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甲烷(CH4)是人為氣候變化的三大驅(qū)動(dòng)力之一。其來源包括生物過程和人為過程,其中最重要的自然來源是濕地生態(tài)系統(tǒng)。由于氣候變化可能影響全球濕地甲烷排放,因此對(duì)這些排放背后過程的機(jī)制理解至關(guān)重要。
沼澤生態(tài)系統(tǒng)甲烷排放時(shí)空變化的原因尚不完全清楚。然而釋放的甲烷的穩(wěn)定同位素特征可以為這些變化的原因提供線索。我們?cè)谝粋€(gè)北半球沼澤地中測(cè)量了兩個(gè)生長季節(jié)呼吸葉室的甲烷排放量以及δ13C的變化特征來確定沼澤生態(tài)系統(tǒng)甲烷的排放。
由于不同CH4排放源(例如,濕地泥炭地排放、反芻動(dòng)物、白蟻)的排放CH4中C同位素具有不同的同位素組成,這種不同同位素組成可以為這些排放的溯源以及形成過程提供線索。CH4的主要成分碳,有兩個(gè)穩(wěn)定的同位素,12C和13C,分別占自然界碳的98.9%和1.1%。雖然同一元素的不同同位素在化學(xué)性質(zhì)上是相同的,但它們質(zhì)量的不同導(dǎo)致它們的擴(kuò)散速率以及許多化學(xué)和生物過程的速率不同。這將導(dǎo)致甲烷在甲烷化、甲烷生成或從缺氧泥炭層運(yùn)輸?shù)酱髿庵械耐凰乇嚷实牟町悺?/p>
研究人員使用兩種方法測(cè)量沼澤排放甲烷的δ13C值分別是:自動(dòng)靜態(tài)呼吸葉室方法和夜間邊界層積累(NBLA)方法。利用前者,我們得到了在微觀地形尺度上的CH4排放速率及其δ13C值,而利用后者,我們得到了更大面積沼澤中CH4排放的平均δ13C值。甲烷混合比和δ13C的所有測(cè)量都使用Picarro G2201-i分析儀進(jìn)行測(cè)量。呼吸葉室的測(cè)量在歐洲東部時(shí)間07:00-19:00(歐洲中部夏季時(shí)間)進(jìn)行,每天每個(gè)葉室測(cè)量四次,對(duì)于呼吸葉室方法,研究人員使用了6個(gè)尺寸為44.5×44.5×40.5cm的自動(dòng)呼吸葉室進(jìn)行。19:00至07:00之間的時(shí)間用夜間邊界層積累方法的測(cè)量。
本文通過自動(dòng)靜態(tài)呼吸葉室方法和夜間邊界層積累(NBLA)測(cè)量排放CH4的δ13C值,并對(duì)CH4相關(guān)微生物群落進(jìn)行基因組分析,研究了北半球瑞典沼澤CH4排放速率和δ13C值時(shí)空變化的驅(qū)動(dòng)因素。盡管海拔差異很小(<20厘米),我們觀察到兩個(gè)區(qū)域之間的CH4排放速率和δ13C值存在明顯的對(duì)比,其大小與具有更明顯微地形的沼澤相似。根據(jù)δ13C值與CH4排放速率的關(guān)系,瑞典當(dāng)?shù)貙?shí)驗(yàn)場(chǎng)地的沼澤CH4排放的空間變異性不太可能主要受甲烷作用控制。由于基質(zhì)可用性的差異而導(dǎo)致的甲烷生成的變化似乎更可能是大多數(shù)CH4排放變化的來源。CH4排放的季節(jié)變化可能受到溫度和基質(zhì)有效性的控制。
文章鏈接:
https://doi.org/10.5194/bg-19-4331-2022
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