点击蓝字，关注我们
湖泊是全球碳循环的重要组成部分，在全球CO2和CH4收支中起着关键作用。人类活动加剧导致富营养化，减少了浅水湖泊的大型植物的分布，增加了浮游植物的分布。然而，关于湖泊中以各种初级生产者为主导的生境中CO2和CH4在水-空气界面上的通量如何随时间变化以及CH4排放如何抵消CO2吸收的信息非常有限。近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所钟继承老师为通讯作者，张雷老师为第一作者，在Journal of Hydrology上发表论文“Atmospheric CO2 absorption and counteraction by CH4 emission across contrasting habitats in a large eutrophic lake ”，研究对中国太湖四个站点的CO2和CH4原位通量进行了为期一年的逐月观测。所选四个站点分别代表高密度浮游植物、低密度浮游植物、浮叶植物和沉水植物主导的生境。
研究结果表明，CO2通量范围为−439±385 ~ −106±348 μmol m−2 h−1，CH4通量范围为1.96±3.79 ~ 10.7±14.8 μmol m−2 h−1。CO2通量主要受水体pH、P水平和沉积物有机碳的调节，CH4通量主要受水体Chl-a、P水平及沉积物有机碳的调节。4种生境均是大气CO2的汇和CH4的源，其中浮游植物密度高的生境CO2吸收最高，CH4排放最强。总体来说，在太湖这样一个典型大型浅水富营养化湖泊中，各种生境始终能够吸收大气中的CO2，即便存在CH4排放的抵消效应。当换算为CO2等效通量时，四个站点的CH4排放抵消了大气CO2吸收量的7-69%。这些发现为理解浅水湖泊中水–空气界面的碳收支以及CO2和CH4的动力学提供了重要的见解。
图1 中国太湖的位置以及代表太湖四种生境的四个研究地点。Phy，高密度浮游植物；Tra，低密度浮游植物（浮游植物与大型水草之间的过渡）；Flo，浮叶大型水草；Sub，以沉水大型水草为主的生境。
本文研究了一个大型浅水富营养化湖泊4种生境中CO2和CH4通量的差异，其中2种生境以不同密度的浮游植物为主，1种生境为浮叶植物，1种生境为沉水植物。本研究的主要目的是：(1) 4个生境CO2及CH4的排放的时空异质性及主要的驱动因素（2）4种生境CH4排放对CO2吸收的抵消作用及差异；（3）考虑CH4排放的CO2当量，总通量在不同生境间的源汇差异。本研究的结果加深了我们对大型浅湖，特别是在状态转换期间CO2和CH4动力学的理解。本研究阐明了大型浅水湖泊在温室气体收支中的作用。
图2 2014 年 8 月至 2015 年 7 月，太湖四种不同生境的水柱和沉积物理化指标。
图3 2014年8月至2015年7月太湖四个站点水气界面上的CO2（a-d）和CH4（e-h）月通量。
图4 太湖四个站点水气界面CO2和CH4通量的箱线图。
图5 所有研究点位的CO2通量与水和沉积物各种参数之间的线性回归关系。
图6 所有研究点位的CH4通量与水和沉积物各种参数之间的线性回归关系。
图7 太湖四个地点的CO2年通量（a）、CH4 的CO2当量（b）、CO2当量总量（c）以及 CH4排放对CO2吸收的抵消量（d）。
太湖中四种研究生境都是大气CO2的吸收汇和大气CH4的排放源。CO2吸附通量和CH4排放通量最高的生境是高密度浮游植物主导的湖区，CO2吸收通量最低的生境是浮叶植物区和沉水植物区，CH4排放通量最低的生境是低密度浮游植物区（过渡湖区）。在年度收支计算中，CH4排放量抵消了大气中CO2吸收量的7-69%，其中沉水植物区最高，低密度浮游植物区最低。因此，即使考虑到CH4排放的抵消作用，所有生境均表现为大气CO2的吸收汇，其中浮游植物主导的湖区比大型植物主导的湖区吸收了更多的CO2。本文研究结果表明，在一个大型浅层富营养化湖泊中，以不同初级生产者为主的各种生境都能吸收大气中的CO2，这证明这类湖泊是大气CO2的吸收汇。这也表明，当水体条件从清澈的大型植物为主的状态转变为浑浊的浮游植物为主的状态时，对大气CO2的吸收会增加。考虑到水气界面上CO2和CH4通量的昼夜波动，对夜间通量的更全面观测将提供更明确的结论。
文章来源：Zhang, L., Liu, D., Yang, F., Yao, E., Yu, J., Huang, W., Wang, J., Zhong, J., 2024. Atmospheric CO2 absorption and counteraction by CH4 emission across contrasting habitats in a large eutrophic lake. Journal of Hydrology. 132171.
编辑：杨凡艳
