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    內陸水體儲碳作用機制研究進展

    2023-04-29 00:00:00郭瑤周巧紅王培吳振斌
    水生態(tài)學雜志 2023年4期

    摘要:碳循環(huán)是全球變化科學的研究重點,其源匯問題已成為全球變暖與地球系統(tǒng)科學領域的研究熱點。以海洋碳循環(huán)為基礎,綜述了水體儲碳的生物學過程與機制并梳理存在的科學問題;探討內陸水體的儲碳效率,其影響因素包括全球氣候變化、水體富營養(yǎng)化;結合水生植物的生理特性和生態(tài)位特點,以海洋MCP理論為基礎,提出水生植物-微生物耦合的內陸水體儲碳增匯作用新途徑;展望內陸水體儲碳作用所面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

    關鍵詞:內陸水體;儲碳;惰性溶解有機碳;水生態(tài)修復;微生物

    中圖分類號:X171.1 " " " "文獻標志碼:A " " " "文章編號:1674-3075(2023)04-0141-10

    全球變暖是當今世界各國最關心的環(huán)境問題之一,也是各國民眾最耳熟能詳的熱點話題。其根源在于化石燃料燃燒、森林大量砍伐等人為活動造成的以二氧化碳(CO2)為主的溫室氣體在大氣中急劇增加,監(jiān)測結果顯示當前大氣CO2濃度已接近0.042%(https://www.co2.earth/monthly-co2),使百萬年來地球氣候環(huán)境演化形成的平衡正在發(fā)生改變(Hilton amp; West,2020),繼而引發(fā)一系列全球性極端氣候事件(Boaga et al,2020;Wang et al,2020a) (表1)。CO2濃度增加已受到各國政府的高度關注,并已試圖通過國際性公約控制CO2的過度排放。從1992年聯(lián)合國政府兼氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)通過《聯(lián)合國氣候變化框架公約》,到1997年在日本京都通過《京都議定書》,再到2015年巴黎氣候變化大會通過《巴黎協(xié)定》,這些旨在控制全球氣候變暖的綱領性文件表明越來越多的國家意識到控制全球氣候變暖的重要性,CO2減排已成為各國政府應對氣候變暖的主要措施。中國政府從2006年首次提出“節(jié)能減排”號召開始,近十幾年來始終積極采取有效措施應對氣候變化。當前我國境內每年的碳排放量已高達160億t,面臨巨大的碳減排壓力(http://carbonmonitor.org.cn/)。中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,爭取在2060年前實現碳中和。這意味著未來40年,中國將掀起一場減碳革命,減排增匯業(yè)已成為我國經濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略共識。

    CO2作為重要媒介積極參與碳的生物地球化學循環(huán)過程(Law et al,2008; Liu et al,2021)。根據國際四大典型碳數據庫(國際能源署數據庫,IEA;美國橡樹嶺國家實驗室CO2信息分析中心數據庫,CDIAC;全球大氣研究排放數據庫,EDGAR;美國能源信息管理局數據庫,EIA),全球碳排放核算范圍主要包括大氣(Atmosphere)、海洋(Ocean)和植被(Vegetation)。它們的碳通量巨大,碳周轉時間長,不易受風力、溫度等環(huán)境因子的影響,與全球氣候變化具有直接聯(lián)系。根據當前全球碳收支核算模型,至今仍存在1015 g陸地碳匯不知去向,即“遺失匯”(missing sink)(Liu amp; Dreybrodt,2015),因此尋找“遺失匯”是全球碳循環(huán)研究的重要科學問題。內陸水體(湖泊、河流、水庫等地表水及地下水)作為陸地的重要組成部分是尋找“遺失匯”的潛在區(qū)域。據統(tǒng)計,全球內陸水體面積達2.7×106 km2(Meyer et al,2020),每年有機碳埋藏量在0.06×1015~0.25 ×1015 g(Mendonca et al,2017)。在全球范圍內,海洋微型生物碳泵(MCP)理論的提出揭示了微型生物是水體碳匯的重要驅動者(Jiao et al,2010),與此同時,具有海洋微型生物碳泵作用的關鍵微生物類群在內陸水體中陸續(xù)被發(fā)現,為內陸水體儲碳增匯作用機制的深入研究奠定了堅實基礎(Zeng et al,2014;Liu et al,2018)。近年來,全國范圍內以沉水植物為核心的水生態(tài)修復工程大力開展,極大提升了內陸水體對碳的吸收以及碳在內陸水體的周轉時間(Zhou et al,2020),然而當前關于內陸水體對碳吸收的研究仍相對有限,其研究的系統(tǒng)性和全面性遠不及海洋。因此本研究以海洋固碳儲碳機制為基礎,梳理了目前水體儲碳的主要機制及存在問題;探討了不同類型水體碳埋藏效率及其影響因素;最后結合水生植物的生理特性和生態(tài)位特點,以海洋MCP理論為基礎,探討內陸水體儲碳的潛在機制,并展望內陸水體儲碳所面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

