应用案例

Picarro G2201-i（北半球沼泽地甲烷的生成、排放以及滞后效应以及δ¹³C时空变化）

发表时间：2024-04-17

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甲烷(CH₄)是人为气候变化的三大驱动力之一。其来源包括生物过程和人为过程，其中最重要的自然来源是湿地生态系统。由于气候变化可能影响全球湿地甲烷排放，因此对这些排放背后过程的机制理解至关重要。

沼泽生态系统甲烷排放时空变化的原因尚不完全清楚。然而释放的甲烷的稳定同位素特征可以为这些变化的原因提供线索。我们在一个北半球沼泽地中测量了两个生长季节呼吸叶室的甲烷排放量以及δ¹³C的变化特征来确定沼泽生态系统甲烷的排放。

由于不同CH₄排放源(例如，湿地泥炭地排放、反刍动物、白蚁)的排放CH₄中C同位素具有不同的同位素组成，这种不同同位素组成可以为这些排放的溯源以及形成过程提供线索。CH₄的主要成分碳，有两个稳定的同位素，¹²C和¹³C，分别占自然界碳的98.9%和1.1%。虽然同一元素的不同同位素在化学性质上是相同的，但它们质量的不同导致它们的扩散速率以及许多化学和生物过程的速率不同。这将导致甲烷在甲烷化、甲烷生成或从缺氧泥炭层运输到大气中的同位素比率的差异。

研究人员使用两种方法测量沼泽排放甲烷的δ¹³C值分别是：自动静态呼吸叶室方法和夜间边界层积累(NBLA)方法。利用前者，我们得到了在微观地形尺度上的CH₄排放速率及其δ¹³C值，而利用后者，我们得到了更大面积沼泽中CH₄排放的平均δ¹³C值。甲烷混合比和δ¹³C的所有测量都使用Picarro G2201-i分析仪进行测量。呼吸叶室的测量在欧洲东部时间07:00-19:00(欧洲中部夏季时间)进行，每天每个叶室测量四次，对于呼吸叶室方法，研究人员使用了6个尺寸为44.5×44.5×40.5cm的自动呼吸叶室进行。19:00至07:00之间的时间用夜间边界层积累方法的测量。

本文通过自动静态呼吸叶室方法和夜间边界层积累(NBLA)测量排放CH₄的δ¹³C值，并对CH₄相关微生物群落进行基因组分析，研究了北半球瑞典沼泽CH₄排放速率和δ¹³C值时空变化的驱动因素。尽管海拔差异很小(＜20厘米)，我们观察到两个区域之间的CH₄排放速率和δ¹³C值存在明显的对比，其大小与具有更明显微地形的沼泽相似。根据δ¹³C值与CH₄排放速率的关系，瑞典当地实验场地的沼泽CH₄排放的空间变异性不太可能主要受甲烷作用控制。由于基质可用性的差异而导致的甲烷生成的变化似乎更可能是大多数CH₄排放变化的来源。CH₄排放的季节变化可能受到温度和基质有效性的控制。

文章链接：

https://doi.org/10.5194/bg-19-4331-2022

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陈晓峰应用与售后经理 chenxf@cen-sun.com

高春辉高级应用工程师 gaoch@cen-sun.com