研究背景
天然湿地是重要碳库。长期淹水环境减缓了有机质分解，使大量碳储存在土壤中，因此湿地在全球碳循环与温室气体调控中具有关键作用。但随着土地开发与粮食生产扩张，越来越多天然湿地被开垦为水田。这不仅改变土地类型，也会重塑土壤水分、氧化还原状态和微生物群落，进而影响甲烷（CH₄）与二氧化碳（CO₂）的排放。
那么，湿地变水田后，生态系统碳收支会如何变化？这种变化由环境直接驱动，还是受微生物调控？近日，延边大学朱卫红老师的研究团队以图们江流域的天然湿地及其转变的水田为研究对象，系统评估了湿地转水田对CH₄和CO₂通量及土壤微生物群落的影响，旨在揭示农业开垦导致的湿地碳排放风险。研究成果发表于《Ecological Processes》期刊。
为什么关注“湿地改水田”？
湿地是“水文—土壤—微生物—碳循环”高度耦合的生态系统。长期淹水形成的厌氧环境既有利于有机碳保存，也促进产甲烷过程，使湿地成为重要的CH₄排放源。天然湿地转为水田后，耕作、排水、施肥和单一种植会改变土壤环境与微生物群落，进而影响CH₄和CO₂通量。已有研究表明，湿地改水田通常会降低CH₄排放，但可能增加CO₂释放，其背后的微生物调控机制仍有待明确。
图1.研究区域概况：景新湿地的地理位置（a）、土地利用（b）。
研究方法
（1）研究区位于中国吉林省珲春市东南部图们江流域敬信湿地及其周边改造水田，以天然湿地为对照，以由湿地开垦形成的水田为实验对象；研究区水田采用间歇灌溉、中期晒田和收获后越冬排水等管理方式；
（2）样品采集：研究团队于2023年7月和11月同步采集土壤、微生物及温室气体样品，并在2024年同期补充温室气体观测，形成覆盖两年、四个时间点的通量数据集；
温室气体通量：采用PS-3010超便携CH₄/CO₂土壤呼吸系统（北京理加联合科技有限公司），原位实时测定CH₄、CO₂通量；
土壤理化：ST、SWC、pH、COND、DOC、EOC、TOC、TN、TP、微生物生物量碳/氮等指标。
微生物群落分析：通过高通量测序分析了细菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌的群落组成与多样性；
（3）数据分析：研究采用双因素方差分析、Mantel检验、RF分析、变差partitioning分析和SEM等方法；
图2.湿地和水田的温室气体通量。条形表示平均通量，误差条表示标准误差（SE）。
图3.温室气体通量与土壤理化性质之间的相关性热图：湿地 (a) 和水田 (b)。
图4.微生物丰度和多样性：土壤细菌群落的门级相对丰度（a）和α-多样性指数（d），产甲烷菌群落的属级相对丰度（B）和α-多样性指数（e），以及湿地和水稻土中甲烷氧化细菌群落的属水平相对丰度（c）和α多样性指数（f）。
图5.CH₄和CO₂通量的变异分解分析（VPA）。湿地CH₄通量 (a)、水田CH₄通量 (b)、湿地CO₂通量 (c) 和水田CO₂通量 (d)。微生物变量包括细菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌。
图6.湿地（a）和水田（b）中土壤、微生物和温室气体通量的SEM。
研究结果
湿地改水田后CH₄仍为净排放但通量显著降低；CO₂则从净吸收转为净排放；
天然湿地中CH₄净通量主要与COND、EOC及无机氮形态显著相关，CO₂净通量则与EOC呈中等相关。
水田中CH₄净通量与ST、SWC、NO₃⁻-N和微生物量碳强相关，而CO₂净通量主要受pH和TOC影响；
湿地改水田后细菌群落相对稳定，产甲烷菌群落显著重组；甲烷氧化菌群落组成发生明显变化；
在天然湿地中，土壤理化性质主要通过改变微生物群落结构间接影响CH₄和CO₂通量；
水田中，土壤理化性质对碳通量的直接作用增强，微生物介导路径的解释力相对下降；
结语
湿地改水田带来的影响，并不是简单的甲烷减少或碳排放变化，而是整个碳循环调控体系的重构。研究表明，水田化削弱了天然湿地的CO₂吸收功能，也改变了土壤环境与微生物群落之间原本紧密的耦合关系，使碳通量更容易受到排水、施肥和耕作等人为管理过程的影响。这也提示我们，湿地保护与农田减排不能只关注单一温室气体的升降，而应从生态系统整体碳平衡出发，综合评估土地利用变化的长期影响。未来，可以结合长期通量观测、微生物功能解析和精细化水肥管理，更准确理解湿地转换的碳效应，为区域湿地保护和低碳农业管理提供科学依据。
发表期刊：Ecological Processes【影响因子：3.9】
研究单位：延边大学
研究地点：吉林省珲春市东南部的图们江流域敬信湿地及其周边改造水田
使用设备：PS-3010超便携CH₄/CO₂土壤呼吸系统
DOI：https://doi.org/10.1186/s13717-026-00698-1