    1 " 水體儲碳機制

    水體儲碳主要存在物理、化學和生物3種方式,分別通過溶解度泵(Solubility Pump,SP)、碳酸鹽泵(Carbonate Pump,CP)和生物泵(Biological Pump,BP)參與水體碳循環(huán)過程(Haywood et al,2018)。SP主要是通過CO2的物理溶解作用及擴散作用從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉移,以完成對CO2的暫存從而實現水體儲碳(Sabine amp; Mackenzie, 1991)。其來源主要有2個:大氣CO2和微生物分解有機質產生的CO2。溶于海水的CO2總量約為118萬億t。CP主要是CaCO3在水體中析出并不斷沉積從而實現水體儲碳(Elderfield,2002)。在海洋中,CaCO3形成主要在真光層且伴隨CO2的釋放,因此在短時間尺度上,CaCO3形成并不會吸收大氣中CO2;但在長時間尺度上,CaCO3形成的確是一個固碳過程。如碳酸鹽是地球上最大的碳庫,儲量約1016 t,占全球總碳量的99.55%,分別是海洋和陸地植被總碳量的1 694倍和1.1×106倍。BP則主要是CO2通過生物自養(yǎng)作用轉化為有機碳、排泄物和死亡殘骸等,有機碳經過消費分解等系列生物學過程轉變?yōu)轭w粒有機碳(Particle Organic Carbon,POC),POC則通過垂直沉降作用從水體表層沉積到深層的傳遞過程(Chisholm,2000)。不同營養(yǎng)級生物均參與該過程,并通過自養(yǎng)和異養(yǎng)方式使碳元素在無機態(tài)和有機態(tài)之間相互轉換從而影響水體碳循環(huán)(Ingalls et al,2006;Arrigo,2007;Bardgett et al,2008)。由于表層水體所吸收CO2不易進入深海,生物作用將其轉化為POC以突破水溫、水壓等水層化作用,從而實現碳素向深海轉運,平均運轉速率在0.5~1.5 cm2/s(Benitez-Nelson et al,2000)。這一過程以垂直沉降作用為主,同時生物作用使碳素發(fā)生位置轉移和形態(tài)轉化,其中一部分POC轉變?yōu)槎栊蕴紤B(tài)被封存。3種碳泵之間既單獨起作用,也相互耦聯(lián)。SP和CP的儲碳均在長時間尺度上對水體碳循環(huán)產生影響,BP雖然在短時間尺度和長時間尺度均會對水體儲碳產生影響,但其產生的POC向水體深處的輸入量有限,能夠順利到達海底被埋藏的POC約占海洋初級生產力的0.1%,大部分POC在沉降過程中被消耗重新轉變?yōu)镃O2 (Aristegui et al,2009)。海洋生物泵研究為海洋碳循環(huán)、儲碳及海洋在氣候變化中的作用作出了巨大的貢獻,但海洋生物泵的研究仍然面臨著如何完整認識海洋生物碳泵以及生物碳泵通量隨水深增加迅速衰減等難題?;诖耍晕覈鵀橹鞯目茖W家提出MCP理論,解釋了水中POC僅占小部分,90%以上的碳以溶解有機碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)形式存在(Rember amp; Trefry,2004;Jiao et al,2010)。POC在垂直沉降過程中也會被微生物分解成DOC,其中95%的DOC轉化為惰性溶解有機碳(Refractory Dissolved Organic Carbon,RDOC)(Hansell et al,2009;Hansell amp; Carlson,2013)。RDOC是惰性碳態(tài)的重要一類,在海洋中通常指穩(wěn)定存在于1 000 m以下的溶解性有機碳,其濃度不超過42 μmol/L,活性極低,難以被微生物利用(Hansell,2013;Arrieta et al,2015)。當前全球海洋RDOC碳庫約為662億t,其儲量幾乎與大氣CO2量(750億t)相當,且每年約25億t CO2會形成RDOC,因此RDOC被認為是CO2的“牢籠”,大氣CO2轉化為RDOC是實現碳匯的重要途徑之一,對調節(jié)全球碳循環(huán)起著關鍵作用(Zhang et al,2018)。因此MCP理論解釋了海洋中與大氣CO2量相媲美的RDOC碳庫的形成機理,展示了海洋在CO2減排增匯的巨大潛力(Jiao et al,2010)。

