青藏高原中部热融湖塘甲烷排放及产甲烷影响因素
在全球变暖的背景下，多年冻土正在加速退化，多年冻土退化后会导致热喀斯特地貌的形成，其中热融湖塘就是较为常见的热喀斯特地貌。热融湖塘形成后导致原本储存在多年冻土中的有机碳被释放出来，加速甲烷的排放，影响着区域内的碳循环。青藏高原多年冻土区热融湖塘分布广泛，然而关于热融湖塘甲烷的排放过程及影响因素尚不清楚。本研究以青藏高原中部地区青藏公路G109国道沿线的42个热融湖塘为研究对象，通过野外实地监测、室内培养实验等手段，对比不同植被类型下冰封期、融冰期、无冰期和结冰期热融湖塘甲烷气体浓度和通量差异，探究湖塘底泥产甲烷潜力及主控因素，厘清不同碳源输入对湖塘底泥产甲烷潜力的影响。本研究的主要结果如下： （1）青藏高原中部热融湖塘水体溶解的甲烷浓度及扩散通量在冰封期、融冰期、无冰期和结冰期存在显著差异。溶解的甲烷浓度满足冰封期(42.67±57.77μmol/L)gt;融冰期(6.50±13.65 μmol/L)gt;结冰期(3.41±7.47 μmol/L)gt;无冰期(2.03± 2.83 μmol/L)，冰封期湖塘水体溶解的甲烷浓度显著高于其他三个时期。甲烷扩散通量在融冰期(32.03±69.11 mmol·m-2·d-1)gt;结冰期(10.65±20.49 mmol·m-2·d-1)gt;无冰期(3.48±5.09 mmol·m-2·d-1)，表明融冰期和结冰期是热融湖塘甲烷排放的热点时期。 （2）青藏高原中部不同植被类型下热融湖塘底泥的产甲烷速率存在差异，且底泥有机碳含量是主要影响因素。5℃下不同植被类型下热融湖塘累积产甲烷量格局：高寒沼泽草甸类型湖塘(17.42±30.86 μg·g-1dw)＞高寒草甸类型湖塘(0.15±0.12 μg·g-1dw)＞高寒草原类型湖塘(0.08±0.05 μg·g-1dw)＞高寒荒漠类型湖塘(0.010±0.001 μg·g-1dw)，表明随着植被生长变好，湖塘底泥的产甲烷速率也升高。而温度的升高也显著促进产甲烷过程，且满足与5℃下相同的规律，其中以高寒草甸类型的热融湖塘对升温最为敏感。通过相关性分析和逐步回归等方法，发现底泥有机碳、总氮是底泥产甲烷过程的主控因素。 （3）湖塘底泥培养和控制实验表明，外源碳的输入能够促进其产甲烷过程且外源碳直接促进作用强于外源碳刺激铁结合碳释放的间接促进作用。热融湖塘底泥中铁结合碳平均含量为13.00%，其中高寒沼泽草甸类型的热融湖塘的平均铁结合碳含量为10.41%；高寒草甸类型的热融湖塘的平均铁结合碳含量为15.56%。无论是被底泥微生物直接利用的碳源的醋酸钠还是作为破坏铁结合碳结构碳源的草酸，均促进了热融湖塘底泥甲烷的生成，直接促进作用的醋酸钠碳源使得5℃和15℃下的最终甲烷累计产量分别增大约14倍和29倍，间接促进作用的草酸碳源使得5℃和15℃下的最终甲烷累计产量分别增大约2倍和5倍，醋酸钠的直接促进作用要强于草酸的间接促进作用。 本研究明确了热融湖塘在冰封期、融冰期、无冰期和结冰期水体溶解的甲烷浓度和通量特征，探究了影响热融湖塘底泥的产甲烷速率及其影响因素，同时也探究了外源碳输入对热融湖塘底泥产甲烷的影响。研究结果将提高对青藏高原热融湖塘碳循环过程的认识，为多年冻土碳反馈和气候变化预估提供重要基础数据。
气候变化;热融湖塘;水体溶解;甲烷排放;产甲烷速率
兰州大学
硕士
环境科学与工程
鲁霞
2023
中文
X16
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）