濕地被認為是重要的「碳匯」，能有效吸收二氧化碳並儲存有機碳，但濕地同時也是強效溫室氣體—甲烷—的主要天然產生環境，是最大的自然甲烷排放源。這樣的生態系究竟是調控氣候的盟友？還是全球暖化的推手？為此，我們的團隊以關渡紅樹林濕地為模式場域，成功解構了「潮汐週期—地下代謝架構—微生物群落」三者間的耦合機制，發現三項受潮汐影響的動態機制，包含潮汐驅動的「地下層狀代謝組構」、甲烷淨排放的「關鍵時間窗口」和微生物群落的「即時結構調變」，揭示了亞熱帶潮汐濕地如何調控強效溫室氣體甲烷的排放。
研究團隊分析不同潮汐階段的沈積物孔隙水，發現地球化學剖面呈現顯著的時空差異。高潮位時，海水帶來豐富的氯離子與硫酸鹽，孔隙水剖面變化平緩，整體甲烷濃度與通量皆低；低潮位時，沈積物暴露於空氣中，但氧氣僅能穿透表層數毫米，沈積物內部形成了劇烈的垂直化學梯度與複雜的地下層狀代謝組構，產甲烷、好氧/厭氧甲烷氧化、硫酸鹽還原、硫化物氧化等作用同時進行。
甲烷排放通量具有強烈的潮汐週期性，並在退潮後 5 至 9 小時達到最高峰，此窗口恰好對應地下氧化還原梯度最陡峭的時期。此時深層的產甲烷作用與表層的好氧與厭氧甲烷氧化作用同時處於活躍狀態，然而深層產甲烷的速率遠超過表層微生物的移除能力，導致大量甲烷逸散至大氣中。這與許多溫帶濕地不同，關渡濕地的甲烷通量與沉積物溫度無顯著相關，這表示甲烷氧化菌的廣泛活動，有效平緩了表層的甲烷濃度梯度，削弱了溫度對淨排放的直接影響。
基因定序進一步揭示了複雜的微生物群落結構，沈積物中富含執行甲烷循環的關鍵菌相，統計分析顯示，各季節剛退潮時的表層群落結構高度相似，但退潮暴露約 3 小時後，表層菌相便發生顯著轉變，逐漸向「高甲烷環境類型」靠攏，與深層群落產生區隔。此外，好氧甲烷氧化菌在表層佔比高達 10%，且其豐度比例與甲烷氧化速率呈顯著正相關，實證了菌落結構對生態系功能的直接功能調控。
本研究突顯了潮汐河口濕地與一般淡水濕地、鹽沼或水稻田的本質差異。週期性海水淹沒提供了充足的硫酸鹽，而退潮暴露則驅動了高氧化還原梯度，這套獨的水文與生地化耦合機制，使得亞熱帶潮汐濕地在現階段成為顯著的甲烷排放源。這項成果提醒科學界，在評估紅樹林作為「藍碳」調控氣候的效益時，必須納入高時頻的多面向監測（結合化學、微生物與通量），才能在海平面上升與水文改變的未來情境下，準確預測濕地的碳源/碳匯轉換角色。
文章來源：
Tu, T.H., Lee, T.Y., Yu, Z.H., Lu, C.H., Lin, Y.T., Wang, P.L., 2025. Methane dynamics controlled by subsurface metabolic architecture and tidal cycling in a mangrove wetland. Science of The Total Environment 988, 179769. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.179769.
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