布鲁塞尔（比利时）两个清澈水体池塘和两个浑浊水体池塘中的甲烷生成途径及甲烷氧化过程

《Aquatic Sciences》：Methanogenesis pathways and methane oxidation in two clear-water and two turbid-water urban ponds in Brussels (Belgium)

甲烷生成与氧化路径差异及其与水体生态状态关系研究。通过δ13C-CH4分析布鲁塞尔四类城市池塘（清澈/浑浊），发现夏季清澈塘以氢甲基途径为主，浑浊塘以乙酰化途径为主，秋季生成路径逆转。MOX效率与悬浮物、叶绿素a浓度正相关，浑浊塘MOX占比达80%，显著高于清澈塘的60%。揭示水体清澈度变化通过改变甲烷生产途径和增强MOX过程调节温室气体平衡。

　　

摘要

池塘是大气中甲烷（CH₄）的主要来源，甲烷是一种强效的温室气体。其产生源于沉积物中甲烷生成作用（methanogenesis）的输入与甲烷氧化作用（MOX）的去除之间的净平衡。本研究探讨了在清澈水体（以大型水生植物为主）和浑浊水体（以浮游植物为主）的池塘中，甲烷生成途径（醋酸裂解型或氢营养型）以及甲烷氧化作用是否存在差异。我们在比利时布鲁塞尔的四个城市池塘（Leybeek、Pêcheries、Tenreuken、Silex）中，测量了通过气泡捕捉器捕获的气体、通过扰动沉积物故意释放的气泡以及水柱中溶解的CH₄的¹³C/¹²C比值（δ¹³C-CH₄）。夏季时，沉积物气泡的δ¹³C-CH₄值表明，在清澈水体（Leybeek和Pêcheries）中，氢营养型甲烷生成途径更为重要；而在浑浊水体（Tenreuken和Silex）中，醋酸裂解型甲烷生成途径更为显著。气泡捕捉器的数据显示，从春季到夏季甲烷生成途径发生了季节性变化，秋季则转变为氢营养型甲烷生成途径。溶解CH₄的δ¹³C-CH₄值表明，浑浊水体（Leybeek和Pêcheries）中的甲烷氧化速率高于清澈水体（Tenreuken和Silex），并且这一过程与总悬浮物和叶绿素-a浓度呈正相关。悬浮颗粒的存在可能通过减少光照对甲烷氧化的抑制作用，或作为附着在水柱中的甲烷氧化细菌的基质，从而增强了甲烷氧化作用。在浑浊水体（Leybeek和Pêcheries）中，甲烷氧化作用占水柱中总溶解CH₄去除量的约80%（包括甲烷氧化作用本身及扩散到大气中的排放），而在清澈水体（Tenreuken和Silex）中这一比例低于60%。我们的研究结果表明，由于富营养化导致的水体生态状态从清澈变为浑浊，可能会改变甲烷的生成途径（醋酸裂解型甲烷生成途径的贡献增加），并增强水柱中甲烷氧化作用对溶解CH₄的去除效果。