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

摘要：

陸地輸入和隨后湖泊生態(tài)系統(tǒng)中溶解有機物（DOM）的降解會導致溶解氧（DO）的快速消耗。陸地DOM（包括有機酸）的輸入也會導致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2020年5月至2021年4月在中國主要人工飲用水水庫千島湖100個站點的月度實地采樣活動，我們估計該湖的年二氧化碳排放量（FCO2）為37.2±29.0 gC m−2 yr−1，相當于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。這些結果強調了陸地DOM輸入在改變物理化學環(huán)境和促進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：

確定中國主要水庫之一的千島湖中溶解有機質（DOM）的化學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個站點進行了現(xiàn)場采樣。研究者測量了溶解氧（DO）、pH、水溫和陸地DOM熒光（FDOM），并收集了水樣進行實驗室分析，包括DOC、Chl-a、δ2H-H2O、SUVA254等。此外，還使用超高效分辨率質譜（FT-ICR MS）來追蹤DOM的分子組成，同時使用Picarro G2201-i同位素分析儀來測量CO2的穩(wěn)定同位素組成，并進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量水樣中CO2的濃度及穩(wěn)定同位素組成，這是離散采樣測量。在文章中，展示了2022年5月、8月和2023年3月在水庫中進行的三次垂直剖面采樣期間收集的pCO2和δ13C-CO2的數據，這些數據是通過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(wěn)定同位素組成（δ13C-CO2），這有助于研究者們理解CO2的來源和產生過程。通過這些數據，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致了DO的消耗和pH的降低，從而促進了CO2的排放。這些發(fā)現(xiàn)支持了研究的結論，即陸地DOM的積累和降解是水庫CO2排放的關鍵過程，并且這些排放與水體中DO的消耗和pH的降低有關。這些結果強調了在模擬湖泊和水庫碳平衡的變異性時，應考慮DOM的化學組成和活性對DO和pH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 yr−1。我們的研究結果表明，陸地DOM的積累和降解會加劇CO2排放，同時伴隨著DO的消耗和水體pH值的下降。結果表明，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。這些結果突出了DOM的陸地輸入在驅動CO2排放中的重要性。鑒于DOM在全球碳生物地球化學循環(huán)中的重要性，在模擬湖泊和水庫中碳平衡的變化時，應考慮DOM的化學成分和生物不穩(wěn)定性對DO和pH的變化以及CO2排放的影響。