Ecosystem-scale methane fluxes in terrestrial uplands diverge from soil-sink expectations
这项研究通过对北美生态系统尺度的测量表明，大多数高地地表土壤实际上是甲烷净源，从而挑战了高地陆地土壤是稳定大气甲烷汇这一传统假设，并揭示了当前全球甲烷收支估算中存在的关键尺度推断误差。
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甲烷是一种强效的温室气体，在一百年的时间尺度内，其捕捉热量的能力远比二氧化碳更强。几十年来，科学家们一直在追踪这种气体的来源及其消失去向。我们知道，湿地和人类活动（如农业）会释放大量的甲烷。为了平衡全球账目，研究人员长期以来一直依赖于一个关于干旱陆地的特定且静默的假设：即森林、草地和灌木丛的土壤充当着一个一致的“真空吸尘器”，通过自然的细菌过程将甲烷从空气中吸入并分解。这个“土壤汇”一直被视为气候模型中一个固定且可靠的事实，据估计每年能吸收大量的甲烷。然而，如果这个假设是错误的，那么我们对地球如何调节温度的整个理解都可能失去平衡。
一项新研究通过不再仅仅观察微小的、孤立的样本，而是通过整个生态系统的视角，挑战了这一长期存在的观点。由耶鲁大学的斯帕克尔·马隆（Sparkle Malone）领导的研究小组，利用来自北美46座监测塔的数据，测量了地面与天空之间甲烷的实际交换情况。他们发现，这些景观并非他们预期的那种稳定、静默的清理团队，实际上大多数高地景观都在缓慢地泄漏甲烷。该研究表明，将干旱陆地视为净汇的传统观点是由于观察尺度错误而导致的误解，并且地球吸收甲烷的自然能力可能比此前认为的要弱得多。
多年来，关于干旱土壤消耗甲烷的信念建立在直接放置在地面上的小型室测仪测量之上。这些装置覆盖一小块土壤，将其密封起来以测量土壤细菌“吃掉”了多少气体。这种方法几十年来一直是标准做法，为土壤生物学提供了清晰、一致的图景。但室测仪只能看到它脚下发生的事情。它看不见树根、枯木或土壤中隐藏的微小水洼中可能产生气体的过程。它也无法捕捉到森林冠层中的空气流动，或是整个田野中水分的微妙变化。研究人员怀疑，通过仅关注土壤表面，科学家们忽略了这些生态系统实际表现出的宏观图景。
为了获得更真实的视图，研究团队转向了国家生态观测网络（National Ecological Observatory Network），这是一个分布在美国各地的塔式观测系统。这些塔架配备了传感器，可以测量不同高度的空气质量，从森林底层一直到树冠层。通过比较塔顶与下方不同高度的甲烷浓度，研究人员可以计算出整个生态系统（包括树木、土壤以及两者之间的空气）中气体的总流量。他们分析了2021年至2024年的数据，涵盖了46个站点，代表了从波多黎各的热带森林到阿拉斯加的灌木丛等各种环境。
结果令人震惊。当研究人员查看这些站点的年度甲烷平衡时，发现83%的站点并不是作为“汇”在运作。相反，它们是净源，释放到大气中的甲烷多于吸收的量。释放量很小，范围从每平方米每年仅几分之一克到一点多克碳不等，但流动的方向与模型的预测完全相反。只有17%的站点发挥了预期的“汇”的作用，而且即使是这些站点，其功能也比全球估算值要弱得多。他们在波多黎各发现的最强的“汇”位于一处热带森林，但即便如此，那里吸收的甲烷量也还不到全球预算中假设的土壤总量的一半。
研究认为，这种差异源于土壤室测仪和生态系统塔架测量的是两种不同的东西。室测仪测量的是土壤“吃掉”甲烷的潜力，而塔架测量的是生态系统的实际行为。在现实世界中，室测仪错过的因素——例如植物从深层地下运输气体、土壤中产生气体的微小湿点、或是通过树干移动的气体——都可能使一个理论上的“汇”土壤变成一个“源”生态系统。研究人员发现，即使在干燥的高地地区，这些隐藏的过程也足以扭转平衡。
这一发现并不意味着土壤细菌停止了摄取甲烷。研究确认了“土壤汇”的存在，但它表明这并非故事的全貌。整个生态系统的表现却有所不同。当研究人员尝试将他们的发现推广到全球时，结果表明，高地陆地生态系统可能是甲烷向大气的净源，而非净汇。根据计算方式的不同，全球陆地每年释放的甲烷可能在22到75太克（teragrams）之间。这与目前的全球预算相比是一个巨大的转变，目前的预算假设这些土地每年能吸收11到49太克的甲烷。
这项发现对气候科学具有重要意义。如果陆地吸收甲烷的能力不如我们想象的那么多，那么地球抵御温室气体水平上升的自然缓冲能力就会比我们预期的要小。这意味着甲烷在大气中停留的时间可能会更长，从而使地球升温的速度比当前模型预测的更快。研究建议，构建气候模型的方式需要改变。我们不能再假设干旱陆地是一个固定的“汇”，而需要考虑到那些允许甲烷逃逸的复杂且隐蔽的路径。
研究人员谨慎地指出，他们的工作是基于北美的一组特定站点，因此需要更多来自全球的数据来确认这种模式是否普遍存在。他们还指出，用于测量这些微小流量的仪器极其灵敏，信号往往接近检测极限。然而，即使他们针对不同的假设和潜在误差进行了测试，结论依然保持不变：整个观测网络呈现出的主导信号是排放，而非吸收。
这项研究提醒我们，自然界往往比我们最简单的测量方式所呈现的更加复杂。通过观察整片森林而非仅仅是一块泥土，科学家们揭示了一个隐藏的甲烷交换层，这挑战了我们对全球气候的理解。它表明，地球清理自身温室气体的能力可能比我们希望的更加脆弱，而大气的真实平衡取决于我们才刚刚开始观察到的过程。科学的下一步是建立能够捕捉这些完整生态系统动态的模型，确保我们对未来的预测是基于整个系统的现实，而非仅仅是其中的一部分。
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