Abstract The current paradigm, widely incorporated in soil biogeochemical models, is that microbial methanogenesis can only occur in anoxic habitats. In contrast, here we show clear geochemical and biological evidence for methane production in well-oxygenated soils of a freshwater wetland. A comparison of oxic to anoxic soils reveal up to ten times greater methane production and nine times more methanogenesis activity in oxygenated soils. Metagenomic and metatranscriptomic sequencing recover the first near-complete genomes for a novel methanogen species, and show acetoclastic production from this organism was the dominant methanogenesis pathway in oxygenated soils. This organism, Candidatus Methanothrix paradoxum, is prevalent across methane emitting ecosystems, suggesting a global significance. Moreover, in this wetland, we estimate that up to 80% of methane fluxes could be attributed to methanogenesis in oxygenated soils. Together, our findings challenge a widely held assumption about methanogenesis, with significant ramifications for global methane estimates and Earth system modeling.

Abstract This paper describes the formation of, and initial results for, a new FLUXNET coordination network for ecosystem-scale methane (CH 4 ) measurements at 60 sites globally, organized by the Global Carbon Project in partnership with other initiatives and regional flux tower networks. The objectives of the effort are presented along with an overview of the coverage of eddy covariance (EC) CH 4 flux measurements globally, initial results comparing CH 4 fluxes across the sites, and future research directions and needs. Annual estimates of net CH 4 fluxes across sites ranged from −0.2 ± 0.02 g C m –2 yr –1 for an upland forest site to 114.9 ± 13.4 g C m –2 yr –1 for an estuarine freshwater marsh, with fluxes exceeding 40 g C m –2 yr –1 at multiple sites. Average annual soil and air temperatures were found to be the strongest predictor of annual CH 4 flux across wetland sites globally. Water table position was positively correlated with annual CH 4 emissions, although only for wetland sites that were not consistently inundated throughout the year. The ratio of annual CH 4 fluxes to ecosystem respiration increased significantly with mean site temperature. Uncertainties in annual CH 4 estimates due to gap-filling and random errors were on average ±1.6 g C m –2 yr –1 at 95% confidence, with the relative error decreasing exponentially with increasing flux magnitude across sites. Through the analysis and synthesis of a growing EC CH 4 flux database, the controls on ecosystem CH 4 fluxes can be better understood, used to inform and validate Earth system models, and reconcile differences between land surface model- and atmospheric-based estimates of CH 4 emissions.

Accounting for only 8% of Earth's land coverage, freshwater wetlands remain the foremost contributor to global methane emissions. Yet the microorganisms and processes underlying methane emissions from wetland soils remain poorly understood. Over a five-year period, we surveyed the microbial membership and in situ methane measurements from over 700 samples in one of the most prolific methane-emitting wetlands in the United States. We constructed a catalog of 2,502 metagenome-assembled genomes (MAGs), with nearly half of the 72 bacterial and archaeal phyla sampled containing novel lineages. Integration of these data with 133 soil metatranscriptomes provided a genome-resolved view of the biogeochemical specialization and versatility expressed in wetland soils. Centimeter-scale depth differences best explained patterns of microbial community structure and transcribed functionalities, even more so than land coverage or temporal information. Moreover, while extended flooding restructured soil redox, this perturbation failed to reconfigure the transcriptional profiles of methane cycling microorganisms, contrasting with theoretical expected responses to hydrological perturbations. Co-expression analyses coupled to depth resolved methane measurements exposed the metabolisms and trophic structures most predictive of methane hotspots. This compendium of biogeochemically-classified genomes and their spatiotemporal transcriptional patterns begins to untangle the microbial carbon, energy and nutrient processing contributing to soil methane production.

We measured continuous CO2, CH4, and H2O fluxes in an artificial inland salt marsh created in 2008 on a soda ash production settling basin ("Solvay waste") in Camillus, New York, using the eddy covariance method over the 2019 and 2020 growing seasons and compared our results to data gathered shortly after the wetland was created, between 2011 and 2013. We found that wintertime flux measurements indicated a net accumulation of water, while growing season measurements indicated a net loss of water. We synthesized our temporally disjointed measurements into a single composite year, where we found 18% greater evapotranspiration than precipitation on an annual basis. We found similar results for carbon, with a net loss of carbon from the site in winter while the summer served as a moderate sink for carbon. When we synthesized the data into a single composite year, we found that the site was a slight carbon sink annually of about 50 gC m−2. We also investigated CH4 fluxes at the site but found that they were only 0.05% of the magnitude of CO2 fluxes when we had observations, indicating only marginal vertical exchange. Overall, CH4 contributed very little to the site's carbon or warming budgets. Finally, we investigated the ecosystem drivers of CO2, H2O, and CH4. We found that carbon fluxes and water fluxes were highly correlated, indicating that the water fluxes were largely driven by vegetative processes. The drivers of carbon and water flux shifted only slightly from 2011/2013 to 2019/2020, possibly indicating a maturing of the vegetation cover in the wetland site.