青藏高原热融湖塘甲烷生成和厌氧甲烷氧化的温度敏感性

更新时间：2024-01-11 点击次数：675

摘要

了解甲烷（CH₄）产生（甲烷生成）及其氧化之间的平衡对于预测全球变暖下热融湖塘的碳排放非常重要。然而，热融湖塘甲烷生成和甲烷厌氧氧化（AOM）对气候变暖的响应，特别是在青藏高原（QTP）地区，仍然没有量化。在本研究中，从QTP不同植被类型收集了11个热融湖塘沉积物：包括高寒荒漠（AD）、高寒草原（AS）、高寒草甸（AM）和高寒沼泽草甸（ASM）。结果表明，甲烷生成和AOM速率随温度呈指数增长，而甲烷生成的温度敏感性（Q10，甲烷生成的平均Q10值和AOM值分别为0.69–30和0.54–16.9）大于AOM，但不显著，表明热融湖塘沉积物中甲烷生成和AOM对温度具有相似的依赖性。ASM中的热融湖塘沉积物具有较高的产甲烷和厌氧氧化潜力，与其较高的NDVI以及产甲烷菌和SBM（与产甲烷菌共养细菌）的相对丰度相匹配。尽管热融湖塘沉积物AOM消耗了甲烷总产量的15 %–27.8 %，但因热融湖塘沉积物中的AOM速率低于甲烷生成速率，因此，不能抵消厌氧条件下甲烷产量的增加。在全球变暖的情况下，热融湖塘沉积物中甲烷产量的增加可能会导致更高的排放量。这些发现表明热融湖塘沉积物中的甲烷生成和AOM对气候变化很敏感。在预测全球变暖背景下，热融湖塘的碳循环时，模型应考虑甲烷生成和AOM的Q10值以及植被类型。

研究目的

探讨青藏高原热融湖塘沉积物中甲烷生成和厌氧氧化甲烷（AOM）对气候变暖的响应，以及周围植被类型的影响。

研究方法

采集了11个热融湖塘的沉积物样品，分析了不同温度下的甲烷浓度和产生速率，以及环境变量和微生物组成。

Picarro仪器的使用

本文使用Picarro G2201-i测量孵化瓶顶空的甲烷和二氧化碳的浓度和同位素组成。该仪器的数据有助于计算甲烷生成和AOM的速率和活化，以及这些过程中的碳同位素分馏。

与Picarro G2201-i仪器相关的图表有以下几个：

图2：展示了11个热融湖塘沉积物中甲烷浓度随温度变化的曲线，以及不同温度下的δ¹³C-CO₂值。

图3：展示了11个热融湖塘沉积物中甲烷生成和厌氧氧化甲烷（AOM）的速率随温度变化的曲线，不同温度下的甲烷生成和AOM的速率及不同植被类型Q10值。

图2与图3（下图）展示了热融湖塘沉积物中甲烷生成和厌氧氧化甲烷（AOM）的速率与孵化温度之间的关系。主要观察结果包括：

随着温度的升高，甲烷生成和AOM的速率呈指数增加，表明这两个过程都依赖于温度。

所有沉积物中的甲烷生成速率都高于AOM的速率，这表明AOM不能完全消耗甲烷生成过程产生的CH₄。

甲烷生成和AOM的Q10值在不同的植被类型中有所不同，其中高寒沼泽草甸（ASM）的值最高，高寒荒漠（AD）的值最低。这意味着热融湖塘周边植被类型间接影响了甲烷生成和AOM的温度敏感性。

结果表明，甲烷生成和厌氧氧化甲烷的速率都随着温度的升高而指数增加，而且高寒沼泽草甸的湖泊沉积物具有最高的甲烷生成和厌氧氧化甲烷的潜力。这说明了热融湖塘沉积物中的甲烷循环对气候变化的敏感性，以及植被类型对甲烷循环的影响。

研究结论

甲烷生成和AOM的速率随温度呈指数增加，但温度敏感性（Q10）没有显著差异，表明热融湖塘沉积物中甲烷生成和AOM有相似的温度依赖性。沼泽草甸（ASM）的热塌陷湖沉积物有更高的甲烷生成和AOM潜力，与其更高的植被指数（NDVI），产甲烷菌和共生细菌（SBM）的相对丰度相一致。虽然AOM消耗了甲烷总产量的15% – 27.8%，但AOM的速率低于甲烷生成，无法抵消厌氧条件下甲烷产量的增加。