原文以 Spatial Variability and Hotspots of Methane Concentrations in a Large Temperate River 為標題發(fā)表在 Frontiers in Environmental Science上，
作者: Ingeborg Bussmann等
翻譯: 王軍、劉美玲、子毅
校對：徐粒、劉曉迪
人們?nèi)找骊P(guān)注內(nèi)陸水體，如湖泊、水庫、河流對全球 CH4的貢獻。然而，較少研究涉及流動水體中的 CH4 動態(tài)。
近來，溪流和河流作為大氣 CH4 的來源備受關(guān)注。與平衡態(tài)水體不同，這種“流動”水體中存在“過飽和” 的CH4，容易引發(fā)顯著的擴散排放。然而，由于流動水體CH4排放的時空異質(zhì)性強，準確量化這種 CH4 排放極具挑戰(zhàn)。這種擴散排放的強度取決于水的湍流運動、氣體傳輸系數(shù)以及水和大氣之間的 CH4 濃度梯度。
水體中CH4 的輸入與損失，決定了水體中溶解的 CH4 濃度。河流中的沉積物處于厭氧環(huán)境中，會產(chǎn)生CH4；另外，河岸地帶、洪泛平原和濕地也能向河流中輸送CH4。在水中，微生物的 CH4 消耗相對緩慢，通過物理擴散釋放到大氣是最重要的 CH4 損失途徑。另外，在有氧條件下，浮游植物也能介導(dǎo) CH4 的產(chǎn)生。
檢測河流中的CH4 輸入并不容易，此外，CH4 在河流中的停留時間較短。例如，有研究發(fā)現(xiàn)，CH4在易北河（River Elbe）中存留不超過一天。CH4 在河水中的低溶解度加上其快速的水-氣交換，不同河段的 CH4 濃度存在明顯差異。
一般情況下，研究者們會使用離散采樣法，調(diào)查河流的CH4釋放，反映其空間變異。這種方法的缺點是數(shù)據(jù)點有限，時空分辨率較低。Maeck 等人（2013）發(fā)現(xiàn)，港口、筑壩河段、河道支流是CH4 排放的熱點區(qū)域，而這些區(qū)域有時會被忽略。因此，基于離散采樣法的取得的調(diào)查數(shù)據(jù)，在進行尺度轉(zhuǎn)換時，存在很大的不確定性。
為此，研究者們沿德國易北河航行584 Km，同步測量了河流中溶解的以及大氣中的CH4 濃度。此外，他們還測量了相關(guān)的水文參數(shù)，取得了大約 4000 個高空間分辨率的數(shù)據(jù)點。該研究旨在揭示河流CH4排放的空間異質(zhì)性，識別潛在的排放熱點。同時，研究者們還探討了大氣 CH4 濃度波動對估算河流CH4 排放的影響。
使用LI-7810便攜式CH4/CO2/H2O分析儀（LI-COR Biosciences, NE, USA）測定河道水面上方大氣中的CH4和CO2濃度。LI-7810采用光反饋-腔增強激光吸收光譜技術(shù)（OF-CEAS）。
LI-7810安裝在測量船的頂層甲板上，以1 Hz的采樣頻率進行連續(xù)測量。LI-7810校正了水汽稀釋效應(yīng)，直接輸出空氣中CH4 和CO2 的干摩爾濃度。
所有數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗和標記，剔除低質(zhì)量和無關(guān)值，如儀器預(yù)熱期間數(shù)據(jù)、港內(nèi)船舶?？繒r的測量值等。篩選后的數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)進行合并。
結(jié)果顯示，易北河中溶解CH4的平均濃度為112 nmol L-1，范圍在40~1456 nmol L-1之間。
CH4高濃度區(qū)域標記為潛在排放熱點。數(shù)據(jù)顯示，熱點區(qū)域空氣中的CH4濃度也較高，這表明對空氣中溫室氣體的濃度測量有助于發(fā)現(xiàn)排放熱點。
空氣中CH4濃度的中位數(shù)為2033 ppb，濃度變化范圍在1821~2796 ppb之間。沿易北河河道，僅觀察到中等程度的數(shù)據(jù)波動。支流對干流CH4濃度的影響并不顯著。CH4排放速率的中位數(shù)為251 μmol m-2 d-1，這將導(dǎo)致整個易北河每天向大氣中排放28640 mol d-1的CH4。
結(jié)果顯示，河道CH4濃度存在橫向異質(zhì)性，即在丁壩處（Groin Construction）CH4濃度高。丁壩處的沉積物和有機質(zhì)礦化，導(dǎo)致了高濃度的CH4排放。
河流形態(tài)和結(jié)構(gòu)決定了其中溶解的CH4濃度，使得易北河上游CH4濃度變化平穩(wěn)而下游變化很大。丁壩是繼水壩之后的又一種人工基建設(shè)施，其可顯著增加河流的溫室氣體排放。
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原文中的主要數(shù)據(jù)圖
