湖泊生态系统是自然源温室气体的重要来源之一，了解其碳排放及生物地球化学过程对于评估全球温室气体排放至关重要。我院周起超课题组近年来致力于湖泊碳循环方面的研究，曾于2022年在Nature index期刊Water Research发表了题为“Concentrations of dissolved organic matter and methane in lakes in Southwest China: Different roles of external factors and in-lake biota”的研究成果（https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119190），从湖泊-流域视角和区域尺度探究了多层次环境因子与代表性水生生物（浮游植物和大型底栖无脊椎动物）群落对水体溶解性有机物（DOM）和CH₄浓度的综合影响。

由于湖泊碳排放调控过程的时空异质性强，全球湖泊碳排放的估算结果仍存在争议，而不同水文条件下CO₂和CH₄浓度预测因子的厘定有助于提高估算准确性。近日，该课题组基于对我国西南地区71个湖泊的野外观测，从区域尺度上进一步揭示了四种典型水文模式（旱雨季及不同混合格局）下表层水体CO₂与CH₄浓度的变化机制，相关成果以“Influence of hydrological features on CO₂ and CH₄ concentrations in the surface water of lakes, Southwest China: A seasonal and mixing regime analysis”为题，再次发表于Water Research期刊。

研究发现，雨季CO₂和CH₄的平均浓度显著高于旱季，垂直混合点位的CO₂和CH₄的平均浓度总体高于分层点位，且CO₂和CH₄浓度随混合程度的变化趋势有异。同时，将环境因子划分为四类，即湖泊形态（湖泊面积、水深和补给系数）、地理气候因素（海拔、风速、降水和土地利用强度）、水体理化因子（水温、透明度、溶解氧和pH值）和系统生产力（以总氮、总磷、叶绿素a和DOM含量为代表），在方差分解的基础上，通过构建偏最小二乘路径模型（PLS-PM）开展进一步分析，发现四种不同水文模式下环境因子对水体CO₂和CH₄浓度的驱动机制不同。在雨季，湖泊形态和地理气候因子是直接驱动碳浓度变化的主要因子，而在旱季，湖泊形态和地理气候因子通过影响水体理化因子来影响系统生产力，进而间接影响碳浓度；虽然湖泊形态和地理气候因子对垂直混合点位和分层点位水体碳浓度均有直接影响，但系统生产力的直接影响仅表现于分层点位。这意味着，在空间大尺度上估算湖泊碳排放时，考虑与降水相关的季节与湖泊混合状态的影响将有助于提高精度。

我校资源与环境专业2021级硕士生杨晓莹为该论文的第一作者，周起超研究员为通讯作者；参与研究的还有中国科学院南京地理与湖泊研究所周永强副研究员，我校生态学专业2021级硕士生余志荣、2023级博士生李静毅，英国雷丁大学杨洪教授，南京师范大学黄昌春教授和丹麦奥胡斯大学Erik Jeppesen教授。该研究获国家自然科学基金项目（Nos. 42071131, 42322104）、国家重点研发计划课题（No. 2017YFA0605202）和云南省科技计划项目（No. 202103AC100001）等的共同资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121131

作者：杨晓莹