part.01
摘要
甲烷是一種重要的溫室氣體，其溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)率僅低于co2和水汽。海洋是全球尺度上重要的碳庫，水中微生物對(duì)甲烷的氧化作用是控制海洋溶解甲烷釋放到大氣中的重要手段。其氧化速率對(duì)全球碳循環(huán)、溫室氣體研究有重要意義。
uhilig和loose探索了使用穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)來量化北極海水樣品中甲烷氧化速率的方法。使用picarro g2201-i光腔衰蕩光譜儀（co2、ch4濃度及同位素分析儀）測(cè)定了多層鋁箔培養(yǎng)袋中頂空氣甲烷濃度和同位素比率。甲烷質(zhì)量平衡和穩(wěn)定同位素比值的變化是甲烷氧化過程相互獨(dú)立的制約因素。結(jié)果顯示基于兩種獨(dú)立因素計(jì)算的甲烷氧化速率趨勢(shì)一致。
part.02
試驗(yàn)方法
01
多層鋁箔氣體采樣袋
①氣袋1l容積，配有一個(gè)聚丙烯組合閥和隔墊。
②試驗(yàn)采集海水大概0.8l，頂空0.1l。
02
甲烷濃度和同位素比值的測(cè)量
①分析儀主機(jī)采用picarro g2201-i搭配ssim小樣品進(jìn)樣模塊；
②主機(jī)測(cè)量甲烷確保量程1.8~500ppm，如果濃度過高可使用稀釋模式；
③實(shí)際進(jìn)樣量0.02ml~10ml；
④氣體樣品導(dǎo)入ssim模塊前進(jìn)行干燥除水。
03
數(shù)據(jù)校正
①校正周期：一般24h，最長(zhǎng)間隔31h。
②標(biāo)氣d13c-ch4 范圍：-23.9‰ ~ -66.5‰。
③ch4濃度>1.8ppm時(shí)，dch4精度是0.62‰
ch4<1.8ppm時(shí) dch4精度是1.8‰，見上圖c。
04
培養(yǎng)試驗(yàn)
①多層鋁箔樣袋原位采集~0.8l海水（無氣泡），打入0.1l零空氣，同時(shí)打入標(biāo)記的甲烷氣體（形成濃度梯度和同位素比值梯度）。
②0℃避光保存12天（不同試驗(yàn)處理）
③對(duì)照試驗(yàn)中加入naoh溶液殺死微生物。
④采氣前需要靜置12h以上，使ch4在水-氣界面達(dá)到平衡；另外手動(dòng)搖晃樣袋2分鐘后采集頂空氣；
⑤定期采集頂空氣，測(cè)量甲烷濃度和同位素比值。
圖 1
水中ch4濃度(c(ch4)water) (a, e)， ch4總摩爾質(zhì)量的自然對(duì)數(shù)(ln(n(ch4)t) (b, f)，同位素比率(d13ch4) (c, g)，以及根據(jù)公式10 (d, h)在ch4峰值濃度為2003 (a - d)和103/33 (e - h)的條件下的y軸項(xiàng)。
part.03
結(jié)論
1. 穩(wěn)定同位素比值是甲烷氧化過程一個(gè)獨(dú)立的限制因素。
2. 同位素比值的變化和同位素分餾系數(shù)與微生物群落組成相關(guān)。
3. picarro g2201-i分析儀在此次實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出多方面的優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便，可以在多種環(huán)境條件下布置和開展試驗(yàn)；g2201-i搭配ssim模塊總功率300w，只需要一瓶零空氣即可開始測(cè)試。
4. 氣密的多層鋁箔樣品袋提供了很大的便利。極地泄露率kox=0.001-0.995d-1；彈性氣袋可以自適應(yīng)內(nèi)外氣壓；采集0.8l海水，大體積樣品帶來穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果；可以使用1-10l容積。
圖 2
由ch4濃度(ppm)測(cè)定的一級(jí)氧化常數(shù)(kox)與同位素比值(delta)的比較。
參考文獻(xiàn)：
christiane uhlig and brice loose. 2017. using stable isotopes and gas concentrations for independent constraints on microbial methane oxidation at arctic ocean temperatures. limnol. oceanogr.: methods 00, 2017, 00–00. doi: 10.1002/lom3.10199