华盛顿大学的 Jeffrey Richey 教授及其同事在亚马逊河盆地探索碳循环

　　T这个故事始于20多年前，当时Jeffrey Richey教授的研究小组开始考虑热带地区，特别是亚马逊河盆地，对全球碳循环的重要性。考虑到全球碳循环的“未知碳汇”，他们想要考察亚马逊是从大气中吸收碳，还是向大气中释放碳，又或者保持碳平衡。尽管成熟的热带雨林是碳存储的原因，但对森林的砍伐正在缓慢改变这种平衡。此外，富含碳的土壤可通过林溶作用将有机碳转移进入河网中。结果，该河网中的碳平衡问题始终悬而未决。有多少碳以溶解无机碳（DIC）和总有机碳（TOC）的形式被输送进入海洋？如果河流本身会向大气排放二氧化碳的话，那么有多少呢？为了帮助回答这些问题，Richey教授的小组开始与圣保罗大学农业核能中心（CENA-USP）的科学家合作，在亚马逊实地采集离散水样，并分析其 DIC、DOC 和溶解气体含量。 

　　Richey 教授等人（2002 年）首次在《自然》杂志上发表了关于这些离散样品分析结果的研究发现。他们认为，从亚马逊河系统释放出的二氧化碳造成的碳输出量是 TOC 或 DIC 输出量的十三倍。这些发现意义重大，因为它们改变了我们对亚马逊碳平衡、并很可能改变我们对全球碳循环的思考方式。因为先前忽略了这种通向大气的显着输出量，我们潜意识地认为亚马逊储存的碳多于其释放的碳。实际上，Richey 的研究结果表明亚马逊的碳预算是平衡的。 

　　从那以后，Richey 教授的小组一直专注于加深对这种碳平衡的理解。对此，他们提出了一系列问题，即从河流系统中流出的所有碳的来源是什么？它们最终是否来自亚马逊的富含碳的土壤？还是来自于枯落物呢？或是来自于直接落入河流系统或因季节性河水上涨而被卷入水中的树叶和其它有机物源？而且其后在当地地下水中发现了溶解的有机碳（DOC）。这些碳源中的每一种都有可能在水生生态系统中被吸入和呼出，然后以CO₂的形式排放到大气中。最近毕业的 Ward 博士等人（2013）在《自然地球科学》上发表的测量结果提供了一些初步证据，表明陆生植物的结构成分（例如木质素）比过去设想的要活跃得多，支持着亚马逊河中 30-50％ 的土体呼吸。   

　　尽管 Richey 教授和他的同事数十年来一直在测量亚马逊的CO₂排放量，但他们进行溶解气体和通量测量的方法正在迅速改变。自从使用 Picarro 可在现场部署的 CRDS 分析仪以来，他们就能够在现场进行实时同位素测量。这使他们能够即时更新研究进度，并使他们在探索研究目标时更加灵活和积极。 

　　今年初夏，该团队使用 CENA-USP 配置的 Picarro G2201-i，将他们的实验室带到了亚马逊上的 Mirage河船上。他们为 Mirage 河船配备了最先进的实验室设施，包括空调、不间断电源（UPS）和将河水直接输送到实验室的抽水系统。

　　一旦实验开始进行，他们就能够使用石子水气平衡器系统测量原位溶解气体剖面，并且他们还布置了大体积孵育实验用于顶空 CO₂ 和 CH₄ 同位素测量。通过这样做，他们能够鉴别整个河流宽度和河流深度溶解气体浓度的大的空间变异性。此外，他们的孵化实验旨在通过检测不同类型化合物和 ¹³C 标记的植物材料的反应性，帮助研究小组探测 CO₂ 通量的来源（图 4）。通过实时查看 CO₂ 中同位素成分的响应，研究人员能够根据需要调整其孵育实验，从而激发变革性研究。Picarro 很高兴能支持 Richey 教授及其团队为帮助完成全球碳循环预算所做的努力，并期待着将来阅读他们的科学成果。

　　参考文献：

　　Richey, J.E., Melack, J.M., Aufdenkampe, A.K., Ballester, V.M., and L.L. Hess, (2002) Outgassing from Amazonian rivers and wetlands as a large tropical source of atmospheric CO₂, Nature, 416, p. 617-620, doi:10.1038/416617a. 

　　Ward, N.D.; Keil, R.G.; Medeiros, P.M.; Brito, D.C.; Cunha, A.C.; Dittmar, T.; Yager, P.L.; Krusche, A.V.; Richey, J.E. (2013) Degradation of terrestrially derived macromolecules in the Amazon River. Nature Geoscience. 6 (7), 530-533, doi:10.1038/ngeo1817.

　　Ward, N.D.; Bianchi, T.S.; Sawakuchi, H.O.; Gagne-Maynard, W.; Cunha, A.C.; Brito, D.C.; Neu, V.; de Matos, A.; da Silva, R.; Krusche, A.V.; Richey, J.E.; Keil, R.G. (in review) Rapid intensification of organic carbon degradation at Amazon River confluences. Nature Geoscience.

　　致谢：

　　​​​​​​​这项研究是 FAPESP （圣保罗研究基金会）与NSF（美国国家科学基金会） 合作的“圣保罗市卓越委员会主席”主题项目。

　　更多信息：

• Picarro G2201-i 分析仪同时测量二氧化碳和甲烷中的 δ¹³C
• 华盛顿大学河流系统研究小组​​​​​​​