通江湖泊水体碳源汇的时空格局及其驱动机制研究——以鄱阳湖为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 王朔月 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 高扬 |
| 关键词 | 湖泊碳循环 碳源汇 碳排放 驱动机制 通江湖泊 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 湖泊是全球碳循环中重要的源和汇，对全球气候变化和生物地球化学循环具有深远影响，并在地球系统碳中和进程中发挥着至关重要的作用。湖泊水体碳在多界面的迁移、转化与埋藏过程呈现高度动态特征。通江湖泊作为河流-湖泊连续体的关键节点，其碳循环和源汇格局受水文异质性、生物地球化学过程和全球变化的协同驱动，对区域碳平衡及全球碳收支具有深远影响。探究通江湖泊系统的多尺度水体碳源汇的时空分异格局、来源特征和输送通量，并系统性阐明其驱动机制对于更全面地了解湖泊碳循环过程和温室气体排放机制具有关键科学意义。本研究以长江中下游典型通江湖泊——鄱阳湖为对象，聚焦其水体多尺度碳源汇的时空格局及其驱动机制，并解析通江湖泊和长江的江湖交互系统的碳源汇异质性耦合效应。通过集成水文-环境参数监测、碳组分多界面通量分析及稳定同位素示踪技术，主要取得了如下的研究进展： （1）鄱阳湖碳组分呈现显著的时空异质性。季节变化上，溶解态无机碳（DIC）在涨水期因流域碳酸盐风化增强，含量较雨季增加55%，溶解态有机碳（DOC）在枯水期因水位下降和陆源凋落物输入达到峰值，空间分异上，封闭的碟形湖区以陆源有机碳为主导，而开放的入江水道区表层藻类碎屑占比达67%。垂直尺度上，底层颗粒态有机碳（POC）浓度是表层的1.7 倍，表层以浮游植物光合主导的内源POC 为主，底层则以外源输入（如沉积物再悬浮和陆源侵蚀）为主导，形成“内源-外源”垂直分异格局。 （2）浮游植物群落特征与初级生产力（PP）呈现显著的季节与空间响应。涨水期径流输入的营养盐和光热条件优化驱动初级生产力达到峰值，退水期水体混合加剧导致波动性最大。枯水期低温静水环境利于硅藻主导（62.17%），丰水期高温富营养化促使蓝藻爆发，群落演替调控了水体的固碳能力。此外，近三十年长期氮沉降增加与农业面源输入导致水体氮浓度上升，驱动了水体生产力水平上升，显示出了人类活动对流域碳循环的深远影响。 （3）鄱阳湖水-气界面碳收支呈现出显著的时空分异。空间上，显示出了“子湖强源-水道弱汇”的分布格局。碟形湖区因沉积物厌氧分解和有机质降解成为主要碳源，而入江水道区受藻类光合作用与长江水体稀释得影响呈现出了碳汇潜力。季节上，涨水期的高溶解碳径流输入加剧二氧化碳（CO₂）排放，而退水期藻类固碳和pH 缓冲作用部分抵消CO₂释放。鄱阳湖碳通量的输入与输出呈现季节异步性。人类活动如采砂和水利工程改变沉积物输移路径，削弱中游碳埋藏能力，加剧下游通量稀释，显示出自然过程与人为干扰的交互影响。 （4）水文条件变化是通江湖泊碳源汇过程的重要调控因素。季节尺度上，水文节律通过径流输入、营养盐稀释和沉积物活化调控碳形态转化；空间尺度上，碟形湖的陆源主导与入江水道的内源-外源混合形成碳来源分异；垂直尺度上，碳来源呈现梯度分异，表层以内源浮游植物为主导，底层受陆源输入与沉积物再悬浮过程控制。在不断变化的水文条件下，通江湖泊展现出显著的碳源与碳汇转换潜力。 （5）长江与鄱阳湖通过物质交换形成互补的碳源汇格局。洪水期长江高DIC输入促进鄱阳湖碳酸盐沉淀，退水期鄱阳湖藻源颗粒碳通过再悬浮向长江输送，驱动不同形态碳的异步循环过程。三峡大坝运行改变江湖水沙平衡，导致鄱阳湖枯水期延长和碳滞留风险增加，而长江中游因沉积物拦截碳埋藏能力下降。两者的异质性耦合揭示了自然水文与人类工程对流域碳循环的重要影响。 （6）基于鄱阳湖水体碳源汇机制以及江湖系统水体碳源汇的异质性交互机制，建议以分时期和分区域管控为核心，实施江湖系统碳协同管理策略。枯水期缓解水位骤降，丰水期延长藻类固碳窗口，在三峡工程中增设碳汇窗口期以平衡碳滞留与释放。碟形湖区强化湿地保护与农业面源拦截，而入江水道区则通过底泥疏浚调节沉积物再悬浮过程，在河口区建设生态堰坝调控粗颗粒碳输移，同时长江需注重污水处理和营养盐截留。 本研究系统揭示了水文过程与全球变化耦合驱动下通江湖泊水体碳循环与源汇过程的多尺度机制，为制定江湖系统碳协同管理的适应性策略提供了坚实的理论支撑，对提升通江湖泊碳汇功能、助力流域碳中和目标的实现具有重要意义。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 153 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217251]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王朔月. 通江湖泊水体碳源汇的时空格局及其驱动机制研究——以鄱阳湖为例[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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