原文以 Spatial Variability and Hotspots of Methane Concentrations in a Large Temperate River 為標題發表在 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
 

人們日益關注內陸水體，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。

近來，溪流和河流作為大氣 CH₄ 的來源備受關注。與平衡態水體不同，這種“流動”水體中存在“過飽和” 的CH₄，容易引發顯著的擴散排放。然而，由于流動水體CH₄排放的時空異質性強，準確量化這種 CH₄ 排放極具挑戰。這種擴散排放的強度取決于水的湍流運動、氣體傳輸系數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境中，會產生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 CH₄ 的產生。

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，有研究發現，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，調查河流的CH₄釋放，反映其空間變異。這種方法的缺點是數據點有限，時空分辨率較低。Maeck 等人（2013）發現，港口、筑壩河段、河道支流是CH₄ 排放的熱點區域，而這些區域有時會被忽略。因此，基于離散采樣法的取得的調查數據，在進行尺度轉換時，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，他們還測量了相關的水文參數，取得了大約 4000 個高空間分辨率的數據點。該研究旨在揭示河流CH₄排放的空間異質性，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（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測量。LI-7810校正了水汽稀釋效應，直接輸出空氣中CH₄ 和CO₂ 的干摩爾濃度。

所有數據進行數據質量檢驗和標記，剔除低質量和無關值，如儀器預熱期間數據、港內船舶停靠時的測量值等。篩選后的數據與GPS數據進行合并。

結果顯示，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高濃度區域標記為潛在排放熱點。數據顯示，熱點區域空氣中的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現排放熱點。

空氣中CH₄濃度的中位數為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據波動。支流對干流CH₄濃度的影響并不顯著。CH₄排放速率的中位數為251 μmol m^-2 d^-1，這將導致整個易北河每天向大氣中排放28640 mol d^-1的CH₄。

結果顯示，河道CH₄濃度存在橫向異質性，即在丁壩處（Groin Construction）CH₄濃度高。丁壩處的沉積物和有機質礦化，導致了高濃度的CH₄排放。

河流形態和結構決定了其中溶解的CH₄濃度，使得易北河上游CH₄濃度變化平穩而下游變化很大。丁壩是繼水壩之后的又一種人工基建設施，其可顯著增加河流的溫室氣體排放。

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原文中的主要數據圖