湿地覆盖地球表面积的6%，但储存着全球三分之一的土壤有机碳。湿地植被通过光合作用将大气中的二氧化碳转化为有机碳，在湿地土壤中积累。此外，湿地的厌氧环境使得有机碳的分解速度较慢，所以湿地是碳素积累速度最快的自然生态系统。越来越多的证据表明，气候变暖正在显著改变湿地生态系统的结构和功能。气候变暖是否会刺激湿地释放更多的温室气体，是全球变化研究亟需解决的关键问题之一。
基于数据爬虫技术和逆方差随机效应模型荟萃分析方法，本研究集成了1990-2022年间在167个独立自然湿地站点开展的人为增温模拟实验数据，对二氧化碳、甲烷和氧化亚氮三种温室气体排放对增温的响应开展了研究。研究发现：目前，湿地是温室气体的汇（-533.4 g CO2-eq m-2 year-1）。如果全球升温幅度在1.5-2°C，湿地的温室气体“汇”功能减弱超过一半（约-57%）。也就是说，即使《巴黎协定》全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在 2°C 以内，并努力将温度上升幅度限制在 1.5°C 以内的目标能够实现，湿地在减缓气候变化方面所起的作用仍然会大幅减弱。
在大的空间尺度上，湿地优势植物功能群的差异可以很好的解释不同升温模拟实验中，湿地温室气体源汇变化的不确定性。增温后，在灌木类、禾草类等维管植物占优势的湿地，二氧化碳净吸收增加；苔藓、地衣等隐花植物占优势的湿地，二氧化碳净排放显著增加。不管湿地优势植物功能群如何，增温都促进了湿地甲烷的净排放，因为与低亲和力的甲烷氧化菌相比，产甲烷菌对土壤温度的变化更为敏感。
此外，本研究还量化了湿地氧化亚氮排放对增温的响应。虽然湿地氧化亚氮排放通量较低，但气候变暖显著增强（约27%）了禾草类植物占优势的湿地氧化亚氮的净排放。考虑到百年尺度上氧化亚氮的温室效应是二氧化碳的298倍，即使少量的氧化亚氮排放增加也可能对全球升温产生不可忽视的贡献。本研究还发现，在维管植物占优势的多年冻土湿地，气候变暖会更加显著地促进甲烷和氧化亚氮的净排放，从而对气候变暖产生正反馈作用。
政府间的气候变化委员会（IPCC）第6次气候变化评估报告中特别指出，《巴黎协定》温控目标下，未来碳排放空间估算不确定的主要来源之一是湿地等生态系统温室气体排放对气候变化响应的不确定。本研究揭示了湿地温室气体排放对增温响应的特征以及不确定的主要来源，也为湿地-气候反馈机制的模拟研究提供了新启示。
上述研究于2023年3月21日0时发表于Nature Climate Change，由中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室的博士后包韬与合作导师贾根锁研究员和徐希燕研究员合作完成。该研究受科技部“地球系统与全球变化”重点专项（2022YFF0801904）和国家自然科学基金青年基金（42206254）共同资助。
论文信息：Bao, T., G. Jia & X. Xu*, 2023: Weakening greenhouse gas sink of pristine wetlands under warming. Nature Climate Change, doi: 10.1038/s41558-023-01637-0. https://www.nature.com/articles/s41558-023-01637-0
图：不同优势植物功能群湿地对增温的响应：上图表示二氧化碳、甲烷和氧化亚氮三种温室气体净通量对增温的响应，下图表示三种温室气体的全球增温潜势(GWP)和持续通量全球增温潜势(SGWP)的响应。