研究发现沙滩上的堆积的海藻增加了大气甲烷浓度

漂上海岸的海藻不仅仅是在腐烂分解，最新研究发现，这些海藻为耐氧微生物提供“燃料”，它们将大量甲烷排放到空气中，这颠覆了人们长期以来对沿海生态系统及其气候作用的科学假设。

根据NASA的卫星图像和宇航员拍摄的照片，全球约有31%的无冰海岸线为沙质海岸。古菌类微生物（甲烷菌）广泛存在于无氧环境中，例如沿海地带，它们分解有机物产生甲烷（一种强效温室气体）。

这项由澳大利亚蒙纳士大学气候变化科学中心牵头的新研究，对澳大利亚维多利亚州和丹麦Avernakø的沙质海岸进行了调查，解释了为何这些地方的甲烷水平异常高。

“这一新发现不仅挑战了海洋科学中的基本假设，也让我们重新思考沙质海岸生态系统在温室气体排放中的作用，”蒙纳士大学气候变化科学中心Perran Cook教授指出。“我们的研究增加了越来越多证据，表明腐败生物质如海藻产生的甲烷，可能抵消了沿海生态系统去除二氧化碳的部分作用。”

研究团队结合多种方法揭示了沿海沙地之上甲烷含量异常高的原因：

• 从澳大利亚（菲利普港、西部港）和丹麦的海滩采集水样和沉积物样本，测量甲烷浓度，并与氡含量对比，确认甲烷来源是否为地下水。

• 在实验室中用沉积物与海水、海藻或海草混合进行低速搅拌培养，或利用流动装置模拟水流。

• 检验在添加化学抑制剂时甲烷产量是否消失，并测试某些底物对甲烷产生的刺激作用。

• 分离沉积物中新种甲烷菌（如Methanococcoides属），并扩增基因组以确认其代谢途径和耐氧性。

• 分析沉积物DNA，追踪添加海藻/海草前后的微生物群落变化。

结果显示，浅近海水体中的甲烷始终处于“过饱和”状态，远高于本应与大气平衡的水平，有时高出近1900倍。驱动甲烷释放的，是一类能耐受并多次暴露于氧气后的甲烷微生物，这在过去被认为是不可能的——即海岸生态系统中的甲烷菌无法在有氧下存活。

甲烷菌主要消耗海藻和海草分解时释放的甲基化化合物；当这类残骸大量积累处，甲烷产量最高。与水稻田或湿地中的甲烷菌需数周才能恢复代谢不同，海岸甲烷菌仅在恢复无氧条件后1-2小时就能重新活跃。沿海现场估算的甲烷排放通量，与传统的湿地、盐沼相当，甚至超过后者，这些生态系统早已被认为是主要甲烷排放源。

“下一步，我们还需详细了解这一过程，”第一作者、博士生Ning Hall表示，“后续研究将探索不同海藻种类和海洋环境对这些微生物的影响，从而更准确地评估沿海带的甲烷产量。”

该研究仅限于澳大利亚和丹麦的特定区域，且甲烷排放受到地理、沉积物类型及海藻海草量影响。此外，实验简化了自然环境复杂过程，虽然甲烷古菌是主要贡献者，其他细菌也可能有少量作用。

尽管如此，这一研究意义重大，表明甲烷产生不再局限于严格无氧环境——沙质沿海带如今被证实为重要的甲烷排放源。与此同时，“蓝碳”战略（即依赖海藻和海草吸收碳的气候方案）也被挑战，该研究表明沙质沉积物中这些生物的分解，可能会释放大量甲烷，抵消部分气候益处。

“随着海水升温、物种入侵和养分污染增加，海藻暴发和沿海积累情况日趋频繁，”Cook表示，“这意味着大气中的甲烷脉冲将更加频繁和巨大，反过来又加剧了海水变暖。”

该研究由澳大利亚研究委员会、国家健康与医学研究委员会、澳大利亚政府研究生奖学金、欧洲研究理事会、丹麦国家研究理事会、丹麦国家研究基金会资助，并联合南丹麦大学、SAEF极地研究中心和蒙纳士生物医学发现研究所合作完成。研究成果发表在《自然·地球科学》期刊。