    關于水體儲碳機制的研究仍然面臨許多難題。多年來,水體儲碳機制的研究集中于海洋,有關內陸水體儲碳機制的研究相對較少。一方面,由于內陸水體面積遠小于海洋且其水深大多較淺,其在全球碳循環(huán)中的作用和地位一直不被重視,對機制機理的研究也相對比較薄弱。另一方面,內陸水體大量接收流域陸源有機質輸入,其分解會導致水體CO2分壓增大而增加水-氣界面碳排放,因此內陸水體往往被認為是CO2的“源”而不是“匯”(Yuan et al,2010)。然而,內陸水體作為陸地的重要組成部分,是連接陸地和海洋的橋梁,必然也積極參與全球碳循環(huán)。在內陸水體中,大型水生植物及浮游植物作為初級生產者利用光合作用固定CO2,隨后碳元素沿著食物鏈逐級向高營養(yǎng)級傳遞,此過程中消費者的排泄物和植物殘體會發(fā)生POC垂直沉降作用,從而產生生物淤積作用(He et al,2020)。當前內陸水體呈富營養(yǎng)化趨勢,初級生產力很高,且大多為淺水水體,碳運轉速率遠大于海洋,最快可達到39 m2/s(Chen et al,2011),從而加速生物淤積的造陸作用,增加有機質埋藏。此外,微生物是水體儲碳的關鍵類群,但內陸水體與海洋在水文水化學等方面存在較大的差異,微生物種群結構不盡相同。因此,海洋中已有的儲碳機制并不完全適用于內陸水體(Wang et al,2020b;Xu et al,2020)。以海洋固碳儲碳機制為基礎,根據內陸水體儲碳的物理、化學、生物過程,構建適合內陸水體的儲碳機制是亟待解決的關鍵科學問題(Paula et al,2020)。

