湖泊生态系统中陆源溶解有机物（DOM）输入及随后的降解过程会导致溶解氧（DO）消耗，陆源DOM输入携带有机酸也会导致pH值下降，这些过程均会显著影响二氧化碳（CO₂）等温室气体的排放。然而，很少研究系统调查陆源DOM输入、水体中DO和pH值以及CO₂排放之间的联系。  

　　鉴于此，中国科学院南京地理与湖泊研究所张运林研究员研究小组通过大型水库千岛湖月度样品采集与分析，对水体理化性质和DOM来源组成的动态变化及其对碳排放的作用机制展开研究。利用吸收光谱和荧光光谱以及超高分辨率质谱（FT-ICR MS）来表征DOM的来源和组成，利用Picarrro碳同位素分析仪分析了CO₂浓度和稳定同位素组成。  

　　研究结果表明，陆源DOM的积累和降解会加剧CO₂的排放，同时导致DO消耗和水体pH值下降。千岛湖的CO₂排放通量（FCO₂）显示出明显的季节和空间变化（图1），在5-11月入湖区FCO₂显著高于其他区域，秋季（9-11月）整个水库的平均FCO₂最高，经估算，该湖泊CO₂的年排放通量为0.02 0.02 TgC。FCO₂随着DO、Chl-a和 ²H-H₂O的降低而显著增加，随着陆源类腐殖质DOM丰度和比紫外吸收系数（SUVA₂₅₄）的升高而增加（图2）。水体DO和pH与陆源类腐殖质DOM丰度和SUVA₂₅₄均呈显著负相关。这表明，陆源输入将流域内土壤有机物等芳香性水平高的DOM输送到湖泊，微生物等降解过程造成DO的消耗，同时与pH下降共同促进了湖泊CO₂的排放。 

　　垂直剖面观测进一步证实，随着陆源FDOM的增加，DO和pH减小，pCO₂增加， ¹³C-CO₂降低（图3）。上游河口区多环芳烃和多酚类化合物富集，其相对丰度与FCO₂显著正相关，进一步印证陆源物质输入对CO₂排放的促进作用。这些结果强调了陆源DOM输入通过改变水体理化性质，促进CO₂排放方面的重要性。  

　　上述研究成果发表于国际权威期刊Water Research，该研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院南京地理与湖泊研究所基金等项目的联合资助。  

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121155  

图1 2020年5月-2021年4月千岛湖表层水体二氧化碳通量（FCO₂）的空间分布特征  

图2 水质指标、DOM相关指标与二氧化碳排放通量主成分分析  

图3 剖面二氧化碳分压（pCO₂）（a-c）及其稳定同位素特征 ¹³C-CO₂（d-f）与DO、FDOM、pH等之间的关联性分析；DO和pH与FDOM之间的关联性分析