由於土地利用和氣候變化，全球的湖泊和水庫的底水中氧氣濃度大幅下降。有據可查的是，低氧含量對魚類和水質有不利影響，但對於這些條件如何影響淡水中二氧化碳和甲烷的濃度知之甚少。

二氧化碳和甲烷是可以在地球大氣中發現的碳的主要形式。這兩種氣體在一定程度上是造成溫室效應的原因，這一過程會增加全球氣溫。甲烷的溫室效應比二氧化碳強34倍，因此，瞭解湖泊和水庫中的低氧水平如何影響二氧化碳和甲烷對全球變暖具有重要意義。

到目前為止，研究人員還沒有來自整個生態系統規模的任何經驗資料來確切地說出氧氣的變化如何影響這兩種溫室氣體。

“我們發現低氧水平使甲烷濃度在整個生態系統範圍內增加了15到800倍，”科學學院生物科學系的博士後研究員Alexandria Hounshell說。“我們的工作表明，湖泊和水庫底部水域中的低氧含量可能會使這些生態系統的全球變暖潛力增加大約一個數量級。”

弗吉尼亞理工大學的研究人員剛剛在《影響科學和海洋學快報》上的一篇高影響力論文中發表了這些發現。

為了確定氧氣和甲烷濃度之間的相關性，研究人員在羅阿諾克（Roanoke）以外的兩個儲層中進行了磨練。與西弗吉尼亞水務局合作，研究小組在福林克裡克水庫（Falling Creek Reservoir）中運行了一個氧化系統，該系統將氧氣泵入底水，並允許研究人員在整個生態系統範圍內研究氧氣濃度。透過監視Beaverdam水庫（上游沒有氧氣系統的水庫），他們能夠比較兩個水庫底部水中的溫室氣體濃度。他們進行了三年的實驗，以觀察他們的發現在一段時間內的一致性。

全球科學系副教授，生物科學副教授Cayelan Carey說：“在這些水庫的底水中沒有氧氣的情況下，甲烷的含量要高得多；而無論氧氣的含量如何，二氧化碳的含量都是相同的。”變更中心。“在低氧水平下，我們的工作表明，您將獲得更高的甲烷產量，這將在未來導致更多的全球變暖。”

這項研究是在整個生態系統規模上進行實驗性測試的第一批研究，其中不同的氧氣水平如何影響溫室氣體。從邏輯上講，由於整個生態系統的複雜性和許多可移動的部分，要對其進行操作極具挑戰性。即使科學家可以使用計算機建模和實驗室實驗，也沒有什麼比真實的東西更確定。

“我們能夠用時間代替空間，因為我們擁有這兩個儲層，我們可以對其進行操作和對比，以觀察隨著較低的底部水氧含量變得越來越普遍的未來情況。我們可以這樣說：可以肯定的是，隨著氧氣含量的降低，我們將看到這些湖泊成為更大的甲烷排放者。”

根據Hounshell的說法，其結果的優勢在於該研究在多年中的廣泛發展。儘管在過去的三年中存在各種氣象條件，但該研究確認，無論氣溫如何，每年在低氧條件下甲烷濃度始終持續高得多。

最終，這項研究對於研究人員和公眾如何思考未來的淡水生態系統如何產生溫室氣體至關重要。隨著世界各地湖泊和水庫中低氧濃度的增加，這些生態系統將來會產生更高濃度的甲烷，從而導致全球變暖加劇。

當然，這些生態變化不僅發生在羅阿諾克地區。在全球範圍內，許多研究都指出了改變陸地和海洋生態系統中的碳迴圈。然而，這項研究是解決湖泊和水庫中經常出現在碳預算中而被忽略的現象的少數幾個研究之一。這項研究將填補這些知識空白，並聚焦於我們作為公民解決這一問題所能做的事情。

這項研究表明，當湖泊開始成為大型甲烷生產商時，從一開始就防止湖泊中的氧氣濃度過低可能會進一步阻止其達到臨界點。小小的決定會加起來。例如，減少流入湖泊和水庫的徑流可以防止其底水中的氧氣消耗。霍恩殼說：“不要在草坪上放一噸肥料，對使用多少肥料以及如何使用它要有戰略意義。”

溫室氣體只是儲層如何在全球碳迴圈中發揮作用的一小部分。目前，研究小組正在進行後續的氧氣處理研究，以闡明其他有助於生態系統變化的成分。他們將繼續監視兩個羅阿諾克水庫中的氧氣操作，以瞭解該水庫如何長期影響生態系統。