陸地DOM的輸入伴隨著DO和pH值的下降并加劇了千島湖的CO2排放

更新時(shí)間：2024-04-07 點(diǎn)擊次數(shù)：2348

摘要：

陸地輸入和隨后湖泊生態(tài)系統(tǒng)中溶解有機(jī)物（DOM）的降解會(huì)導(dǎo)致溶解氧（DO）的快速消耗。陸地DOM（包括有機(jī)酸）的輸入也會(huì)導(dǎo)致pH值下降。然而，迄今為止，很少有研究調(diào)查陸地DOM輸入、水體中的DO和pH水平以及湖泊生態(tài)系統(tǒng)的二氧化碳（CO2）排放之間的聯(lián)系。根據(jù)2020年5月至2021年4月在中國(guó)主要人工飲用水水庫(kù)千島湖100個(gè)站點(diǎn)的月度實(shí)地采樣活動(dòng)，我們估計(jì)該湖的年二氧化碳排放量（FCO2）為37.2±29.0 gC m−2 yr−1，相當(dāng)于0.02±0.02 TgC yr−1。FCO2隨著DO、葉綠素a（Chl-a）和δ2H-H2O的降低而顯著增加，而FCO2隨著比紫外吸收率（SUVA254）和陸地類腐殖成分（C2）的增加而增加。我們發(fā)現(xiàn)DO濃度和pH隨著陸地DOM輸入的增加（即SUVA254和陸地類腐殖C2水平的增加）而下降。垂直剖面采樣顯示，CO2的分壓（pCO2）隨著陸地DOM熒光（FDOM）的增加而增加，而DO、pH和δ13C-CO2隨著陸地FDOM的增加而下降。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了陸地DOM輸入在改變物理化學(xué)環(huán)境和促進(jìn)該湖泊和潛在的其他水生生態(tài)系統(tǒng)的二氧化碳排放方面的重要性。

圖形摘要：

Image, graphical abstract

研究目的：

確定中國(guó)主要水庫(kù)之一的千島湖中溶解有機(jī)質(zhì)（DOM）的化學(xué)組成和活性如何影響溶解氧（DO）濃度和pH，從而影響二氧化碳（CO2）的排放。陸地DOM輸入及其隨后的降解與水體中DO和pH水平以及CO2排放之間的聯(lián)系。

研究方法：

2020年5月至2021年4月期間，每月在千島湖的100個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)采樣。研究者測(cè)量了溶解氧（DO）、pH、水溫和陸地DOM熒光（FDOM），并收集了水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，包括DOC、Chl-a、δ2H-H2O、SUVA254等。此外，還使用超高效分辨率質(zhì)譜（FT-ICR MS）來(lái)追蹤DOM的分子組成，同時(shí)使用Picarro G2201-i同位素分析儀來(lái)測(cè)量CO2的穩(wěn)定同位素組成，并進(jìn)行垂直剖面采樣以研究pCO2和δ13C-CO2的垂直變化。

Picarro 儀器的使用：

Picarro G2201-i同位素分析儀被用于測(cè)量水樣中CO2的濃度及穩(wěn)定同位素組成，這是離散采樣測(cè)量。在文章中，展示了2022年5月、8月和2023年3月在水庫(kù)中進(jìn)行的三次垂直剖面采樣期間收集的pCO2和δ13C-CO2的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是通過(guò)Picarro G2201-i儀器獲得的。

Picarro G2201-i儀器提供的數(shù)據(jù)用于分析CO2的穩(wěn)定同位素組成（δ13C-CO2），這有助于研究者們理解CO2的來(lái)源和產(chǎn)生過(guò)程。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，研究者們發(fā)現(xiàn)隨著陸地DOM熒光（FDOM）的增加，pCO2增加，而DO、pH和δ13C-CO2減少。這表明陸地DOM的輸入和隨后的降解導(dǎo)致了DO的消耗和pH的降低，從而促進(jìn)了CO2的排放。這些發(fā)現(xiàn)支持了研究的結(jié)論，即陸地DOM的積累和降解是水庫(kù)CO2排放的關(guān)鍵過(guò)程，并且這些排放與水體中DO的消耗和pH的降低有關(guān)。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了在模擬湖泊和水庫(kù)碳平衡的變異性時(shí)，應(yīng)考慮DOM的化學(xué)組成和活性對(duì)DO和pH變化的影響。

結(jié)論：

我們估計(jì)千島湖的年CO2排放量為0.02±0.02 TgC yr−1。我們的研究結(jié)果表明，陸地DOM的積累和降解會(huì)加劇CO2排放，同時(shí)伴隨著DO的消耗和水體pH值的下降。結(jié)果表明，DO和pH水平隨著陸地DOM的增加而下降，δ13C-CO2隨陸地FDOM的增加而降低；隨著pH值的降低，pCO2增加，而δ13C-CO2的穩(wěn)定同位素特征降低。這些結(jié)果突出了DOM的陸地輸入在驅(qū)動(dòng)CO2排放中的重要性。鑒于DOM在全球碳生物地球化學(xué)循環(huán)中的重要性，在模擬湖泊和水庫(kù)中碳平衡的變化時(shí)，應(yīng)考慮DOM的化學(xué)成分和生物不穩(wěn)定性對(duì)DO和pH的變化以及CO2排放的影響。

北京世紀(jì)朝陽(yáng)科技發(fā)展有限公司

聯(lián)系人：程小姐
地址：北京市海淀區(qū)人民大學(xué)北路33號(hào)院大行基業(yè)1號(hào)樓11層1107-1108
郵箱：nj@cen-sun.com
傳真：

快速鏈接

關(guān)注我們

歡迎您關(guān)注我們的微信公眾號(hào)了解更多信息

掃一掃
關(guān)注我們

管理登陸技術(shù)支持：化工儀器網(wǎng)