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Picarro G4301(便攜式溫室氣體分析儀在高海拔地區測定土壤甲烷通量)

發(fā)表時(shí)間:2023-08-07瀏覽量:121

 

 

 

 

甲烷(CH4)是一種強效的溫室氣體,在大氣中的濃度在一定程度上受土壤微生物生理過(guò)程的調節。
 
加拿大埃德蒙頓阿爾伯塔大學(xué)Leanne L. Chai等學(xué)者首次對páramo新熱帶高山區 (哥斯達黎加Chirripó國家公園)的CH4通量進(jìn)行了測量,并考察了這些通量在旱季至雨季期間與地形、土壤濕度和植被的關(guān)系。

 

 

01  儀器配置情況

 

 

 
 

 

1. Picarro G4301 CO2/CH4便攜式高精度氣體分析儀

 

?輕量級、超便攜、低能耗(內置可充電鋰電池,支持最長(cháng)8小時(shí)連續運行)

 

?ppb級高精度(1σ, 5分鐘均值): CO2 < 0.04ppm, CH4 <0.3ppb

 

2.自制呼吸室

 

 

02  實(shí)驗背景與方法

 

圖1.  位于哥斯達黎加Chirripó國家公園內的Conejos研究基地。(A) 研究地點(diǎn)界線(xiàn)和五種土壤剖面的位置(a - e)。(B) 區內共安裝了52個(gè)底座進(jìn)行多次通量測量,包括6組等距底座組合,以研究 páramo 植被的鄰近優(yōu)勢對土壤通量的影響,底座位置用圓圈表示。

 
實(shí)驗于哥斯達黎加Chirripó國家公園的Valle de Los Conejos研究基地內進(jìn)行,樣地平均海拔3480米。
 
根據植被類(lèi)型和地形不同劃分為四個(gè)分區:
(1)草本平原(Grassy Plain);
(2)高植平原 (Tall Chusquea Plain);
(3)矮植斜坡(Short Chusquea Slope);
(4)矮植高原(Short Chusquea Plateau)(圖1)。
 
區內布置52個(gè)內徑5cm呼吸室底座,自制呼吸室高12cm。2018年4月7日至11日連續5天內,每天進(jìn)行兩次土壤通量測量(上午8:30至中午12:00,下午12:30至4:00)。
 
 
 
 
 

 

 

03 實(shí)驗數據分析

 

 

 
圖2. 
(A)四個(gè)試驗區的甲烷通量
(C) 0 - 6cm表層土壤的體積含水量,小寫(xiě)字母表示比較分組。
 
 
實(shí)驗期間獲得CH4通量平均值為−53.1±29.6 (均值±SE)µg CH4-C m−2hr−1(圖2)。
 
其中草本平原區CH4通量最大(-63.9 µg CH4-C m−2hr−1),顯著(zhù)高于高植平原區(-51.2 µg CH4-C m−2hr−1和矮植斜坡區 (-50.8 µg CH4-C m−2hr−1),而矮植高原區CH4通量(-56.6µg CH4-C m−2hr−1)同其他區域通量差異均不顯著(zhù)(圖2)。
 
 
 
 
 
 
3. 土壤CH4通量隨土壤0-6cm含水量的變化規律。(A)所有通量-濕度測量數據擬合圖。(B)將通量-濕度數據根據土壤含水量分為五個(gè)等級擬合圖 (如圖所示,從10到60%);雙向誤差條為標準誤差;多項式擬合描述了明顯的曲線(xiàn)響應;小寫(xiě)字母(a-d)表示根據五個(gè)水分等級劃分的通量顯著(zhù)性分析(P < 0.001)。

 

在高植平原地區的通量測試發(fā)現,Chusquea斑塊中心處通量(-101 µg CH4-C m−2hr−1)要顯著(zhù)高于Chusquea斑塊外側的通量值(-52 µg CH4-C m−2hr−1)。而在矮植斜坡區內的矮 Chusquea植被則完全沒(méi)有這種空間差異(圖7B)。

 
在評估遠離Chusquea植被的空間效應時(shí),在高Chusquea植被(圖4C)和矮Chusquea植被(圖4D)之外的最遠位置發(fā)現了顯著(zhù)的干燥土壤條件。Chusquea植物下的土壤含水量通常比周?chē)圆轂橹鲄^域的土壤高8-9%(圖4C和4D)。
 
同樣地,在對離Chusquea植被中心不同距離處的氣溫、地面溫度(紅外線(xiàn))和土壤溫度進(jìn)行量化后,很明顯,地面溫度比空氣或土壤溫度對植被的存在更敏感。
 
此外,矮Chusquea植被也表現出同樣的定向效應,盡管它并不顯著(zhù)(圖4H)。
 

 

4. (A, B) 甲烷通量 (C, D)土壤體積含水量和(E, F)土壤0-6cm表層溫度、(G, H)地表紅外溫度(I, J)空氣溫度。左側為高Chusquea斑塊平坦區,右側為的矮Chusquea斑塊斜坡區。小寫(xiě)字母表示分組比較是基于Kruskal-Wallis和Dunn檢驗。

 

 

結論

 

 

 
 
páramo地區CH4通量的關(guān)鍵驅動(dòng)因素之一是土壤水分,而土壤水分最終受植被、地形和土壤剖面排水屬性的空間變化調節。
 
通過(guò)對不同土壤和植被分布的研究,揭示了沒(méi)有排水障礙的土層或有Chusquea植被覆蓋地方,與土壤濕潤、透氣少的地方相比,會(huì )更有利甲烷的吸收。
 
該研究是首次對新熱帶高原páramo生態(tài)系統中的甲烷通量進(jìn)行量化研究,表明這些阿爾卑斯地貌總體上充當了大氣中CH4的一個(gè)重要碳匯。
 
這些通量數據提供了中美洲帕拉莫雨季開(kāi)始時(shí)的甲烷吸收率的時(shí)空快照,雨季是該生態(tài)系統中生物物理和生物地球化學(xué)劇烈變化的關(guān)鍵時(shí)期。
 
未來(lái)的研究可以檢驗這些高山景觀(guān)中的CH4通量在暴雨季節是如何響應的,以及當土壤過(guò)于濕潤時(shí),它們是如何轉換成CH4排放源的。

 

 

 

 

 
END

 

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