【应用】夏季不同类型亚寒带湖泊温室气体通量研究

背景介绍

不同类型亚寒带湖泊夏季温室气体通量研究： Rõõm E I, Lauringson V, Laas A, et al. Summer greenhouse gas fluxes in different types of hemiboreal lakes[J]. Science of the Total Environment, 2022, 843: 156732. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.156732

湖泊是全球碳循环的重要组成部分，尽管其面积仅占地球表面积的约3%，却是重要的温室气体（GHG）排放源，特别是在中高纬度地区。二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）是主要的湖泊温室气体，而不同类型湖泊在气体交换方面存在显著差异。本研究《Summer greenhouse gas fluxes in different types of hemiboreal lakes》由Rõõm等人（2022）发表在《Science of the Total Environment》，系统比较了爱沙尼亚亚寒带地区9个不同类型湖泊（包括浅湖、深湖、溪流型湖泊和沼泽型湖泊）在夏季的温室气体通量，评估其对区域和全球碳平衡的潜在影响 。                    研究的主要目标是：1）量化不同类型湖泊夏季的GHG通量；2）评估湖泊理化因子对通量的影响；3）识别不同湖泊在碳排放格局中的角色和机制差异。这项研究有助于填补北半球亚寒带湖泊在GHG研究中的知识空白，并为气候模型的改进提供数据基础。

研究方法

结果与讨论

 1. CO2 通量  
各湖泊CO₂通量变化显著，从-1122 mg/m²/day（Coastal）到6600 mg/m²/day（Alk）不等。三类湖泊为CO₂排放源：碱性湖（Alk）、分层碱性湖（StratAlk）、黑水湖（DarkSoft）；而沿海湖（Coastal）、大湖（V-Large）、浅色软水湖（LightSoft）为CO₂汇。
CO₂通量与表层DCO₂浓度呈显著正相关（R > 0.9），表明表层过饱和是主要驱动力；
含碳酸盐湖（如Alk，HCO₃⁻浓度达293 mg/L）因碳酸钙沉淀释放CO₂，成为“CO₂烟囱”。

 2. CH4 通量  
CH₄通量变异更为剧烈，Coastal湖型日通量达629.3 mg/m²，LightSoft为229.8 mg/m²，StratAlk为88.8 mg/m²，其他湖泊均低于50 mg/m²。
CH₄排放以扩散与气泡形式共存，气泡释放主要出现在浅湖与沿海湖；
CH₄通量与湖泊中层至底层的CO₂梯度、电导率梯度相关，提示CH₄来源于底泥；
浅型非分层湖（如Large, MedAlk）排放较低，可能因良好的氧化层抑制了产甲烷过程。

 3. N2O 通量  
大多数湖泊N₂O通量接近检测下限，仅Alk湖表现出显著正通量（4.12 mg/m²/day）（，可能与其高NO₃-N浓度（3.13 mg/L）与高N/P比（38）相关。
DarkSoft和Coastal湖型出现弱N₂O吸收现象；
其他湖泊因夏季浮游植物竞争氮源或底层缺氧导致脱氮完成，N₂O转化为N₂，通量极低。

区域估算与全球意义

 1. 爱沙尼亚湖泊温室气体排放估算  
日平均总CO₂排放量：-8.16 × 10⁶ mol，显示全国湖泊为CO₂汇；
通过将 CH4 数据转换为CO2当量，所有爱沙尼亚湖泊的总排放量（8 TC day −1）变为强正值：每天 2720 T CO2 当量：2720吨CO₂e；
若仅考虑CH₄，则湖泊系统为显著温室气体源。
Peipsi湖（V-Large）因面积占全国湖泊面积¾，其CO₂汇作用使全国CO₂净通量为负（-142 mg/m²/day），成为抑制GHG排放的重要生态系统。

 2. 各湖型贡献分析  
虽然碱性湖（Alk）面积仅占全国湖泊面积0.09%，但因单位面积通量极高，在总排放中作用显著；
沿海湖（Coastal）虽面积不大，但CH₄排放强度极高，日均释放达630 kg CH₄。

结 论

本研究表明，湖泊类型是影响夏季温室气体通量的关键因素，特别是水深、DOC浓度、氧化还原环境对CH₄和CO₂通量有显著调控作用。沼泽型和浅型湖泊在GHG排放中起着主导作用，尽管其表面积可能较小，但其单位面积的排放通量显著高于其他类型湖泊。研究强调了将湖泊类型纳入碳通量估算模型的必要性，并指出需特别关注对陆地–水体碳耦合过程的管理。同时，也为未来跨季节和多年份研究提供了对比基础。

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