云南抚仙湖沉积物中有机碳埋藏及来源与影响因素分析

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湖泊作为重要碳库,在全球碳循环中有重要作用。在全球变暖与湖泊富营养化的背景下,湖泊碳循环和有机碳的来源不断变化。抚仙湖作为我国典型高原深水湖泊,其淡水资源蓄水量约占云南九大高原湖泊的68.3%,是当地重要的淡水资源储备库。但近年来人类对抚仙湖及流域资源的过度使用,湖泊面临富营养化的风险加剧,引起抚仙湖沉积物中有机碳的来源与埋藏不断变化。因此,本研究将抚仙湖沉积物中有机碳作为研究对象,2017年7月于抚仙湖南中北湖区采集3根沉积柱,分析其有机碳埋藏的时空变化特征及影响因素;利用有机碳氮比值(C/N比值)与正构烷烃对沉积物有机质来源进行定性分析,利用正定矩阵因子模型(PMF模型)解析沉积物中不同类型有机质来源的贡献值。研究结果如下:(1)抚仙湖沉积年代为1877~2017年,沉积物的泥沙沉积速率(SAR)为0.02~1.40 g cm-2yr-1,呈现北部(0.39 g cm-2yr-1)高于中部(0.36 g cm-2yr-1)与南部(0.18 g cm-2yr-1)的趋势,流域内人类活动造成的泥沙输入差异是造成该空间差异的主要原因。(2)抚仙湖沉积物中总有机碳(TOC)含量为1.79~32.17 mg g-1,总氮(TN)含量为0.68~4.00 mg g-1,两者的变化趋势相似,1980年以前增长缓慢,1980年以后迅速增加,表层出现最大值,主要受1980年以后人类活动增强造成内源有机质输入增加的影响。空间上均呈现从北往南增加的趋势,这与抚仙湖不同湖区自然环境和人类活动类型的差异引起的有机质输入差异有关。(3)抚仙湖沉积物中有机碳埋藏速率(OCAR)变化范围为1.67~129.31 g m-2yr-1,均值为28.11 g m-2yr-1,时间上呈现先增大再减小的趋势,空间上呈现北部(33.95 g m-2yr-1)高于中部(32.07 g m-2yr-1)与南部(20.84 g m-2yr-1)的趋势,结合年代与湖泊面积估算出抚仙湖有机碳埋藏储量约为8.34×1011g C。对抚仙湖湖泊OCAR与气候、土地利用变化、湖泊水体环境及社会因素的相关性进行具体分析,发现OCAR与气温、土地利用变化之间有显著相关性(p<0.05),表明气温与土地利用变化是抚仙湖有机碳埋藏变化的主要影响因素。(4)抚仙湖沉积物中C/N在1.94~10.23之间,表明内源有机质是主要来源。C/N在1980年后明显增大,表明陆生植物来源输入增加,主要因为人类活动的增强造成陆源有机质增加。沉积物中正构烷烃总量为0.86~39.13μg g-1,均值6.44μg g-1,碳数范围为C12~C33,碳数分布特征及碳优势指数(CPI2733)等指标指示沉积物中有机质来源于湖泊内源与外源的混合来源,水生与陆生高等植物是沉积物有机质的主要来源;水生植物以沉水植物为主,陆生高等植物来源中草本植物贡献与木本植物贡献相近。利用PMF模型来解析有机质来源及其贡献量,三种主要来源分别为:陆生高等植物、水生植物与水生浮游生物,其贡献率分别为:32.41%、17.43%、50.16%。以水生植物和而水生浮游生物为主的内源有机质贡献值(67.59%)明显高于以陆生高等植物为主的外源有机质贡献值(32.41%);内源有机碳埋藏速率为:19.00 g m-2yr-1;外源有机碳埋藏速率为9.11 g m-2yr-1
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