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。

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。

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。

①校正周期：一般24h，最長間隔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。

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)。

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。