湖泊水體溶解有機質(zhì)好氧甲烷產(chǎn)生機理取得進(jìn)展
????甲烷是一種強效的溫室氣體，貢獻了全球約20%的溫室效應。傳統觀(guān)點(diǎn)認為，環(huán)境水體中的甲烷主要來(lái)自厭氧水體或者沉積物中產(chǎn)甲烷菌對有機質(zhì)的不完全降解過(guò)程。近年來(lái)研究發(fā)現，自然水體中廣泛存在的溶解有機質(zhì)可在好氧條件下通過(guò)生物作用轉換為甲烷。除生物作用外，溶解有機質(zhì)在非生物光照條件下也具有較強的甲烷產(chǎn)生潛力。然而，目前關(guān)于湖泊水體溶解有機質(zhì)光產(chǎn)甲烷的過(guò)程及機理未見(jiàn)系統報道。
????近日，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所徐華成研究團隊的游濟康博士選取5種不同來(lái)源的湖泊有機質(zhì)樣品，計算了不同類(lèi)型有機質(zhì)的光產(chǎn)甲烷速率。通過(guò)熒光、紅外及傅里葉變換等離子回旋共振質(zhì)譜等手段揭示了影響水體光產(chǎn)甲烷速率差異性的有機質(zhì)關(guān)鍵結構組成。通過(guò)電子順磁共振技術(shù)及活性氧猝滅實(shí)驗，明確了羥基自由基在有機質(zhì)光甲烷化過(guò)程中的定量貢獻，提出了好氧條件下光產(chǎn)活性氧驅動(dòng)甲烷形成的新機制?；谏鲜鲅芯拷Y果，初步估算了溶解有機質(zhì)光產(chǎn)甲烷過(guò)程對典型富營(yíng)養化湖泊水-氣界面甲烷釋放通量的貢獻。
????研究結果表明，所選取溶解有機質(zhì)的光產(chǎn)甲烷速率范圍為3.57×10-3 ~ 5.90×10-2 nmol CH4 mg-C-1 h-1。溶解有機質(zhì)中含有氮鍵甲基、甲酯、乙?；蛲奶妓衔锖椭?lèi)物質(zhì)可能是光產(chǎn)甲烷的潛在前驅體。不同有機質(zhì)樣品中羥基自由基對光甲烷化的貢獻為4~42%之間，光產(chǎn)甲烷過(guò)程對典型富營(yíng)養化湖泊水-氣界面甲烷釋放通量的貢獻為0.1%~18.3%之間。最后，提出了湖泊水體好氧條件下光產(chǎn)羥基自由基驅動(dòng)有機質(zhì)產(chǎn)生甲烷的新途徑。研究結果為理解水生生態(tài)系統中甲烷形成途徑開(kāi)辟了新視野，也為地表水中廣泛存在的好氧甲烷過(guò)程提供了佐證。
????上述研究成果發(fā)表在水環(huán)境領(lǐng)域著(zhù)名刊物Water Research上，研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題、國家自然科學(xué)基金、NIGLAS自主部署項目等聯(lián)合資助。
????論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424005104
圖1 不同類(lèi)型及濃度溶解有機質(zhì)的光產(chǎn)甲烷產(chǎn)量
圖2.光產(chǎn)甲烷過(guò)程對湖泊水體有機質(zhì)結構組成的影響
圖3. 湖泊水體有機質(zhì)光產(chǎn)甲烷過(guò)程途徑解析