激光碳氧同位素分析和原位碳氧同位素分析方法有何不同

CO2和CH4排放增加是全 球变暖的主要原因（IPCC，2013），人类活动导致大约44%和60%的CO2和CH4排放到大气中。人类活动如拦河筑坝干扰湿地的结构和功能，引发大量土壤CO2和CH4排放。然而，目前对湿地水库CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影响机制知之甚少。

基于此，为了填补研究空白，在本研究中，来自云南大学和中科院武汉植物园的研究团队在三峡消落区原位条件下调查了4个海拔梯度（即不同淹水状态）（>175 m，160–175 m，145–160 m和＜147 m）饱和和排干状态下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征，以及相关的控制因子。他们作出了如下假设：1）由于淹水下优势植物种的转变，土壤条件（例如土壤基质质量，土壤水分和温度）的变化将会改变CO2排放以及CO2的δ13C值；2）CH4排放模式及其同位素特征对淹水更敏感，反映了土壤厌氧环境的增加；3）不同淹水状态下（例如饱和和排干状态下）将会导致酶表达和微生物属性的改变，进而极大影响CO2和CH4排放。

图1 重庆忠县研究区位置（a）；三峡消落区采样地卫星图像及沿海拔梯度详细的静态通量室放置图（b）。

作者于2017年6-8月测量了土壤/水大气界面CO2和CH4的交换率。利用ABB LGR CO2同位素分析仪分析CO2的浓度及δ13C，并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析仪分析CH4的浓度及δ13C。

【结果】高海拔地区CO2排放明显较高，饱和状态和排干状态之间差异显著。相比之下，在整个观测期，高海拔地区（41.97 μg CH4 m-2 h-1）平均CH4排放量高于低海拔地区（22.73 μg CH4 m-2 h-1）。从饱和状态到排干状态，低海拔CH4排放降低了90%，在高海拔增加了153%。与低海拔和高地相比，高海拔CH4的δ13C更富集，饱和状态比排干状态更贫化。作者发现土壤CO2和CH4排放与土壤基质质量（例如，C:N）和酶活性密切相关，而CO2和CH4的δ13C值分别主要与根呼吸和产甲烷细菌活性有关。具体而言，饱和和排干状态对土壤CO2和CH4排放的影响强于水库海拔的影响，从而为评估人类活动对碳中和的影响提供了重要依据。

不同海拔下土壤CO2排放的周平均值以及整个非淹水期土壤CO2排放量。

不同海拔下CH4排放的周平均值以及整个非淹水期土壤CH4排放量。

土壤饱和和排干状态下不同海拔CO2（a）和CH4平均排放量（b）。

【结论】三峡水库消落区土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征的变化受周期性淹水的强烈影响，可以确定其CO2和CH4的源/汇强度。与高地相比，消落区土壤环境适宜，酶活性较高，土壤基质质量较低，因此CO2排放量较高。土壤呼吸CO2的δ13C值进一步证实了，基质质量和酶活性变化是CO2排放的主要贡献者。随着高地CH4吸收，消落区CH4累积排放量从低海拔到高海拔地区增加。基于CH4的δ13C值，作者得到的初步结论是饱和状态下较高的CH4排放以较强的厌氧环境中乙酸盐裂解过程为特征。因此，结果强调了拦河筑坝引发了周期性淹水，导致土壤质量、酶表达和微生物利用C的策略，以及甲烷氧化过程的转变，潜在的改变了CO2和CH4排放及其碳同位素特征。

Picarro产品介绍

• G2201-i 碳同位素与气体浓度分析仪

• 测量CH4和CO2的δ13C

Picarro G2201-i 同位素分析仪将两台用于测量 CO2 和 CH4 的 Picarro δ13C 碳同位素仪器整合到一台仪器中。现在仅稳定同位素比率所能提供的信息可以很轻易便捷地获得，研究人员使用一台仪器即可追踪碳从源到汇的移动过程。这款两用分析仪使研究工作变得简便且快速。这款分析仪体积小巧，结构坚固，便于运输至现场；研究人员运用分析仪产生的即时结果，可变更正在进行的工作进程并获得限时现场活动的结果。

