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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
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。