NIGLAS
“地理科学摇篮 湖泊研究基地”
湖泊水体溶解有机质好氧甲烷产生机理取得进展
甲烷是一种强效的温室气体，贡献了全球约20%的温室效应。传统观点认为，环境水体中的甲烷主要来自厌氧水体或者沉积物中产甲烷菌对有机质的不完全降解过程。
近年来研究发现，自然水体中广泛存在的溶解有机质可在好氧条件下通过生物作用转换为甲烷。除生物作用外，溶解有机质在非生物光照条件下也具有较强的甲烷产生潜力。然而，目前关于湖泊水体溶解有机质光产甲烷的过程及机理未见系统报道。
近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所徐华成研究团队的游济康博士选取5种不同来源的湖泊有机质样品，计算了不同类型有机质的光产甲烷速率。
图1 不同类型及浓度溶解有机质的光产甲烷产量
研究通过荧光、红外及傅里叶变换等离子回旋共振质谱等手段揭示了影响水体光产甲烷速率差异性的有机质关键结构组成。通过电子顺磁共振技术及活性氧猝灭实验，明确了羟基自由基在有机质光甲烷化过程中的定量贡献，提出了好氧条件下光产活性氧驱动甲烷形成的新机制。基于上述研究结果，初步估算了溶解有机质光产甲烷过程对典型富营养化湖泊水-气界面甲烷释放通量的贡献。
图2 光产甲烷过程对湖泊水体有机质结构组成的影响
研究结果表明，所选取溶解有机质的光产甲烷速率范围为3.57×10-3-5.90×10-2 nmol CH4 mg-C-1 h-1。溶解有机质中含有氮键甲基、甲酯、乙酰基或酮的碳水化合物和脂类物质可能是光产甲烷的潜在前驱体。不同有机质样品中羟基自由基对光甲烷化的贡献为4~42%之间，光产甲烷过程对典型富营养化湖泊水-气界面甲烷释放通量的贡献为0.1%~18.3%之间。最后，提出了湖泊水体好氧条件下光产羟基自由基驱动有机质产生甲烷的新途径。
研究结果为理解水生生态系统中甲烷形成途径开辟了新视野，也为地表水中广泛存在的好氧甲烷过程提供了佐证。
图3 湖泊水体有机质光产甲烷过程途径解析
上述研究成果发表在水环境领域著名刊物Water Research上，研究得到国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、NIGLAS自主部署项目等联合资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424005104
