青藏高原熱融湖塘甲烷生成和厭氧甲烷氧化的溫度敏感性

更新時間：2024-01-11 點擊次數：387

摘要

了解甲烷（CH₄）產生（甲烷生成）及其氧化之間的平衡對于預測全球變暖下熱融湖塘的碳排放非常重要。然而，熱融湖塘甲烷生成和甲烷厭氧氧化（AOM）對氣候變暖的響應，特別是在青藏高原（QTP）地區，仍然沒有量化。在本研究中，從QTP不同植被類型收集了11個熱融湖塘沉積物：包括高寒荒漠（AD）、高寒草原（AS）、高寒草甸（AM）和高寒沼澤草甸（ASM）。結果表明，甲烷生成和AOM速率隨溫度呈指數增長，而甲烷生成的溫度敏感性（Q10，甲烷生成的平均Q10值和AOM值分別為0.69–30和0.54–16.9）大于AOM，但不顯著，表明熱融湖塘沉積物中甲烷生成和AOM對溫度具有相似的依賴性。ASM中的熱融湖塘沉積物具有較高的產甲烷和厭氧氧化潛力，與其較高的NDVI以及產甲烷菌和SBM（與產甲烷菌共養細菌）的相對豐度相匹配。盡管熱融湖塘沉積物AOM消耗了甲烷總產量的15?%–27.8?%，但因熱融湖塘沉積物中的AOM速率低于甲烷生成速率，因此，不能抵消厭氧條件下甲烷產量的增加。在全球變暖的情況下，熱融湖塘沉積物中甲烷產量的增加可能會導致更高的排放量。這些發現表明熱融湖塘沉積物中的甲烷生成和AOM對氣候變化很敏感。在預測全球變暖背景下，熱融湖塘的碳循環時，模型應考慮甲烷生成和AOM的Q10值以及植被類型。

研究目的

探討青藏高原熱融湖塘沉積物中甲烷生成和厭氧氧化甲烷（AOM）對氣候變暖的響應，以及周圍植被類型的影響。

研究方法

采集了11個熱融湖塘的沉積物樣品，分析了不同溫度下的甲烷濃度和產生速率，以及環境變量和微生物組成。

Picarro儀器的使用

本文使用Picarro G2201-i測量孵化瓶頂空的甲烷和二氧化碳的濃度和同位素組成。該儀器的數據有助于計算甲烷生成和AOM的速率和活化，以及這些過程中的碳同位素分餾。

與Picarro G2201-i儀器相關的圖表有以下幾個：

圖2：展示了11個熱融湖塘沉積物中甲烷濃度隨溫度變化的曲線，以及不同溫度下的δ¹³C-CO₂值。

圖3：展示了11個熱融湖塘沉積物中甲烷生成和厭氧氧化甲烷（AOM）的速率隨溫度變化的曲線，不同溫度下的甲烷生成和AOM的速率及不同植被類型Q10值。

圖2與圖3（下圖）展示了熱融湖塘沉積物中甲烷生成和厭氧氧化甲烷（AOM）的速率與孵化溫度之間的關系。主要觀察結果包括：

隨著溫度的升高，甲烷生成和AOM的速率呈指數增加，表明這兩個過程都依賴于溫度。

所有沉積物中的甲烷生成速率都高于AOM的速率，這表明AOM不能完全消耗甲烷生成過程產生的CH₄。

甲烷生成和AOM的Q10值在不同的植被類型中有所不同，其中高寒沼澤草甸（ASM）的值最高，高寒荒漠（AD）的值最低。這意味著熱融湖塘周邊植被類型間接影響了甲烷生成和AOM的溫度敏感性。

結果表明，甲烷生成和厭氧氧化甲烷的速率都隨著溫度的升高而指數增加，而且高寒沼澤草甸的湖泊沉積物具有最高的甲烷生成和厭氧氧化甲烷的潛力。這說明了熱融湖塘沉積物中的甲烷循環對氣候變化的敏感性，以及植被類型對甲烷循環的影響。

研究結論

甲烷生成和AOM的速率隨溫度呈指數增加，但溫度敏感性（Q10）沒有顯著差異，表明熱融湖塘沉積物中甲烷生成和AOM有相似的溫度依賴性。沼澤草甸（ASM）的熱塌陷湖沉積物有更高的甲烷生成和AOM潛力，與其更高的植被指數（NDVI），產甲烷菌和共生細菌（SBM）的相對豐度相一致。雖然AOM消耗了甲烷總產量的15% – 27.8%，但AOM的速率低于甲烷生成，無法抵消厭氧條件下甲烷產量的增加。