冻融事件调节下的小型城市湿地水体甲烷（CH4）排放是全球碳预算中重要但尚未充分量化的部分。新兴的甲烷团簇同位素（Δ13CH3D 和Δ12CH2D2）和放射性同位素（Δ14C-CH4）手段为理解冻-融过程中甲烷循环提供了新的见解。
温室气体从内陆水体排放至大气，是全球变暖的重要驱动因素之一。季节性冻融事件作为温带与寒区城市水体的典型过程，其对甲烷（CH4）产生、转化与排放的影响机制尚不明确。近期，我院研究团队结合水地球化学调查、稳定同位素、团簇同位素及放射性碳同位素等多种同位素手段，系统揭示了城市水体在冻融过程中甲烷生物地球化学循环模式。
研究发现，冻融过程显著改变甲烷排放途径与通量，冻融事件加速了城市静水系统中温室气体的损失和排放。在冻融过程中，产甲烷作用增强，增温潜势大幅提升，而氧化过程是限制甲烷积累的重要机制，凸显其在城市水体碳排放评估中的重要性。基于同位素证据，研究进一步明确了乙酸发酵型产甲烷途径在城市小型水体冻融期间占主导地位。冻融过程引发酶反应可逆性变化，导致明显团簇同位素动力学同位素分馏，而放射性同位素证据表明基质可用性与碳转化间的耦合关系。
本研究首次结合多同位素体系揭示了城市水体冻融过程中甲烷循环的动态机制与碳源年龄演化特征，不仅深化了对季节性环境变化下温室气体排放过程的理解，也为城市水体碳管理及未来气候模型预测提供了关键数据与方法支持。相关成果发表在Nature Index期刊《Water Research》，天津大学地球系统科学学院2025届硕士毕业生韩佳旭为论文第一作者，王欣楚博士为通讯作者，李思亮教授、冉立山教授、Robert Mark Ellam教授共同指导了工作开展，合作者来自香港大学、格拉斯哥大学等。研究得到国家自然科学基金（42221001; 42503042; 42494824; 42293262; 42250710153）和中国博士后科学基金等项目的资助。
图1.文章摘要图
图2.团簇同位素及放射性碳同位素变化图
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.125200
