青藏高原泥炭湿地甲烷的稳定碳同位素组成特征

At present, little is known about CH4 emissions from the alpine peatlands on the eastern Qinghai-Tibetan Plateau (QTP), and CH4 carbon isotope (δ13C-CH4) measurements were urgently needed in this region. By enhancing field monitoring the δ13C-CH4 of these peatlands, we can not only reveal the controlling factors on CH4 from alpine peatlands, and provide a clear CH4 emission inventory of the QTP; but also enrich the means of observation and research, and lay a foundation for applying this technique to the studies of CH4 emission from other peatlands in China. The present application will carry out observation studies on the stable carbon isotopic composition of ground water, pore water, surface water, newly emitted, and discharged atmospheric CH4, to reveal the temporal heterogeneity of the δ13C-CH4 in alpine peatlands on the QTP, and to explore the characteristics of stable carbon isotope fractionation during the processes of CH4 production, transportation and mixing with the atmospheric air. This application will provide not only a new view for the alpine peatland CH4 emission study but also important fundamental data for evaluating the global CH4 budget.

目前，对青藏高原地区的高寒泥炭地CH4排放行为的研究仍然较少，且国内目前没有对这些泥炭地CH4的稳定碳同位素组成（δ13C-CH4）特征进行过相关观测研究。加强对这些泥炭地δ13C-CH4的观测研究，既能揭示高寒泥炭湿地δ13C-CH4的动态变化特征，为我国泥炭湿地CH4排放清单的编制提供基础数据；又能丰富观测研究手段，为今后将这一技术应用于我国其它泥炭湿地CH4排放的研究中积累经验。因此，本申请项目拟在若尔盖地区的红原泥炭地开展对泥炭湿地排放的CH4，地下水、地表水、毛细水CH4以及混合大气CH4的稳定碳同位素组成进行观测研究，以揭示青藏高原高寒泥炭地δ13C-CH4的时间异质性，并进一步研究高寒湿地CH4在产生、运移和与大气混合和过程中的碳同位素分馏特征。本申请项目将能为高寒泥炭湿地的CH4排放研究提供新的方法，并能为准确的CH4排放量估算提供重要基础数据。

泥炭湿地生态系统的碳库是全球土壤碳库的三分之一且与大气进行频繁的温室气体交换，在吸收大气CO2形成碳汇的同时会排放大量的CH4，其CH4排放对全球碳循环和气候变化都有重要的影响。甲烷的稳定碳同位素组成（δ13C-CH4）特征是区分其来源和修正全球及区域尺度CH4清单估算的重要工具。本研究基于对位于青藏高原东缘的红原高寒泥炭湿地的涡度相关法观测及空气样品的δ13C-CH4组成测试结果，研究了红原泥炭湿地δ13C-CH4组成与CH4 排放通量和植被、气候、环境因子之间的关系。主要研究结果如下：（1）青藏高原高寒泥炭湿地的δ13C-CH4组成与CH4 浓度均有明显的昼夜变化特征且浓度与δ13C-CH4组成呈相反的变化趋势，δ13C-CH4值与空气温度呈正相关，与空气湿度呈负相关，与风速、风向和光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation，PAR）没有明显的相关关系；（2）青藏高原泥炭湿地的δ13C-CH4特征值为-71‰，相较于同纬度其他湿地的δ13C-CH4特征值更为偏负，与北欧和北美高纬度地区的信号特征较为接近，表明湿地δ13C-CH4特征值还有海拔效应；（3）发现红原泥炭湿地的CH4排放显著抵消了该生态系统吸收大气CO2带来的降温效应，非生长季的CH4排放对此贡献超过了40%，且其CH4排放的全球增温潜势（Global Warming Potentials，GWP）的有明显的季节动态变化过程。研究结果为我国泥炭湿地生态系统CH4排放动态及其机制解析提供了科学依据。