浅水洪泛平原湖泊中有机碳沉积的驱动机制及其对碳封存的影响

这篇研究通过8年跨生态系统实验，揭示了浅水洪泛平原湖泊中有机碳（OC）沉积的主导驱动因素。研究发现，浮游植物生产（autochthonous）是OC沉积的主要来源（1.3±1.2 g C m?2 d?1），而河流连通性通过营养盐输入间接促进沉积，但洪水事件会削弱碳沉积效率。研究为浅水湖泊在全球碳循环中的作用提供了关键数据。

　　

摘要

浅水湖泊作为有机碳（OC）储存场所的重要性日益凸显，但其沉积驱动机制仍不明确。英国Attenborough自然保护区内6个不同水文连通性的浅水湖泊（包括孤立、部分连通和河流连通湖泊）的8年沉积陷阱数据显示，河流连通湖泊的OC沉积速率（1.3±1.2 g C m^?2 d^?1）显著高于孤立湖泊（0.5±0.4 g C m^?2 d^?1）。广义线性混合模型（GLMM）表明，水柱叶绿素a（Chl a）是OC沉积的最佳预测因子，证实浮游植物生产的主导作用，而河流营养盐输入进一步刺激了这一过程。

材料与方法

研究基于2006-2013年月度沉积陷阱数据，结合理化参数（温度、溶解氧、pH、总磷TP、钙离子Ca²⁺）和生物指标（Chl a）分析。通过GLMM和方差膨胀因子（VIF<5）筛选变量，揭示OC和IC（无机碳）沉积的驱动机制。

结果

有机碳沉积：河流连通湖泊的OC沉积速率峰值出现在春夏季节，与浮游植物生物量增加同步。C:N比值（9.1-10.3）表明沉积物主要来源于水生生产，但冬季高流量时期C:N升高，反映陆源输入短暂增强。

无机碳沉积：IC沉积仅占总碳沉积的7%，但春季和夏季因藻类白化（algal whiting）和钙碳酸盐沉淀短暂升高至20-50%。

驱动因素：浮游植物生产是OC沉积的核心驱动力，但洪水事件通过缩短水体停留时间降低沉积效率。

讨论

碳封存潜力：假设20%埋藏效率，河流连通湖泊的年OC埋藏量达93±33 g C m^?2 yr^?1，显著高于全球浅水湖泊中值（40 g C m^?2 yr^?1）。

水文影响：未来极端降雨增加可能通过洪水脉冲削弱浅水湖泊的碳封存能力，尤其在人工砾石坑等易受干扰系统中。

意义

研究强调了富营养化浅水湖泊在碳循环中的双重角色：高生产力促进OC沉积，但水文波动可能限制其长期封存潜力，为管理人工湖泊提供了科学依据。