利用二氧化碳（CO2）与氧气（O2）的化学计量关系研究秋季生态系统代谢的年际变化

《Ecosystems》：Interannual Variability in Fall Ecosystem Metabolism Using CO2: O2 Stoichiometry

秋季表层水体二氧化碳积累与溶解氧消耗的年际变化特征及驱动机制研究。基于连续七年秋季溶解氧和二氧化碳浓度监测，分析发现表层二氧化碳积累率与气温、降水显著相关，高温多雨年积累量最高（0.81 μmol·L?1·d?1），低温少雨年最低（0.37 μmol·L?1·d?1）。氧气消耗率年际变化较小，可能与分层持续期延长有关。研究揭示秋季气体偏离1:1平衡可综合反映流域输入、分层特征及内部生物化学过程，为温带分层湖生态系统代谢评估提供新指标

　　

摘要

溶解氧（O₂）和二氧化碳（CO₂）的配对测量数据为生态系统代谢提供了关键见解。虽然人们通常认为光合作用和呼吸作用这两个耦合过程遵循1:1的化学计量比，但实际上许多其他物理、化学和生物过程会导致湖泊中溶解氧和二氧化碳浓度的分离。追踪这种化学计量比的偏离情况有助于更全面地了解生态系统功能，尤其是在秋季，此时温度发生变化，温带气候下的湖泊会经历分层现象。我们在一个小型温带源头湖泊中连续监测了溶解氧和二氧化碳的浓度变化，并分析了7年间秋季的年度变化趋势。秋季的开始时间（以叶片颜色变化为标志）在不同年份有所不同，但与湖泊分层现象的开始以及表面气体浓度的变化高度吻合。秋季表层二氧化碳的积累速率变化较大，而溶解氧的消耗速率在不同年份间则较为相似。这些变化主要受温度和降水量年度差异的影响：在最热最湿润的秋季，表层水中积累的二氧化碳较多（分别为0.81 μmol L^?1 d^?1），这可能是由于流域输入量较大；而在长期低层水体缺氧的年份，表层二氧化碳的积累量较少。其他内部生物和化学现象也可能影响秋季的气体变化，例如中层水体中的氧气峰值、秋季表层的高初级生产力以及甲烷氧化等。我们认为，秋季的气体变化为温带分层湖泊提供了一个综合性的代谢特征，反映了流域的连通性和内部代谢过程。

溶解氧（O₂）和二氧化碳（CO₂）的配对测量数据为生态系统代谢提供了关键见解。尽管人们通常认为光合作用和呼吸作用这两个耦合过程遵循1:1的化学计量比，但实际上许多其他物理、化学和生物过程会导致湖泊中溶解氧和二氧化碳浓度的分离。追踪这种化学计量比的偏离情况有助于更全面地了解生态系统功能，尤其是在秋季，此时温度发生变化，温带气候下的湖泊会经历分层现象。我们在一个小型温带源头湖泊中连续监测了溶解氧和二氧化碳的浓度变化，并分析了7年间秋季的年度变化趋势。秋季的开始时间（以叶片颜色变化为标志）在不同年份有所不同，但与湖泊分层现象的开始以及表面气体浓度的变化高度吻合。秋季表层二氧化碳的积累速率变化较大，而溶解氧的消耗速率在不同年份间则较为相似。这些变化主要受温度和降水量年度差异的影响：在最热最湿润的秋季，表层水中积累的二氧化碳较多（分别为0.81 μmol L^?1 d^?1），这可能是由于流域输入量较大；而在长期低层水体缺氧的年份，表层二氧化碳的积累量较少。其他内部生物和化学现象也可能影响秋季的气体变化，例如中层水体中的氧气峰值、秋季表层的高初级生产力以及甲烷氧化等。我们认为，秋季的气体变化为温带分层湖泊提供了一个综合性的代谢特征，反映了流域的连通性和内部代谢过程。