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稳定同位素碳13示踪法研究稻田甲烷平衡:水稻土甲烷厌氧氧化与生成的温度敏感性在全球变暖背景下对甲烷平衡的影响

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2021-12-29 10:21:00【

研究背景

全球CH4预算是基于CH4生成(methanogenesis)和CH4氧化(好氧和厌氧)之间的敏感性平衡。然而,气候变暖对这些过程的响应无法量化。这在很大程度上反映了当下对CH4厌氧氧化(AOM),这一土壤中普遍存在(ubiquitous)的过程,的温度敏感性(Q10)缺乏了解。


研究方案

作者基于13CH4标记培养实验,分别测定了5、20和35℃下水稻土中AOM和产甲烷的速率、Q10和活化能(activation energy),并结合筛选分析截至2021年04月发表的相关文献,对稻田产甲烷和甲烷氧化进行了对比分析。


研究结果

AOM和产甲烷速率随温度呈指数增长,AOM速率显著低于产甲烷率。AOM的活化能和Q10从5-20°C到20-35°C显著下降,这说明AOM是一个高度依赖温度的微生物过程。尽管如此,AOM和产甲烷的Q10在5-35°C时相似,这说明水稻土中AOM和产甲烷的温度依赖性相当(comparable)。

28天的培养实验中,AOM的 Q10的持续增加反映了电子受体根据其热力学效率(thermodynamic efficiency)的连续利用。活化能每增加3.2 kJ mol-1,AOM的 Q10的基本常数(basic constant)计为0.1个单位。作者估计,在全球范围内水稻土中的AOM每年消耗2.2-5.5 Tg CH4。综合考虑本研究以及前任发表的相关文献的结果,陆地AOM消耗的CH4总量约占CH4总产量的30%。