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同位素 | 濕地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征

日期: 2022-05-07
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同位素 | 濕地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征

CO2和CH4排放增加是全球變暖的主要原因(IPCC,2013),人類活動導致大約44%和60%的CO2和CH4排放到大氣中。人類活動如攔河筑壩干擾濕地的結(jié)構(gòu)和功能,引發(fā)大量土壤CO2和CH4排放。然而,目前對濕地水庫CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影響機制知之甚少。


基于此,為了填補研究空白,在本研究中,來自云南大學和中科院武漢植物園的研究團隊在三峽消落區(qū)原位條件下調(diào)查了4個海拔梯度(即不同淹水狀態(tài))(>175 m,160–175 m,145–160 m和<147 m)飽和和排干狀態(tài)下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征,以及相關(guān)的控制因子。他們作出了如下假設(shè):1)由于淹水下優(yōu)勢植物種的轉(zhuǎn)變,土壤條件(例如土壤基質(zhì)質(zhì)量,土壤水分和溫度)的變化將會改變CO2排放以及CO2的δ13C值;2)CH4排放模式及其同位素特征對淹水更敏感,反映了土壤厭氧環(huán)境的增加;3)不同淹水狀態(tài)下(例如飽和和排干狀態(tài)下)將會導致酶表達和微生物屬性的改變,進而極大影響CO2和CH4排放。

同位素 | 濕地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征

圖1 重慶忠縣研究區(qū)位置(a);三峽消落區(qū)采樣地衛(wèi)星圖像及沿海拔梯度詳細的靜態(tài)通量室放置圖(b)。


作者于2017年6-8月測量了土壤/水大氣界面CO2和CH4的交換率。利用ABB LGR CO2同位素分析儀分析CO2的濃度及δ13C,并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析儀分析CH4的濃度及δ13C。


【結(jié)果】

高海拔地區(qū)CO2排放明顯較高,飽和狀態(tài)和排干狀態(tài)之間差異顯著。相比之下,在整個觀測期,高海拔地區(qū)(41.97 μg CH4 m-2 h-1)平均CH4排放量高于低海拔地區(qū)(22.73 μg CH4 m-2 h-1)。從飽和狀態(tài)到排干狀態(tài),低海拔CH4排放降低了90%,在高海拔增加了153%。與低海拔和高地相比,高海拔CH4的δ13C更富集,飽和狀態(tài)比排干狀態(tài)更貧化。作者發(fā)現(xiàn)土壤CO2和CH4排放與土壤基質(zhì)質(zhì)量(例如,C:N)和酶活性密切相關(guān),而CO2和CH4的δ13C值分別主要與根呼吸和產(chǎn)甲烷細菌活性有關(guān)。具體而言,飽和和排干狀態(tài)對土壤CO2和CH4排放的影響強于水庫海拔的影響,從而為評估人類活動對碳中和的影響提供了重要依據(jù)。

同位素 | 濕地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征

不同海拔下土壤CO2排放的周平均值以及整個非淹水期土壤CO2排放量。


同位素 | 濕地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征

不同海拔下CH4排放的周平均值以及整個非淹水期土壤CH4排放量。


同位素 | 濕地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征

非淹水期不同海拔土壤呼吸CO2的δ13C(a)和CH4的δ13C(b)。


同位素 | 濕地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征

土壤飽和和排干狀態(tài)下不同海拔CO2(a)和CH4平均排放量(b)。


同位素 | 濕地土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征

土壤飽和和排干狀態(tài)下不同海拔土壤呼吸CO2的δ13C(a)和CH4的δ13C(b)平均值。


【結(jié)論】

三峽水庫消落區(qū)土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征的變化受周期性淹水的強烈影響,可以確定其CO2和CH4的源/匯強度。與高地相比,消落區(qū)土壤環(huán)境適宜,酶活性較高,土壤基質(zhì)質(zhì)量較低,因此CO2排放量較高。土壤呼吸CO2的δ13C值進一步證實了,基質(zhì)質(zhì)量和酶活性變化是CO2排放的主要貢獻者。隨著高地CH4吸收,消落區(qū)CH4累積排放量從低海拔到高海拔地區(qū)增加?;贑H4的δ13C值,作者得到的初步結(jié)論是飽和狀態(tài)下較高的CH4排放以較強的厭氧環(huán)境中乙酸鹽裂解過程為特征。因此,結(jié)果強調(diào)了攔河筑壩引發(fā)了周期性淹水,導致土壤質(zhì)量、酶表達和微生物利用C的策略,以及甲烷氧化過程的轉(zhuǎn)變,潛在的改變了CO2和CH4排放及其碳同位素特征。


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https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650309820&idx=2&sn=7f8a55c7547af8ca81cda8c57cc85feb&chksm=bee1a84389962155c285bd7b4ed3a8b80b75fc345cd33b8ef85851689eb50545bada7101169f&token=1524960455&lang=zh_CN#rd



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