生物碳泵(BCP)在地表水中形成的內源有機碳(AOC)可能是一個重要的碳匯。然而在全球遺失碳匯中的位置、大小、變化和機制尚不確定。前期研究表明,在清水條件下,由於光線可以滲透到水體,水生光合生物利用水體中DIC形成有機碳進行埋藏,形成穩定碳匯。但是對於高濁度水體中AOC的形成機制尚不清楚,特別是對於大的河流系統而言。
針對以上科學問題,中國科學院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室劉再華研究員領導的喀斯特(岩溶)水-碳迴圈研究小組,利用水化學、同位素組成、C/N比及生物標誌物特徵相結合的手段,於2016年和2017年在長江黃河開展了大江大河有機碳溯源與BCP效應機制的研究。結果表明:
(1)兩條河流的水化學具有明顯的季節變化。雨季,由於稀釋效應,各離子濃度降低,而旱季離子濃度新增。有機質C/N比和δ13C值均較低,反映了BCP效應的存在。
(2)以正構烷烴為主要生物標誌物,分別計算出了長江、黃河雨季、旱季AOC的比例,長江AOC比例為29%-88%(平均49%),雨季(55%)高於旱季(46%);黃河AOC比例為19%-68%(平均41%),雨季(31%)低於旱季(51%),表明兩條河流都具有强烈BCP效應,但是季節差异明顯(圖1)。旱季由於長江較低的溶解CO2濃度限制了水生光合生物的光合作用,導致BCP效應降低,囙此AOC比例降低;黃河枯水期BCP效應較强主要是由於旱季光照增强的結果。
(3)即使在高濁度的河流中,如黃河,水生光合作用對DIC的利用同樣可以產生大量的AOC。
上述結果綜合表明,無論是在清水系統還是高濁度的河流中,由於水體的BCP效應的存在,都可以產生大量的AOC,這為尋找陸地遺失碳匯提供了可能的研究方向。
圖1長江、黃河雨季、旱季內源有機碳(AOC)占比
該研究得到了中國科學院先導專項(XDB40020000)和國家自然科學基金專案(42130501,U1612441和42177248)的資助,相關研究結果發表在國際環境學期刊《Science of the Total Environment》上,文章連結:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721075070