    2 " 內陸水體儲碳及其影響因素

    2.1 " 內陸水體儲碳

    全球碳埋藏的研究重點主要集中在海洋有機碳降解、碳在不同循環(huán)界面的遷移和碳酸鹽的平衡等方面。內陸水體作為全球碳收支的重要組成部分,并未受到研究者的廣泛關注(Tranvik et al,2009)。內陸水體數量眾多、分布廣泛,跨越全球多個氣候帶,而且多為淺水型,營養(yǎng)水平高,碳酸鹽含量也偏高,使得內陸水體的初級生產力很高(Keeling et al,1996)。根據Battin 等(2009)的統(tǒng)計,每年輸入內陸水體的碳為2.7 ×1015 g,其中6 ×1014 g埋藏在內陸水體沉積物中,埋藏效率達22%。Cole等 (2007)研究結果則顯示,流入內陸水體的碳為1.9 ×1015 g,其中約11%以沉積物的形式被埋藏;約9×1014g 通過內陸水體輸送至海洋,輸送效率達33%~47%(圖1 A)。一方面,湖泊和水庫作為內陸水體的重要組成部分,是生物圈中具有多種獨特功能的生態(tài)系統(tǒng),具有調節(jié)局部氣候變化、維護區(qū)域生態(tài)平衡和維持生物多樣性的特殊功能(Haywood et al,2018)。全球湖泊超過1.17×108個,占陸地面積的1.8%(Mendonca et al,2017)。我國湖泊面積達8×104 km2,占世界湖泊面積的3.5%(王蘇民和竇鴻身,1998)。Mendonca 等(2017)研究表明,湖泊和水庫有機碳埋藏約占其碳排放的20%,揭示湖泊和水庫是重要碳匯。另一方面,河流作為內陸水體的動態(tài)組成部分,是連接海洋和陸地兩大碳庫的橋梁,也是陸地含碳物質進入海洋的關鍵通道。Park 等(1997)發(fā)現河流中的浮游動物排泄物會流入海洋產生RDOC。據統(tǒng)計,陸地每年有約1×1015 g 碳通過河流輸向海洋,有機碳占40%,無機碳占60%(Ludwig et al,1996)。其中輸入海洋的還包括可以在陸地土壤中長期儲存且性質極其穩(wěn)定的含碳化合物——黑碳(Black Carbon),約有15%的陸地黑碳通過河流直接運輸至深海沉積物,從而成為全球碳循環(huán)的重要碳匯(Panicker et al,2021)。此外,河流上攔水壩的大量修建,導致水流搬運的含碳物質隨著徑流沉積到河床,從而在一定程度上增加河流的儲碳能力(Arruda et al,1983)。目前我國因水庫修建而攔截在底泥的總碳量約36.6億t,并以1.5億t的速率逐年增加(Zhang et al,2015)。同時Peng 等(2017)發(fā)現,大壩的建造改變了吳江溶解性有機碳的地球化學行為,使本應釋放或轉運的8.2 mg/L有機碳在水庫中沉積。Wang 等(2017)認為新安江水庫70%的面積是有效沉積區(qū),其中總有機碳的埋藏通量為1.76×1010 g/a,新安江水庫的凈有機碳保留量應為0.3×1010 g/a。Shi 等(2017)研究表明,建造梯級水庫會使從上游到下游的碳排放量以每年0.389 pg的速率減少,下游比上游的CO2和CH4排放量分別低1.7倍和13.1倍,這表明梯級水庫會減少碳的排放,對緩解全球變暖有一定作用。河流蓄水有利于增加浮游植物生物量,增加水生態(tài)系統(tǒng)的初級生產量,從而產生大量的自生有機碳,并將其以沉積物的形式埋藏,表明內陸水體可能存在被埋藏的有機碳(Wang et al,2017),這有力的支持了內陸水體碳匯理論。

    2.2 " 內陸水體儲碳的影響因素

    2.2.1 " 全球氣候變化 " 全球氣候變化影響內陸水體碳埋藏效率。在淡水水體中,氣候變暖會使CO2排放量每年增加2.1%~2.5%(Kiuru et al,2018)。對若爾蓋高原水體的調查研究發(fā)現,隨著CO2排放量增加,表層水體DOC濃度平均下降12.1%,次表層水體DOC濃度則平均下降13.8% (Yang et al,2017)。這可能是由于溫度升高刺激水體有機碳礦化,從而使水體CO2排放量增加(Kosten et al,2010)。但Quan等(2019)研究表明,氣候變暖會導致生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產力的改變,使碳-氣候反饋方向發(fā)生轉換,這種轉換有2個方向,在潮濕的條件下,氣候變暖可促進生態(tài)系統(tǒng)凈碳吸收(負反饋);在非常干旱的條件下,則會抑制凈碳吸收(正反饋),即促進凈碳釋放。這說明在潮濕的水環(huán)境中,內陸水體依然可能扮演著碳匯的角色。雖然湖泊和水庫通常會排放CO2,但也會把碳以沉積物的形式埋藏。

