水庫作為重要的水生態(tài)系統(tǒng)，其碳源匯動態(tài)對全球碳循環(huán)與碳收支具有重要影響。暴雨過程中微生物高代謝率以及來自上游有機(jī)物的持續(xù)輸入和降解或是水庫碳排放的重要來源之一。暴雨導(dǎo)致水溫、溶解氧和水化學(xué)特征，尤其是溶解性有機(jī)物（DOM）來源組成發(fā)生變化。這些參數(shù)通常在幾個小時到幾天內(nèi)迅速波動，并顯著影響二氧化碳和甲烷的產(chǎn)生和排放。然而，對水庫水體理化參數(shù)和DOM來源組成的分析依賴逐周、逐月乃至逐季度的野外觀測。 

　　常規(guī)周期性監(jiān)測手段無法捕捉到暴雨等偶發(fā)性事件發(fā)生發(fā)展規(guī)律，鑒于此，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所研究員張運(yùn)林研究組副研究員周永強(qiáng)等在千島湖上游新安江流域，對暴雨事件前后水體理化性質(zhì)、DOM來源組成的動態(tài)變化以及對碳排放的作用機(jī)制展開研究。該研究利用DOM光譜和傅里葉變換離子回旋超高分辨率共振質(zhì)譜（FT-ICR MS）等手段揭示了暴雨事件前后DOM的來源組成，利用Picarrro碳同位素分析儀分析了暴雨前后甲烷和二氧化碳的穩(wěn)定同位素組成，推進(jìn)了暴雨事件對水化學(xué)和DOM來源組成動態(tài)的影響以及對二氧化碳和甲烷的排放通量影響的研究進(jìn)展（圖1）。 

　　研究顯示，暴雨事件會在短時間內(nèi)顯著提高流域內(nèi)的陸源有機(jī)碳、二氧化碳和甲烷的排放通量（圖2、3）。暴雨導(dǎo)致流域內(nèi)大量高度不穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)在水體內(nèi)富集，為生態(tài)系統(tǒng)異養(yǎng)呼吸提供了優(yōu)異的基質(zhì)，同時DOM的降解和顆粒狀有機(jī)質(zhì)的存在，在水-沉積物界面創(chuàng)造了適合厭氧微生物產(chǎn)甲烷的厭氧環(huán)境，從而增強(qiáng)甲烷排放（圖4）。此外，暴雨過后的低壓環(huán)境以及水庫中氮/磷水平的顯著升高，也影響二氧化碳和甲烷的排放通量升高。結(jié)果表明，由于氣候變化導(dǎo)致暴雨的發(fā)生頻率和降雨強(qiáng)度的增加，可能增加不穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)對水庫的輸入，未來應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)在極端暴雨事件期間的高頻監(jiān)測，以期為水庫碳排放管理方案的制定提供參考依據(jù)。 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Environmental Science & Technology上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、南京地理所、江蘇省自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃的支持。 

　　論文鏈接 

圖1.暴雨事件促進(jìn)陸源DOM輸入及碳排放機(jī)制圖 

　　圖2.暴雨前后新安江上游流域降雨量及來水量，溶解氧、pH、葉綠素a、溶解性有機(jī)碳DOC、DOM光譜吸收、紫外比吸收系數(shù)、陸源組分的高頻變化特征 

圖3.暴雨前后街口站溶解氧垂向剖面變化特征以及二氧化碳、甲烷的排放通量與同位素組成的高頻變化特征 

圖4.暴雨前后葉綠素、溶解氧、DOM吸收、比紫外吸收及陸源組分與二氧化碳、甲烷排放通量的關(guān)聯(lián)性分析