除治后的气候效应
研究将碎屑添加培养实验得到的剂量—温室气体增温潜势（以CO2当量表示）响应关系，结合全国10处典型滨海湿地的互花米草地上、地下生物量资料，对不同植物残体处理方式进行情景模拟分析。结果显示，相较于将地上碎屑全部掩埋，清运地上碎屑可使温室气体增温潜势降低约42%–95%（图5）。这一减排幅度来自基于培养实验与生物量数据的情景模拟，而非10处湿地现场清运实验的直接测量结果。不同区域的地上与地下生物量分配差异，亦可能影响残体管理的单位减排效益。因此，除治工程有必要在清除入侵植被的同时，结合当地生物量结构优化残体的清运方案。
图5. 互花米草除治后残体清运的潜在减排效益及其与地下生物量占比的关系
研究意义及展望
Significance and Prospects
本研究综合运用原位通量观测、室内机制验证实验，探明了互花米草除治对滨海湿地沉积物碳循环关键过程、机制及排放通量的影响，植物残体就地掩埋不仅造成CO2和CH4的脉冲式排放，掩埋的有机质在分解过程中还会改变产甲烷微生物群落，引起CH4（百年尺度增温潜势是CO2的27倍）高比例的排放。
互花米草除治有利于保护生物多样性，但也会引起沉积物温室气体的短期排放。未来应针对不同湿地生态修复区持续跟踪监测和蓝碳效益评估，为制定科学的生态保护修复规划方案提供依据。
研究团队及资助
Research Group and Funding
论文第一作者为厦门大学环境与生态学院2022级博士生吴慧，通讯作者为自然资源部第三海洋研究所余丹和厦门大学陈能汪教授。共同作者包括集美大学王芬芳，福建技术师范学院路则洋，以及厦门大学博士生陈诗瑶和已毕业硕士生徐文泓。研究获得国家重点研发计划（2022YFF0802102）、国家自然科学基金（42276171）、深圳市科技计划项目（KCXST20221021111404011）、海洋生物地球化学全国重点实验室自主研究项目（MELRI2501）及福建省自然科学基金（2025J01876）联合资助。
论文来源及链接
Wu H, Chen S, Xu W, Wang F, Lu Z, Yu D*, and Chen, N*, 2026. Disproportionate methane to carbon dioxide emission following eradication of Spartina alterniflora. Journal of Environmental Management 420, 131302. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2026.131302
文图 | 吴慧
责任编辑 | 陈能汪
审核 | 朱旭东
排版 | 李灿如
