Picarro 应用系列之甲烷通量测量 -G4301 便携式温室气体分析仪在高海拔地区测定土壤甲烷通量

G4301 便携式温室气体分析仪在高海拔地区测定土壤甲烷通量

     甲烷(CH4)是一种强效的温室气体，在大气中的浓度在一定程度上受土壤微生物生理过

程的调节。加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学Leanne L. Chai 等学者首次对páramo 新热带高

山区(哥斯达黎加Chirripó国家公园)的CH4 通量进行了测量，并考察了这些通量在旱季至

雨季期间与地形、土壤湿度和植被的关系。

仪器配置情况：

1. Picarro G4301 CO2/CH4 便携式高精度气体分析仪

 轻量级、超便携、低能耗（内置可充电锂电池，支持最长8小时连续运行）

 ppb 级高精度（1σ, 5 分钟均值）： CO2 < 0.04ppm, CH4<0.3ppb

2. 自制呼吸室

A、实验背景与方法：

实验于哥斯达黎加Chirripó国家公园的Valle de Los Conejos 研究基地内进行，样地

平均海拔3480 米。根据植被类型和地形不同划分为四个分区：(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)(图1)。区内布置52 个内径5cm 呼吸室底座，自制呼吸室高

12cm。在2018 年4 月7 日至11 日连续5 天内，每天进行两次土壤通量测量(上午8:30

至中午12:00，下午12:30 至4:00)。

B、实验数据分析：

实验期间获得CH4 通量平均值为−53.1±29.6 (均值±SE)μg CH4-C m−2hr−1(图2)。其

中草本平原区CH4 通量最大(-63.9 μg CH4-C m−2hr−1),显著高于高植平原区(-51.2 μg

CH4-C m−2hr−1) 和矮植斜坡区(-50.8 μg CH4-C m−2hr−1)，而矮植高原区CH4 通量

(-56.6μg CH4-C m−2hr−1)同其他区域通量差异均不显著(图2)。

图2.  (A)四个试验区的甲烷通量，(C) 0 - 6cm表层土壤的体积含水量，小写字母表示比较分组

图3.  土壤CH4通量随土壤0-6cm含水量的变化规律。(A)所有通量-湿度测量数据拟合图。(B)将通量-湿度数据根据土壤含水量分为五个等级拟合图 (如图所示，从10到60%);双向误差条为标准误差;多项式拟合描述了明显的曲线响应;小写字母(a-d)表示根据五个水分等级划分的通量显著性分析(P < 0.001)。

       在高植平地区的通量测试发现，Chusquea 斑块中心处通量(-101 μg CH4-C m−2hr

−1)要显著高于Chusquea 斑块外侧的通量值(-52 μg CH4-C m−2hr−1)。而在矮植斜坡区

内的矮Chusquea 植被则完全没有这种空间差异(图7B)。

在评估远离Chusquea 植被的空间效应时，在高Chusquea 植被(图4C)和矮Chusquea 植

被(图4D)之外的最远位置发现了显著的干燥土壤条件。Chusquea 植物下的土壤含水量通

常比周围以草为主区域的土壤高8-9%(图4C 和4D)。同样地，在对离Chusquea 植被中心

不同距离处的气温、地面温度(红外线)和土壤温度进行量化后，很明显，地面温度比空气或

土壤温度对植被的存在更敏感。此外，矮Chusquea 植被也表现出同样的定向效应，尽管

它并不显著(图4H)。

C、结论

páramo 地区CH4 通量的关键驱动因素之一是土壤水分，而土壤水分最终受植被、地

形和土壤剖面排水属性的空间变化调节。通过对不同土壤和植被分布的研究，揭示了没有排

水障碍的土层或有Chusquea 植被覆盖地方，与土壤湿润、透气少的地方相比，会更有利

甲烷的吸收。

该研究是首次对新热带高原páramo 生态系统中的甲烷通量进行量化研究，表明这些

阿尔卑斯地貌总体上充当了大气中CH4 的一个重要碳汇。这些通量数据提供了中美洲帕拉

莫雨季开始时的甲烷吸收率的时空快照，雨季是该生态系统中生物物理和生物地球化学剧烈

变化的关键时期。未来的研究可以检验这些高山景观中的CH4 通量在暴雨季节是如何响应

的，以及当土壤过于湿润时，它们是如何转换成CH4 排放源的。