摘要
湿地是生态系统的核心组成部分，被誉为“地球之肾”。然而，与农业和能源活动相比，湿地环境中的甲烷排放常被忽视，特别是在湿地公园。目前对于公园小环境中甲烷排放通量的空间影响机制的研究尚不充分，这限制了人们对湿地甲烷排放的全面认识。本文以成都活水公园为例，研究了三种公园绿地中甲烷通量的时空变化特征及其空间影响机制。通过探索甲烷通量与关键生态参数的联系，并运用非线性模型定量表达其空间变化的影响机制，以深入理解湿地的甲烷排放。研究结果可为四川乃至全国湿地公园建设提供重要参考，为甲烷碳减排提供参考。主要研究结果如下： （1）在活水公园三种典型绿地（河岸缓冲带、人工湿地和生态阶梯）中，甲烷通量呈现一致的季节变化规律（春季＞秋季＞冬季＞夏季）。在河岸缓冲带中，甲烷通量受采样深度影响，在浅层（0~5cm）更低；在人工湿地中，甲烷通量受水流方向和特征植物的影响，在入口处和特征植物为香蒲和风车草的系统中更高；在生态阶梯中，甲烷通量空间变化受采样点位置的影响，在远离公园道路的区域更高。在百年时间尺度上活水公园是甲烷的“源”，全球变暖潜力（GWP）为14.09kgCO2eqm?2a?1，其中河岸缓冲带（21.88kgCO2eqm?2a?1）＞生态阶梯（12.27kgCO2eqm?2a?1）＞人工湿地（4.22kgCO2eqm?2a?1）。 （2）活水公园的三种典型绿地在碳含量和甲烷功能微生物之间存在显著差异，并具有明显的时空异质性。土壤碳含量在河岸缓冲带和生态阶梯中差异显著（P＜0.05），生态阶梯高于河岸缓冲带，并呈现出一致的季节间波动趋势（春秋高，夏冬低）。在河岸缓冲带中，土壤碳含量随采样深度的增加逐渐减少；在生态阶梯中，土壤碳含量随阶梯向河面靠近逐渐降低。甲烷功能微生物丰度和群落多样性在土壤（河岸缓冲带、生态阶梯）和人工介质（人工湿地）环境中差异显著（P＜0.05），mcrA和pmoA基因丰度在深层土壤（10~15cm）、深层人工介质（15~35cm）和远离公园道路处更高。在土壤和人工介质的浅层（0~5cm）观察到更高的群落多样性，但有季节差异，土壤中秋冬季更高，人工介质中春季更高。土壤中优势产甲烷菌属为甲烷杆菌属（Methanobacterium,7.3%~51.3%）；人工介质中为甲烷菌属（Methanoregula,31.2%~50.2%）；均以H2/CO2为主要营养方式。三种绿地中，甲烷氧化菌优势属均为甲基孢囊菌属（Methylocystis,22.5%~53.9%），以丝氨酸代谢途径为主。 （3）甲烷通量与土壤碳含量、甲烷功能微生物丰度和群落多样性指数之间呈多元非线性函数联系，包括正弦、指数、幂和多项式等函数形式。空间因素加强了甲烷通量与土壤碳的联系，但减弱了其与群落多样性的联系。在三种绿地中，河岸缓冲带内甲烷氧化菌对通量的影响更高，而人工湿地和生态阶梯内产甲烷菌的影响更高。考虑空间因素后，随着微生物丰度的降低，产甲烷菌对甲烷通量的影响逐渐减弱，但在甲烷氧化菌中未观察到类似趋势。通过结构方程模型（SEM）量化了土壤碳含量和甲烷功能微生物群落对甲烷通量空间变化的影响。结果显示，“采样深度-微生物-碳”模型、“采样深度-微生物”模型和“采样距离-微生物-碳”模型分别可解释71%、98%和82%的甲烷通量空间变化。路径系数（λ）进一步揭示，甲烷通量的空间变化主要受到甲烷功能微生物群落的综合影响（λ=-0.476~0.804）。 （4）本研究构建的广义加性模型（GAM），通过耦合土壤碳和甲烷微生物群落的综合影响，可解释60%以上（R2=0.601~0.620）甲烷通量的空间变化。该模型可通过TOC含量、mcrA丰度和pmoA丰度来解释甲烷通量的空间变化。验证结果（R2=0.0003~0.639）表明，此模型在不同数据集上实际的解释范围存在一定的波动。 综上，本研究构建的SEM模型和GAM模型成功量化了小尺度垂直和水平空间中土壤碳含量和甲烷微生物对甲烷通量的影响，并进行了甲烷通量空间变化影响机制的定量表达。研究结果有助于深入理解湿地公园中甲烷通量的空间异质性，同时也提高了对甲烷在特定空间范围内变化的评估精度，可为未来探索湿地环境中甲烷减排的调控途径提供重要参考。
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