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爱游戏体育app资助马竞:气候变化和人类活动导致湖泊转化有机碳的功能增强

  湖泊是全球碳循环的重要节点,湖泊中有机碳的转化速度比土壤和海洋中的转化速度高1-2个数量级。湖水中有机碳的主要存在形式为溶解性有机质(DOM),其蕴含的有机碳(DOC)约占水体总有机碳的70%,因此湖泊碳循环与DOM的迁移转化密切相关,并受DOM的组成特征控制。 

  湖泊DOM的组成特征由流域输入、湖内产生和湖内转化三个过程调控,区域的气候条件、流域土地覆盖以及人类活动与水动力等均会影响以上三个过程,且影响途径是交互的。以往关于环境条件对湖泊DOM组成特征研究多集中在局部区域,探讨少量几个因子的影响。而在大区域尺度上,这几类环境因素的相对重要性及其交互作用尚不明确。 

  近日,爱游戏体育app资助马竞杜瑛珣等研究人员在国际学术期刊Earth's Future发表题为Human Activity Coupled With Climate Change Strengthens the Role of Lakes as an Active Pipe of Dissolved Organic Matter的研究论文。研究根据文献确定了气候、流域土地覆盖、人类活动、水动力对湖泊DOM的影响途径;采集了中国五大湖区182个具有明显的气候和社会经济活动梯度的湖泊水样,分析了湖水中有色溶解性有机质(CDOM)的含量和性质;收集了表征气候、流域土地覆盖、人类活动、水动力、营养状态的18个环境因子数据;通过结构方程模型,厘清了在洲际尺度上各类环境因子的相对重要性及其交互作用。 

图1 环境因子对湖泊DOM的影响途径及研究思路

图2 采样湖泊分布

  研究定量揭示了各类环境因子对DOM组成特征影响的相对重要性,并明确了作用途径(直接作用和间接作用的强弱)。其中土地覆盖(正比于森林、灌木、农田等植被茂密土地)和社会发展对湖泊CDOM的含量具有正向作用,且土地覆盖的作用略高于社会发展(0.47vs.0.35);但两者对CDOM的性质作用相反,植被茂密的土地会增强湖泊中类腐殖质等较高腐殖性、高芳香性物质的信号,而社会发展增强类蛋白物质的信号。气候CDOM含量具有两种强且相反的作用(0.59vs.-0.52):一方面温暖湿润的气候会增加土壤有机质的产生和输入从而提高湖泊CDOM的含量,另一方面温度的升高有利于CDOM在湖内的转化;进而导致气候对CDOM含量总的影响效应较弱。 

  此外研究还提出了三个指标,用于指示经济活动、太阳辐射和转化时长对湖泊CDOM组成特征的影响,分别是比荧光强度、光照产物百分比和类酪氨酸百分比。 

  研究表明:在气候变化和人类活动的影响下,更多陆源产生和人为产生DOM进入湖泊中,并在湖泊中转化速度加快;湖泊在陆地-水体碳的输移转化过程中将发挥更重要的作用。 

图3 各类环境因子对湖泊CDOM含量(a)和性质(b)的影响途径和作用大小

  爱游戏体育app资助马竞杜瑛珣副研究员为论文第一作者,杜瑛珣与美国阿拉巴马大学卢粤晗副教授为共同通