冻土区土壤甲烷排放的研究进展及发展趋势

张舜尧; 施泽明; 杨志斌; 周亚龙; 张富贵; 彭敏

doi:10.13745/j.esf.sf.2023.5.29

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (4) : 354 -365. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.29

非主题来稿选登：土壤质量与环境效应

冻土区土壤甲烷排放的研究进展及发展趋势

张舜尧 ¹^,²^,³ ,
施泽明 ³ ,
杨志斌 ¹ ,
周亚龙 ¹^,² ,
张富贵 ¹^,² ,
彭敏 ¹^,²

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Advances and trends on soil methane emission in permafrost region

Shunyao ZHANG ¹^,²^,³ ,
Zeming SHI ³ ,
Zhibin YANG ¹ ,
Yalong ZHOU ¹^,² ,
Fugui ZHANG ¹^,² ,
Min PENG ¹^,²

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摘要

作为全球碳循环系统及陆地生态系统的重要组成部分,冻土区土壤甲烷排放在土壤碳库与气候变化之间的反馈联动机制中扮演着关键性角色,并因此成为全球气候变化研究中的前沿热点问题。冻土区土壤甲烷排放的气源主要为微生物产甲烷活动和冻土层、天然气水合物中的气体释放作用,其中,微生物气源的研究较为成熟,而冻土层和天然气水合物气源甲烷的排放研究目前尚停留在定性分析阶段。在影响因子方面,文献计量学统计结果中出现频次最多的关键词依次为土壤温度、湿度和水位条件、有机质含量、地表植被条件等,这些要素可以对甲烷产生、传输和氧化吸收等多个环节产生影响。模型计算法是当前冻土区土壤甲烷排放评估预测的主要方法,包括早期的统计计算模型和近年来出现的基于土壤甲烷排放成因机理的过程模型,相关计算结果有效地支撑了全球气候变化评估研究。通过对冻土区土壤甲烷排放研究成果的梳理和总结,发现当前对冻土区土壤甲烷排放的气源和单因子影响作用认识较为明确,不同尺度的监测和评估方法也较为成熟。但是,对多气源作用下的冻土区土壤甲烷复合排放研究仍然较为薄弱,尤其是在冻土层和天然气水合物的甲烷释放方面,还缺少相关的定量计算研究。与此同时,在影响因子研究方面,也缺少多因素作用下的成因机理和驱动机制分析。因此,可以通过多方法、多因素综合监测研究,利用产甲烷微生物的元基因组分析、多气源土壤甲烷排放的同位素示踪等新技术和新方法,结合卫星遥感等大尺度观测结果,完善冻土区土壤甲烷排放的过程模型。此外,作为全球的“第三极”,青藏高原区域碳循环系统的变化将对亚洲,乃至全球气候变化产生重大影响。因此,还应进一步加强对青藏高原中纬度高原冻土区土壤甲烷排放的相关研究,为区域碳排放的定量评估和全球气候变化的研究提供理论支撑。