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全水柱综合观测揭示亚热带河流-水库系统碳氧相互作用机制
发布时间:2021年04月08日 点击数:

2021年4月6日,《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》在线刊登了陈能汪教授为通讯作者的题为“Interaction between oxygen consumption and carbon dioxide emission in a subtropical hypoxic reservoir, southeastern China“的研究论文。该研究基于全水柱测量和机理实验,揭示亚热带河流-水库系统碳氧耦合机制。

目前人们对大坝建设导致河流湖库化和富营养化问题的认识比较清楚,但对于全球变化背景下水库的氧动力学和碳循环之间的相互作用机制还缺乏系统的研究。陈能汪教授课题组长期从事流域-近海复杂系统环境过程研究,于2015年组织水库多学科研究团队,以福建省第一大江闽江最大的水口电站水库为研究案例,重点研究水库低氧区形成的主控过程和机制,探析水库碳酸盐系统与碳氧平衡关系,评估库区与坝下河流CO2排放通量,重点考察大坝建设对河流下游及近海生态环境的影响。

课题组于2017-2018年间开展不同时间尺度的综合观测和验证性机理实验,基于碳氧的生物地球化学计量分析框架,研究发现水库季节性耗氧过程和温室气体CO2产生的不平衡关系。主要研究结果包括:(1)与湖泊不同,水库具有独特的水动力场,夏秋季节形成双层化结构,抑制氧的垂向混合;暴雨径流携带大量外源有机质,加上库区藻华过程合成有机质,水柱有机质微生物分解过程伴随耗氧过程,是库区底部低氧(<2.0 mg/L)持续时间长(7-11月)、低氧深度大(5米以深)的主要原因;(2)夏季低氧可抑制有机碳转化,暴雨洪水异重流输入、支流低温水输入以及冬季混合充氧可以促进底层水有机碳转化;微生物主导CO2排放但存在季节上的“滞后效应”, 夏冬两季CO2产生与O2消耗出现不平衡现象,可能与化学自养过程、有机物厌氧分解的碱度缓冲以及硝化过程有关;(3)库区表层水为CO2排放的源(夏季除外),5米以深水柱常年CO2过饱和,通过大坝下泄进入下游河道,再经水气界面释放,贡献了近70%的水库CO2年排放总量(~38.9×106kg C yr-1)。

通过上述研究,获取了亚热带典型电站水库全水柱的碳氧过程参数和CO2排放通量数据,强调了筑坝活动对河流碳代谢过程以及CO2排放路径的重要调控作用。研究结果可为河流-水库耦合模型的发展以及流域生态环境治理提供理论依据,对于全球气候变化研究也有重要的启示。

本研究获得国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金的资助。福建省闽清环境监测站在野外调查期间给予大力支持。宝马娱乐在线登录2016级环境管理专业硕士生严婧为论文第一作者,中国海洋大学刘茜副教授、荷兰乌特勒支大学Jack Middelburg教授、宝马娱乐手机版郭卫东教授、谢聿原博士、研究生王芬芳和吴泽涛、福建省环境监测中心站张鑫为合作者。

文 | 陈能汪

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