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陸地DOM的輸入伴隨著(zhù)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:475

 

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摘要:

陸地輸入和隨后湖泊生態(tài)系統中溶解有機物(DOM)的降解會(huì )導致溶解氧(DO)的快速消耗。陸地DOM(包括有機酸)的輸入也會(huì )導致pH值下降。然而,迄今為止,很少有研究調查陸地DOM輸入、水中的DOpH水平以及湖泊生態(tài)系統的二氧化碳(CO2)排放之間的聯(lián)系。根據20205月至20214月在中國主要人工飲用水水庫千島湖100個(gè)點(diǎn)的月度實(shí)地采樣活動(dòng),我們估計該湖的年二氧化碳排放量(FCO2)為37.2±29.0 gC m2 yr1,相當于0.02±0.02 TgC yr1。FCO2隨著(zhù)DO、葉綠素aChl-a)和δ2H-H2O的降低而顯著(zhù)增加,而FCO2隨著(zhù)比紫外吸收率(SUVA254)和陸地類(lèi)腐殖成分(C2)的增加而增加。我們發(fā)現DO濃度和pH隨著(zhù)陸地DOM輸入的增加SUVA254和陸地類(lèi)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(zhù)陸地DOM熒光(FDOM)的增加而增加,而DO、pHδ13C-CO2隨著(zhù)陸地FDOM的增加而下降。這些結果強調了陸地DOM輸入在改變物理化學(xué)環(huán)境和促進(jìn)該湖和潛在的其他水生生態(tài)系統的二氧化碳排放方面的重要性。

圖形摘要:

Image, graphical abstract

研究目的:

確定中國主要水庫之一的千島湖中溶解有機質(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DOpH水平以及CO2排放之間的聯(lián)系。

       

研究方法:

20205月至20214月期間,每月在千島湖的100個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行了現場(chǎng)采樣。研究者測量了溶解氧(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)測量CO2的穩定同位素組成,進(jìn)行垂直剖面采樣以研究pCO2δ13C-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量水樣中CO2濃度及穩定同位素組成,這是離散采樣測量。在文章中,展示了20225月、8月和20233月在水庫中進(jìn)行的三次垂直剖面采樣期間收集的pCO2δ13C-CO2的數據,這些數據是通過(guò)Picarro G2201-i儀器獲得的。

Picarro G2201-i儀器提供的數據用于分析CO2的穩定同位素組成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)這些數據,研究者們發(fā)現隨著(zhù)陸地DOM熒光(FDOM)的增加,pCO2增加,而DO、pHδ13C-CO2減少。這表明陸地DOM的輸入和隨后的降解導致了DO的消耗和pH的降低,從而促進(jìn)了CO2的排放。這些發(fā)現支持了研究的結論,即陸地DOM的積累和降解是水庫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)。這些結果強調了在模擬湖泊和水庫碳平衡的變異性時(shí),應考慮DOM的化學(xué)組成和活性對DOpH變化的影響。

結論:

我們估計千島湖的年CO2排放量為0.02±0.02 TgC yr1。我們的研究結果表明,陸DOM的積累和降解會(huì )加CO2排放,同時(shí)伴隨著(zhù)DO的消耗和水pH值的下降。結果表明,DOpH水平隨著(zhù)陸地DOM的增加而下降,δ13C-CO2隨陸FDOM的增加而降低;隨著(zhù)pH值的降低,pCO2增加,δ13C-CO2的穩定同位素特征降低。這些結果突出DOM的陸地輸入在驅動(dòng)CO2排放中的重要性。鑒DOM在全球碳生物地球化學(xué)循環(huán)中的重要性,在模擬湖泊和水庫中碳平衡的變化時(shí),應考DOM的化學(xué)成分和生物不穩定性DOpH的變化以CO2排放的影響。

 

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