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北京世紀(jì)朝陽(yáng)科技發(fā)展有限公司
中級(jí)會(huì)員 | 第5年

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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

時(shí)間:2024/4/7閱讀:1883
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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、水中的DOpH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)20205月至20214月在中國(guó)主要人工飲用水水庫(kù)千島湖100個(gè)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 m2 yr1,相當(dāng)于0.02±0.02 TgC yr1FCO2隨著DO、葉綠素aChl-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DOpHδ13C-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(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DOCChl-aδ2H-H2OSUVA254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,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(cè)量水樣中CO2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20225月、8月和20233月在水庫(kù)中進(jìn)行的三次垂直剖面采樣期間收集的pCO2δ13C-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DOpHδ13C-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)DOpH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 yr1。我們的研究結(jié)果表明,陸DOM的積累和降解會(huì)加CO2排放,同時(shí)伴隨DO的消耗和水pH值的下降。結(jié)果表明DOpH水平隨著陸地DOM的增加而下降δ13C-CO2隨陸FDOM的增加而降低;隨pH值的降低pCO2增加,δ13C-CO2的穩(wěn)定同位素特征降低。這些結(jié)果突出DOM的陸地輸入在驅(qū)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(kù)中碳平衡的變化時(shí),應(yīng)考DOM的化學(xué)成分和生物不穩(wěn)定性對(duì)DOpH的變化以CO2排放的影響。

 

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