^1,2王珮玲、^1,2林悅婷、³塗子萱

1. 國立臺灣⼤學 海洋研究所
2. 國立臺灣⼤學 新碳勘科技研究中⼼
3. 國立中⼭⼤學 海洋科學系

紅樹林濕地是地球上多樣性最⾼的⽣態系之⼀，它們不僅保護海岸線免受侵蝕，更提供重要的⽣物資源。普遍認為濕地是重要的「碳匯」，能有效吸收⼆氧化碳並儲存有機碳，但它們同時也是強效溫室氣體—甲烷—的主要天然來源。甲烷是重要溫室氣體，其全球暖化潛勢 (Global Warming Potential) 在百年尺度上是⼆氧化碳的 25 倍。濕地⽣態系統每年更向⼤氣排放約 167 Tg 甲烷，

占全球非⼈為甲烷排放的 20-40%，是
最⼤的⾃然甲烷排放源。這些⽣態系究竟是
調控氣候的盟友？還是全球暖化的推⼿？我
們最近發表於 Science of the Total
Environment 期刊的論文，嘗試利⽤關渡
濕地作為模式場域，探討潮汐週期、地下代
謝架構與微⽣物群落間的複雜交互作⽤如何
調控紅樹林溼地的甲烷排放。

我們團隊⾸先在不同潮汐階段採集並分析沈積物岩⼼中的孔隙⽔，發現漲潮與退潮時的地球化學剖⾯呈現顯著差異。低潮位時，剖⾯呈現劇烈的氯離⼦、硫酸鹽、甲烷濃度變化，整體甲烷濃度⾼，⽽⾼潮位時，氯離⼦與硫酸鹽剖⾯變化幅度較低，整體甲烷濃度低。此外，無論是漲潮或退潮時期的溶氧微電極剖⾯均顯⽰氧氣僅能穿透表層沈積物在數毫米深度以內，氧氣穿透深度和通量皆與溫度呈現負相關，顯⽰有機質氧化和還原態硫化物（如硫化氫）的氧化作⽤隨溫度增加⽽加劇。我們所獲得的地球化學剖⾯，顯⽰在低潮位期間，沈積物中形成了⾼氧化還原梯度與複雜的地下層狀代謝組構(subsurface metabolic architecture)，
這些代謝作⽤包括甲烷產⽣作⽤、甲烷氧化
（好氧與厭氧）作⽤、硫化物氧化作⽤、硫
酸鹽還原作⽤、有機物氧化與發酵作⽤。雖
然甲烷氧化作⽤移除了部分源⾃深處微⽣物
作⽤所產⽣的甲烷，然⽽⾼氧化還原梯度造

成淺處⼤量甲烷的⽣成，遠超過甲烷氧化可
移除的能⼒。我們獲得的溶解無機碳濃度及
其碳同位素組成，更顯⽰這些⽣物源甲烷可
能是透過利⽤甲醇或甲胺等甲基化合物途徑
產⽣，並與硫酸還原作⽤共存，與透過有機
物競爭所造成的典型⽣地化分層特徵不同。
利⽤靜態箱法測量，我們發現甲烷通量呈現明顯的潮汐週期性變化。三次跨越冬季、春季和夏季的野外量測顯⽰，甲烷排放通量在退潮後 5 ⾄ 9 ⼩時達到峰值。這個時間窗⼝恰好對應地下氧化還原梯度最陡峭的時期，此時表層好氧、厭氧甲烷氧化作⽤與深層產甲烷作⽤同時活躍，然⽽甲烷產⽣速率超過消耗速率，導致淨排放增加。有趣的是，甲烷通量與溫度並沒有顯著相關性，這與許多溫帶濕地的研究結果不同，但⼆氧化碳通量則與沈積物溫度則呈現⾼度相關。這種現象可能反映了甲烷氧化菌在較⼤深度範圍的廣泛活動，使得表層甲烷濃度梯度趨於平緩，並削弱了溫度對表層甲烷通量的直接影響。

16S rRNA基因定序進⼀步揭⽰了複雜的微⽣物群落結構，沈積物中有相當豐度之古菌與細菌群落，可進⾏厭氧甲烷氧化(ANME-2a-2b、Methylomirabilaceae(NC-10群))、好氧甲烷氧化 (Methylomonadaceae)、甲基化合物產甲烷 (Methanomassiliicoccales、Methanofastidiosales) 等代謝作⽤。表層沈積物的群落組成，於退潮起始期，無論於哪個季節皆⼗分雷同，然⽽在退潮暴露約 3 ⼩時後⾄潮⽔回覆間，則呈現顯著轉變，並與地下群落組成顯著不同。統計分析(PCoA) 顯⽰，退潮後
短時間暴露的表層群落與深層群落明顯不同，且隨著暴露時間延⻑或甲烷培養處理，群落逐漸向⾼甲烷環境類型轉變。⽽好氧甲烷氧化菌的豐度在表層可達總序列的將近 10%，且其比例與甲烷氧化速率呈顯著正相關，

證實了微⽣物群落組成對甲烷循環功能的直接調控。
綜合⽽⾔，本研究突顯了潮汐河⼝濕地與鹽沼、淡⽔濕地或⽔稻⽥的本質差異。週期性海⽔淹沒提供豐富硫酸鹽，⽽退潮的暴露則建立⾼氧化還原梯度，並有利於地下深部甲烷的產⽣與地表⾼甲烷通量的釋放。這樣獨特的⽔文與⽣物地球化學耦合機制，使得亞熱帶潮汐濕地成為顯著的甲烷排放源。隨著全球暖化導致海平⾯上升和⽔文循環改變，這類⽣態系統的溫室氣體排放模式可能發⽣重⼤變化。我們的研究亦顯⽰需要更⾼時間解析度的多⾯向監測，結合地球化學、微⽣物學和通量測量，才能準確預測動態環境下的碳排放情境，為氣候變遷評估提供更可靠的科學基礎。