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科研动态

生态修复团队在浅水湖泊温室气体排放的模式及其驱动机制研究方面取得重要进展

时间:2020-08-14 11:22:09  作者:  点击:

湖泊在全球碳循环中起着重要的作用,尽管湖泊面积不超过地球表面积的2%,但却是全球温室气体排放的热点区域之一。近年来,大量证据表明湖泊的富营养化进程驱动了温室气体的排放,但由于湖泊的温室气体释放途径多样,释放方式随机性强,不同湖泊温室气体的产生和排放存在巨大的不确定性。特别是对于长江中下游的浅水湖泊群,由于近几十年来的经济发展和对湖泊资源不合理的开发利用,导致浅水湖泊演化成富营养化湖泊趋势加剧,甚至已经出现了湖泊的重度富营养化。随着水体富营养化程度的加剧或者水体初级生产力的提高,可能会诱导湖泊温室气体排放加剧,因此,揭示不同营养水平湖泊的温室气体排放模式及其驱动机制,对于未来我国湖泊生态系统温室气体排放的估算以及应对全球气候变化至关重要。

近期,我院生态修复团队许晓光副教授等人与中科院水生生物研究所应用微生物与水质净化学科组宋康研究员团队合作对长江中下游不同营养状态湖泊CH4排放通量的开展调查,评价湖泊营养状态在CH4排放中的作用。结果表明,中营养型、富营养型、中度富营养型和超富营养型湖泊的CH4排放通量分别为0.1, 4.4, 12.0, and 130.4 mg m−2 h−1。从中营养态到高富营养态,产甲烷菌占总种群的相对丰度分别为0.03%0.35%0.94%1.17%。不同营养状态湖泊的大尺度地理格局表明,水体中NH4+-N可以很好地预测CH4的排放。此外,湖泊由清水态向浊水态的转变,CH4排放呈非线性增长。特别是富营养化湖泊,由于受蓝藻水华的影响,已经成为CH4排放的热区。研究结果发表在环境领域主流刊物Environmental Pollution上,全文链接: https://doi.org/10.1016/j.envpol. 2020.114919

基于上述研究成果,进一步针对富营养化湖泊探究温室气体产生和释放的驱动机制。河口是N2O产生和排放的热点地区,也是最易产生悬浮颗粒物(SPS)的重要场所,然而,目前对SPS在湖泊生态系统含氧河口水体N2O排放中作用的认识还很有限。研究小组进一步在高富营养化湖泊太湖河口区域进行了实地调查,同时进行了室内模拟,以确定不同SPS浓度下N2O的排放特征。结果表明,太湖河口N2O排放通量为9.75118.38 μg m−2 h−1,表明太湖河口N2O排放具有高度的空间异质性。虽然河口水域的溶解氧浓度高达7.85 mg L−1,但其N2O排放通量约为湖区的3倍。多元回归模型结果表明总氮、SPSDO浓度影响N2O排放通量的关键因素。特别是对于SPS室内试验模拟结果表明,在含有4 mg L−1NO3-N氧水柱中,随着SPS浓度的增加,N2O释放速率逐渐增加,说明高浓度的SPS可以加速含氧水柱中N2O的排放。SPS中反硝化菌群的变化与N2O排放呈显著正相关研究结果将引起人们对SPS在富营养化湖泊N2O生成和排放中的作用的关注,其对氮循环的影响是今后研究的重点。研究结果发表在环境领域主流刊物Environmental Pollution上,全文链接: https://doi.org/10.1016/j.envpol. 2019.06.076

富营养化湖泊温室气体产生和释放主要是通过湖泊沉积物的矿化作用,同时该过程也释放了大量的营养盐。然而,不同湖泊沉积物释放温室气体和营养盐及其相互关联机制的认识尚不充分。研究小组以长江中下游不同浅水湖泊沉积物为研究对象,研究了温室气体和营养盐的释放特征。结果表明,沉积物矿化过程是湖泊温室气体排放的主要源贡献。实验后期CH4CO2的释放浓度高达1×103 μmol L−1,而N2O的浓度相对较低,最大值约为10 μmol L−1。此外,所有湖泊沉积物均向上覆水体释放养分,其中TCTOCTNNH4+-NTP的浓度分别达到173.0102.736.730.86.34 mg L−1。统计分析表明,温室气体的养分控制释放是同步的,即沉积物中养分含量越高,释放的温室气体浓度越高。这些研究结果可以使人们更好地认识到,沉积物内源养分水平的控制对湖泊治理极为重要,对减轻湖泊沉积物温室气体排放具有积极作用。研究结果发表在环境领域主流刊物Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology上,全文链接: https://doi.org/10.1007/s00128-020-02919-5



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