    2.2.2 " 水體富營養(yǎng)化 " 隨著內陸水體富營養(yǎng)化的加劇,水體碳收支會發(fā)生改變,其排放的溫室氣體量將增加(Pacheco et al,2014)(圖1)。在淡水湖泊中,水體的初級生產力與CO2等氣體濃度并非線性關系,雖然富營養(yǎng)化水體中高濃度氮磷等營養(yǎng)物質為藻類和微生物的生長提供了良好的環(huán)境,促進初級生產者吸收大量空氣中的CO2,但持續(xù)的富營養(yǎng)化會導致大量CH4排放到大氣,而CH4的溫室效應強度是等量CO2的28倍。每當1 ×1015g 碳以CO2形式變?yōu)閰R,其中將有0.05×1015~0.19 ×1015g 碳(相當于5%~19%CO2)從匯轉變?yōu)樵矗虼?,水體碳匯量受富營養(yǎng)化限制(Grasset et al,2020)。Beaulieu等(2019)發(fā)現,富營養(yǎng)化水體每年會有1.7×1015~2.6 ×1015g 碳以CH4形式排入大氣(相當于18%~33%CO2排入大氣)(圖1 A)。此外,有研究表明,湖泊總初級生產力(Global Primary Production,GPP)碳含量高于25 g /(m2·a)時,水體會從碳匯轉變?yōu)樘荚?,被固定下來的CO2又同時被釋放到大氣。因此,在富營養(yǎng)化水體中,幾乎沒有碳被埋藏下來(Moloney,1992)。

    3 " 內陸水體儲碳增匯新途徑

    3.1 " 水生態(tài)修復工程的儲碳作用

    我國對控制內陸水體富營養(yǎng)化采取了有力的措施,有利于水體碳向RDOC轉變而實現儲碳(Brinson et al,1981;張晶和劉存歧,2015)。對不同水生植物的固碳能力研究發(fā)現,大型水生植物固碳能力為2.04×1018 g /a,其中儲碳量達到1.17×1017 g /a (Pal et al,2016;2017)。對基質改良后研究發(fā)現,生物碳改良基質可以增加植物長期的固碳潛能(9.40×106 t)(Cui et al,2018)。對云貴高原淺水湖泊——異龍湖的研究表明,大量沉水植物定植可減少沉積物中總有機碳(Total Organic Carbon,TOC)的波動,促進水體環(huán)境保持穩(wěn)定,從而增加湖泊儲碳能力(吳漢,2016)。長江流域淡水湖泊——鄱陽湖的研究揭示,以苦草、黑藻和小茨藻為優(yōu)勢種的沉水植物區(qū)可明顯降低CO2釋放速率,說明沉水植物具有碳匯潛力(Jian et al,2015)。吳江東太湖的研究則發(fā)現,沉水植物生物質腐爛的周年分解率不到50%,表明在年際尺度上沉水植物有一半以上的生物質參與儲碳過程(李文朝等,2001)。保安湖中優(yōu)勢種黃絲草每年有約288 g/m2碳進入大型植物碳庫。每年僅在主湖區(qū)就約有7 690 t碳被沉水植物固定。因此,大型沉水植物類群是水體中一個很大的碳庫(潘文斌和蔡慶華,2000)??傊?,在以沉水植物為核心的水生態(tài)修復工程中,沉水植物通過物理、化學、生物的系列作用,不僅降低了水體營養(yǎng)化水平,而且延長了碳元素的周轉時間從而有利于碳埋藏(圖2A)。