G2201-i气体浓度分析仪

● 只有现场可部署分析仪才能够同步高精度测量 CO2 和 CH4 中 δ13C

● 三种测量模式：仅 CO2 模式、仅 CH4 模式以及 CO2 和 CH4 组合模式

● 以一小部分 IRMS 运行成本，实现优异精度 -- 减少校准，减少维护，无需使用耗材

碳同位素与气体浓度分析仪

G2201-i

Picarro G2201-i 同位素分析仪将两台用于测量 CO2 和 CH4 的 Picarro δ13C 碳同位素仪器整合到一台仪器中。现在仅稳定同位素比率所能提供的信息可以很轻易便捷地获得，研究人员使用一台仪器即可追踪碳从源到汇的移动过程。这款两用分析仪使研究工作变得简便且快速。这款分析仪体积小巧，结构坚固，便于运输至现场；研究人员运用分析仪产生的即时结果，可变更正在进行的工作进程并获得限时现场活动的结果。

这款分析仪有三种运行模式：1) 仅 CO2 模式、2) 仅 CH4 模式以及 3) CO2 和 CH4 组合模式。在组合模式下，每隔几秒对 CO2 和 CH4 进行交错测量，以便产生比腔体中的气体转换时间更快速的采样速率。当分析仪处于仅 CO2 模式或仅 CH4 模式时，精度会有所提高，这是因为更多的测量时间可用于单个分子。在所有模式下，这款分析仪都能够精确测量 CO2、H2O 和 CH4 浓度，并且它所需的校准要少于其它基于光谱吸收的仪器。G2201-i 分析仪可与各种外围设备进行配对使用，以便延伸并拓展其功能。

TECHNICALSPECIFICATIONS

技术规格

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碳分析

碳分析（也称为CO2分析或碳酸盐分析）用于确定各种样品材料中的总碳含量或不同碳组分的含量。

它在煤，焦炭，汽油，二次燃料，石灰石，石头，矿石，灰烬，植物和土壤上进行，以测量总碳（TC），总有机碳（TOC）或总无机碳（TIC）的浓度。

用燃烧法元素分析仪进行碳分析是一种标准化方法，包括以下步骤：称量样品，根据需要添加促进剂，在氧气流中燃烧样品以及通常使用红外池测量燃烧气体。

碳分析是用于生产控制，进/出货物检验，工业研发和科学研究的常规过程。还有多种其他方法可以测量碳浓度。

碳分析方法

除了使用燃烧法元素分析仪进行碳分析外，其他确定碳含量的方法还有电量分析法，重量分析法，ICP分析法，火花光谱法。每种方法都有其特定的优点和缺点，但是所有这些方法（包括燃烧分析）对碳的检出限约为0.5至1 ppm。只能通过质谱法和经过适当培训的人员才能达到较低的碳检出限。

如果正确应用，燃烧法元素分析可以轻松，快速，安全地在宽范围的测量范围（从1 ppm到100％）中提供碳含量，而无需经过专门培训的人员。燃烧分析符合各种国家和国际标准，例如DIN，ISO，ASTM。

碳和水的分数分析

除了分析总碳含量外，还可以确定碳的单部分。通过在测量过程中更改多相分析仪中的燃烧温度，可以检测到不同的碳和水部分。后者归因于样品的水分和有机C-H化合物的氧化。在不同的燃烧温度下会检测到各种碳（TOC，TIC，TC）和水（水分，化学混合水）馏分。

确定碳含量的另一种方法（在相关标准中也有描述）是使用酸。将样品与酸混合，然后测量碳酸盐中的二氧化碳（TIC）或剩余的有机结合碳（TOC）。燃烧法元素分析仪也适用于这种差分测量。