本次分享一篇由中國科學院生態環境研究中心曲久輝團隊在《Water Research》上發表的一篇學術論文：Overlooked drivers of the greenhouse effect: The nutrient-methane nexus mediated by submerged macrophytes。這篇文章研究了沉水植物（Vallisneria natans）在不同營養條件下對水體和沉積物系統中甲烷排放的影響。具體來說，文章探討了五個方面：1.沉水植物對水質的改善作用：研究了沉水植物在不同營養水平下對水體中溶解氧（DO）、pH值、反應性溶解磷（RSP）等水質參數的影響。2.沉水植物對甲烷排放的影響：通過動態室內實驗，使用動態室方法（DC）來收集和量化由冒泡和擴散過程產生的甲烷排放通量。研究發現，沉水植物的生長和恢復過程加速了溶解氧的消耗，導致產甲烷菌（mcrA基因）數量增加，從而在高營養濃度下提高了甲烷排放通量。3.沉水植物對沉積物中微生物群落的影響：研究了沉水植物添加對沉積物中微生物群落結構和功能的影響。使用高通量測序技術分析了沉積物樣本中的微生物多樣性，并預測了沉積物微生物群落的功能。4.沉水植物對沉積物中營養循環的影響：研究了沉水植物對沉積物中不同形態磷（如松散吸附磷、氧化還原敏感磷等）的影響。5.沉水植物對溫室氣體排放的潛在機制：探討了沉水植物如何通過影響沉積物-水界面的微生物活動和營養循環來影響甲烷的產生和排放。

實驗結果表明，苦草的徑向氧損失（ROL）通過影響產甲烷細菌的mcrA基因，對沉水植物的甲烷（CH₄）排放起著至關重要的作用。然而，與先前的研究報道相反，他們認為甲烷通量和產甲烷菌群落的主要驅動因素是根系附近氧和氮濃度的變化，我們的結構方程模型表明，沉水植物主要通過調節水中的營養水平，特別是溶解有機碳和氮，以及它們對甲烷排放的直接影響，來影響甲烷排放通量（Lu等人，2000年）。此外，我們的結果表明，在不同營養條件下，沉水植物對CH₄排放的影響路徑不同（圖8c、d和圖9）。我們的研究結果對沉水植物修復項目有兩個啟示：（1）在開始沉水植物修復之前，重要的是評估目標區域的水質。水中過量的營養物質可能導致沉水植物的分解（LoSchiavo等人，2013年），這可能導致湖泊甲烷排放量的增加；（2）沉水植物修復可能難以解決水質恢復和CH₄排放之間的緊張關系。因此，迫切需要改進和加強有效的方法和模型，為考慮CH₄排放的沉水植物群落的配置和管理開發更加科學和高效的技術方法。

在這篇文章中，平面光極分析儀（Planar Optode, PO）技術被用來量化沉水植物（Vallisneria natans）根際周圍的溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）分布。智感環境研發的封閉式平面光極（PO2100）和便攜式平面光極（PO1100）提供了一種高分辨率的二維成像方法，能夠直觀地展示沉積物-水界面（Sediment-Water Interface, SWI）中氧的分布情況。