北方寒旱区富营养化草原湖泊地下水排泄(LGD)源碳对碳排放的贡献机制研究

针对寒旱区富营养化湖泊碳循环机制不明确的问题，研究人员以呼伦湖为研究对象，通过δ13 C-CO2 /CH4 /DIC稳定同位素和222 Rn质量平衡模型，首次量化了地下水排泄(LGD)贡献了14.7%的CO2 和12.3%的CH4 排放，为区域碳预算评估提供了关键参数。

　　

湖泊作为全球碳循环的重要环节，其温室气体排放机制一直是环境科学的研究热点。在气候变暖背景下，寒旱区湖泊因其特殊的生态敏感性，碳通量变化更显扑朔迷离。以往研究多聚焦湖泊内部生物地球化学过程，却忽视了地下水排泄(Lake Groundwater Discharge, LGD)这一"隐形通道"对碳循环的潜在影响。尤其在富营养化湖泊中，LGD可能通过输送大量溶解性碳组分，悄然改写湖泊的碳排放格局。

为揭开这一谜团，来自内蒙古大学等机构的研究团队选择中国纬度最高的典型富营养化浅水湖——呼伦湖作为天然实验室。通过创新性地耦合稳定同位素示踪与放射性同位素量化技术，首次系统解析了LGD源碳对寒旱区湖泊碳排放的贡献机制，相关成果发表在《Ecological Indicators》上。

研究采用多技术联合作战策略：运用δ¹³
C-CO₂
、δ¹³
C-CH₄
和δ¹³
C-DIC稳定同位素指纹识别碳来源；建立²²²
Rn质量平衡模型量化地下水排泄通量；结合温室气体扩散通量模型计算LGD贡献率。采样涵盖湖区11个位点、河流4个位点及周边15口民井的地下水样品，确保数据空间代表性。

3.1 碳赋存特征揭示地下水富含碳组分：DIC浓度(5089.00 μmol/L)显著高于河水，DOC浓度(1755.50 μmol/L)冠居三者。溶解态CO₂
(2.300 μmol/L)和CH₄
(0.029 μmol/L)浓度均高于湖水，证实地下水是潜在的碳"输送带"。

3.2 碳源同源性通过δ¹³
C同位素指纹证实：三类水体均聚集在乙酸裂解产甲烷(AM)区域，ε_c
分馏因子(20-60)指示地下水-湖水存在水力联系。DIC质量平衡模型计算显示，LGD贡献了湖泊57.79%的外源碳输入。

3.3 LGD贡献率通过²²²
Rn模型量化：地下水排泄速率达30 mm/d，其输送的CO₂
(0.221 mmol/m²
/d)和CH₄
(0.018 mmol/m²
/d)分别占湖泊总排放通量的14.7%和12.3%。

讨论部分指出三个突破性发现：首先，LGD通过双重机制影响碳循环——直接输入DIC/CO₂
提升扩散通量，同时输送的DOC促进微生物产甲烷。其次，寒旱区特有的水文特征（蒸发量>降水量5.7倍）加剧了碳组分浓缩效应。最后，沉积物中铁氧化物还原可能抑制了CH₄
生成，解释了呼伦湖较低的通量值。

这项研究开创性地建立了"碳源-通量"双维解析框架，将LGD纳入寒旱区湖泊碳预算评估体系。其意义不仅在于修正了传统模型14.7%的CO₂
排放漏算，更启示地下水保护可作为气候友好的湖泊管理策略。随着多年冻土退化加剧LGD通量，该成果为预测寒旱区碳循环响应提供了关键参数。未来需结合多季节监测，进一步揭示沉积物-水界面碳交换的调控机制。