中国农业大学土地学院张戈丽教授课题组在热带湿地甲烷排放机制研究方面取得重要进展

近日，我校土地科学与技术学院张戈丽教授课题组在热带湿地甲烷排放季节变化及其驱动机制研究方面取得新进展，研究揭示了降水、湿地淹水、植被演替与甲烷排放之间的级联滞后关系，为认识热带湿地甲烷排放季节变化及其形成机制提供了新的科学认识。相关成果以Unveiling cascading lag effects of wetland methane emissions: Evidence from Lake Chad in Africa为题发表在Science Advances杂志。

湿地是全球甲烷排放的重要自然来源，其排放具有显著的季节变化特征。热带湿地面积广、季节性淹水变化明显，但受限于湿地范围动态变化难以准确表征以及甲烷排放过程复杂等因素，当前对热带湿地甲烷排放季节变化及其驱动机制仍存在较大不确定性。

降水、湿地淹没面积与甲烷排放之间的时间滞后效应

针对上述问题，团队选取非洲乍得湿地为研究对象，构建了基于遥感观测和模型模拟的热带湿地甲烷排放季节动态分析方法。研究综合利用TROPOMI/WFMD卫星甲烷反演数据和Sentinel-2高分辨率遥感影像，分别获取2019-2022年乍得湿地月尺度甲烷排放以及湿地淹水范围，并进一步对纯水体和淹水植被进行精细划分。在此基础上，结合降水、水文及植被变化等信息，系统分析不同过程之间的时间响应关系。

降水-湿地淹没-植被演替-CH₄排放级联滞后效应示意图

结果表明，乍得湿地甲烷排放具有显著的季节变化特征，季节振幅达到4.75 Tg/yr。同时，降水与甲烷排放之间存在显著的季节性滞后，峰值时间相差约7个月。进一步分析发现，这一滞后并非单一环境因子直接作用形成，而是由“降水-湿地淹水-植被演替-甲烷排放”的连续级联过程共同驱动。降水变化首先引起湿地淹水范围变化，二者之间存在约3个月的时间滞后；随后，湿地淹水变化进一步影响植被生长、演替以及有机底物积累，为甲烷产生和释放创造条件，使甲烷排放峰值相较于淹水峰值进一步滞后约4个月。

该研究揭示了现有部分过程模型对热带湿地甲烷排放季节性的模拟存在明显偏差，主要由于模型对湿地动态变化以及淹水后植被演替、底物积累和甲烷传输等过程的刻画仍较为简化。研究所揭示的级联滞后过程表明，在评估热带湿地甲烷排放时，不仅需要准确描述湿地淹水面积的季节变化，还需要考虑不同生态水文过程之间的连续传递及时间滞后。相关成果为改进热带湿地甲烷排放估算和认识全球甲烷季节变化提供了新的科学依据。

该研究由中国农业大学土地科学与技术学院、荷兰皇家气象研究所、北京大学、中国科学院地理科学与资源研究所、德国不来梅大学等单位合作完成。土地科学与技术学院2023级博士生刘若琪为论文第一作者，张戈丽教授与荷兰皇家气象研究所刘梦瑶研究员为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金和欧洲空间局等项目资助。