Tidal salt marshes produce and emit CH4 . Therefore, it is critical to understand the biogeochemical controls that regulate CH4 spatial and temporal dynamics in wetlands. The prevailing paradigm assumes that acetoclastic methanogenesis is the dominant pathway for CH4 production, and higher salinity concentrations inhibit CH4 production in salt marshes. Recent evidence shows that CH4 is produced within salt marshes via methylotrophic methanogenesis, a process not inhibited by sulfate reduction. To further explore this conundrum, we performed measurements of soil-atmosphere CH4 and CO2 fluxes coupled with depth profiles of soil CH4 and CO2 pore water gas concentrations, stable and radioisotopes, pore water chemistry, and microbial community composition to assess CH4 production and fate within a temperate tidal salt marsh. We found unexpectedly high CH4 concentrations up to 145,000 μmol mol-1 positively correlated with S2- (salinity range: 6.6-14.5 ppt). Despite large CH4 production within the soil, soil-atmosphere CH4 fluxes were low but with higher emissions and extreme variability during plant senescence (84.3 ± 684.4 nmol m-2 s-1 ). CH4 and CO2 within the soil pore water were produced from young carbon, with most Δ14 C-CH4 and Δ14 C-CO2 values at or above modern. We found evidence that CH4 within soils was produced by methylotrophic and hydrogenotrophic methanogenesis. Several pathways exist after CH4 is produced, including diffusion into the atmosphere, CH4 oxidation, and lateral export to adjacent tidal creeks; the latter being the most likely dominant flux. Our findings demonstrate that CH4 production and fluxes are biogeochemically heterogeneous, with multiple processes and pathways that can co-occur and vary in importance over the year. This study highlights the potential for high CH4 production, the need to understand the underlying biogeochemical controls, and the challenges of evaluating CH4 budgets and blue carbon in salt marshes.
Las marismas salinas producen y emiten CH4 . Por lo tanto, es esencial comprender los controles biogeoquímicos que regulan la dinámica espacial y temporal del CH4 en estos humedales. El paradigma predominante asume que la metanogénesis acetoclástica es la vía dominante para la producción de CH4 y que altas concentraciones de salinidad inhiben la producción de CH4 en estos ecosistemas. Hay evidencia que el CH4 se produce las marismas salinas a través de la metanogénesis metilotrófica, un proceso no inhibido por la reducción del sulfato. Para explorar esta paradoja, realizamos mediciones de los flujos de CH4 y CO2 del suelo a la atmósfera junto con perfiles de concentraciones de CH4 y CO2 en el suelo, isótopos estables y radioisótopos, química del agua y composición de la comunidad microbiana para evaluar la producción y el destino del CH4 en una marisma salina templada. Encontramos concentraciones de CH4 sorprendentemente altas de hasta 145,000 μmol mol−1 correlacionadas positivamente con S2− (rango de salinidad: 6.6 a 14.5 ppt). A pesar de la gran producción de CH4 en el suelo, los flujos de CH4 del suelo a la atmósfera fueron bajos, pero con mayores emisiones y variabilidad extrema durante la época de senescencia de las plantas (84.3 ± 684.4 nmol m−2 s−1 ). El CH4 y el CO2 en el suelo se produjeron a partir de carbono joven, con la mayoría de los valores Δ14 C-CH4 y Δ14 C-CO2 en o por encima de valores modernos. Encontramos evidencia de que el CH4 en los suelos fue producido por metanogénesis metilotrófica e hidrogenotrófica. Existen varias vías que el CH4 producido sigue, incluida la difusión hacia la atmósfera, la oxidación del CH4 y la exportación lateral a arroyos adyacentes a la marisma; siendo este último el flujo dominante más probable. Nuestros hallazgos demuestran que la producción y los flujos de CH4 son biogeoquímicamente heterogéneos, con múltiples procesos y vías que pueden coexistir y variar en importancia a lo largo del año. Este estudio destaca el potencial de alta producción de CH4 , la necesidad de comprender los controles biogeoquímicos de la producción de CH4 y los retos que existen para evaluar las reservas de CH4 y el carbono azul en marismas salinas.
Keywords: blue carbon; carbon cycling; fluxes; methane; radiocarbon; salt marsh.
© 2023 The Authors. Global Change Biology published by John Wiley & Sons Ltd.