【摘 要】
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生态系统中碳源与汇动态是事关全球气候变暖的重要课题之一,湖泊作为内陆水体的要冲与枢纽,承接了流域内大量有机碳和无机碳的汇入,但由于城市化进程加快导致的富营养化频发和极端天气事件频次的增加,湖泊生态系统中的碳循环过程也愈发复杂。溶解性有机物(DOM)是自然界最大的碳库,其迁移转化的各个环节均影响着碳的排放和汇集,从而决定全球气候变化的走向。因此,本文以富营养浅水湖泊巢湖和贫营养深水湖泊千岛湖为研究对
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生态系统中碳源与汇动态是事关全球气候变暖的重要课题之一,湖泊作为内陆水体的要冲与枢纽,承接了流域内大量有机碳和无机碳的汇入,但由于城市化进程加快导致的富营养化频发和极端天气事件频次的增加,湖泊生态系统中的碳循环过程也愈发复杂。溶解性有机物(DOM)是自然界最大的碳库,其迁移转化的各个环节均影响着碳的排放和汇集,从而决定全球气候变化的走向。因此,本文以富营养浅水湖泊巢湖和贫营养深水湖泊千岛湖为研究对象,利用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC)结合傅里叶变换离子回旋共振超高分辨率质谱(FT-ICR MS),解析典型湖库溶解性有机物(DOM)的来源组成,通过顶空瓶法测定水体中的溶解性CO2(cCO2)浓度并计算扩散通量(FCO2),探究典型湖库二氧化碳排放特征及与DOM组成的潜在关联。主要研究结果如下:巢湖DOM的组成和来源具有显著的季节差异,丰水期和枯水期DOM浓度显著高于平水期(t-test,p<0.001),而丰水期和枯水期无显著差异(t-test,p>0.05),丰水期陆源输入的类腐殖质为西部湖区DOM的主要贡献源,而平水期来自藻降解的类酪氨酸为主湖区的主要贡献源。丰水期陆源类腐殖质有极为显著的空间分布特征,在入湖口出现高值,且具有从入湖口向湖区不断扩散的趋势,此外陆源类腐殖质与总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chl-a)具有显著的正相关性(p<0.01),即巢湖DOM与N、P元素的迁移转化密切相关,这意味着上游来水会夹杂大量植物残体以及枯枝落叶等凋落物,加重巢湖的有机碳负荷,同时也会提高N、P向湖泊中的输入,加重巢湖的营养负荷。巢湖CO2排放也具有显著的时空差异,巢湖表层水体cCO2均值表现为7月>4月>1月,空间上整体表现为西部湖区较高,中部湖区和西部湖区较低。FCO2在1月最低,表现为CO2的弱汇,4月FCO2整体较高,为CO2的强源,7月FCO2在西部湖区最高,空间分布上与DOM有极高的相似性。相关性分析结果表明,cCO2、FCO2与Chl-a以及主成分分析得到的表征外源营养负荷的PC1组分呈显著正相关(p<0.001),表明外源营养负荷输入对CO2的产生有显著的促进作用,且高富营养化可能会导致CO2排放增加。此外cCO2、FCO2与陆源类腐殖质组分C1、C4也有显著正相关性(p<0.001),且与DO在西部湖区呈显著负相关(p<0.001),表明陆源腐殖质的输入会加重湖区有机碳负荷,而有机物的矿化以及藻源有机质的产生也会显著促进CO2的排放。极端暴雨径流事件会显著提高千岛湖流域的碳排放,cCO2从暴雨前的8.2±4.0μmol L-1提高至暴雨后的31.7±14.0μmol L-1(p<0.001),扩散通量FCO2由-3.8±3.0 mmol m-2 d-1提高到13.2±9.3 mmol m-2 d-1(p<0.001)。相关性分析的结果表明,FCO2、cCO2与DOM相对丰度a350、陆源类腐殖质组分C1、DOM的分子量大小SUVA254、PO43--P、NH4+-N、NO3--N呈显著正相关,与Chl-a、DO、p H等呈显著负相关。表明暴雨期间千岛湖二氧化碳排放受到诸多环境因素影响,其中氮、磷和DOM是主要影响因素,而水温和Chl-a在暴雨期间对碳排放影响较小。此外暴雨期间集雨区土壤碳酸盐侵蚀作用增强,也有利于湖泊CO2排放,暴雨期间千岛湖湖库DOM的主要来源为陆源类腐殖质的输入,高芳香性DOM的光降解可以为微生物提供充足的碳源,室内培养实验结果证明,陆源类腐殖质具有很高的CO2生产潜势,稳定碳同位素结果也证明CO2主要来源于DOM的降解。
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