    3.2 " 微生物的儲碳作用

    微生物在水生態(tài)系統(tǒng)中數量最大、分布最廣、多樣性最高,在物質轉化和能量傳遞中發(fā)揮著不可替代的作用,是全球尺度上碳循環(huán)的主要驅動者和承擔者(Chen et al,2019)。海洋MCP理論的提出,使深海儲碳微生物的作用得以被挖掘。深海微生物個體雖小,但其數量巨大,被認為是海洋初級生產力的主要承擔者和RDOC的主要貢獻者(Karl, 2002)。水體中DOC碳庫占有機碳庫的90%以上。按照生物可利用性將DOC分為3類:LDOC(Labile DOC)、SLDOC(Semi-Labile DOC)和RDOC(Park et al,1997)。LDOC作為活性溶解有機碳,是微生物利用分解的主要原料(圖2B)。一方面,通過呼吸作用以CO2形式重新釋放到大氣中;另一方面,可通過微型生物碳泵將小分子的單體物質轉變成高分子物質,室內微生物培養(yǎng)表明細菌可以把LDOC高效轉化為RDOC(Brophy amp; Carlson, 1989),其主要成分為D-氨基酸(Ogawa et al,2001)。SLDOC則是半活性的,通過微生物利用轉變成CO2、LDOC和RDOC。另外,還有部分不可溶解的顆粒有機碳(POC),也可以被微生物利用轉變成LDOC和RDOC。微生物參與多種新陳代謝,為全球碳循環(huán)做出巨大貢獻(McGrath,2019),傳統(tǒng)BP理論和新近提出的MCP理論,為微生物驅動可溶解性有機質和顆粒有機質連續(xù)體(POM-DOM piezophilic microorganism continuum,PDPMC)的分解提供了科學依據(Fang et al,2015)。有研究表明,細菌中的放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)和厚壁菌門(Firmicutes)是參與木質素等含碳物質代謝的主要微生物群,先將植物光合作用固定CO2轉變?yōu)镻OC,再通過MCP驅動RDOC形成實現水體儲碳(彭倩楠和林璐,2020)。同時海洋中存在好氧不產氧光合細菌(Aerobic Anoxygenic Phototrophic Bacteria,AAPB),以Eryrhrobacter和Roseobacrel這2種α-變形桿菌為主(Beja et al,2002),是MCP理論的重要成員。好氧不產氧細菌含有光合作用組件,在光照條件下可以利用細菌葉綠素a(Bacteriochlorophyll a,Bchl-a)進行光合作用,但不以光為唯一能量來源,在黑暗條件下依舊可以通過異養(yǎng)方式生活,這為海洋儲碳創(chuàng)造了很好的條件(Yurkov and Beatty,1998)。真菌則可分解多種胞外酶對木質素等含碳物質進行降解(Bailey et al,2002)。放線菌主要是將動植物中某些難分解的物質分解成腐殖質并轉化為有機組分,發(fā)育很緩慢(Alexander,1983)。細菌的降解能力雖然低于真菌,但通常具有簡單的蛋白表達系統(tǒng),更容易適應多變的環(huán)境,當真菌作為微生物群落結構的優(yōu)勢菌群時,會增加有機碳的累積(謝長校等,2015)。

    3.3 " 水生植物-微生物耦合的儲碳增匯新途徑

    隨著近些年以沉水植物為核心的水生態(tài)修復工程的普及,微生物作為介導植物-環(huán)境-微生物相互作用的活性因子,與水生植物密切互作并積極參與內陸水體碳循環(huán)。微生物區(qū)系組成、群落結構多樣性、生物量、酶活性以及呼吸作用等作為反映水體碳元素早期變化的敏感性指標,對深入解析水體環(huán)境中碳元素的遷移轉換并闡明水體碳的動態(tài)變化特征具有重要意義(Allison et al,2010;Schmidt et al,2011;Hunger et al,2015)。相關研究表明,細菌群落越豐富,生活污水的DOC濃度和脂肪族以及類蛋白物質等溶解性有機質(Dissolved Organic Matter,DOM)含量下降越快(Zhou et al,2020)。這表明細菌和DOM互作是驅動水生生境中有機碳分解過程的主要內在因子。AAPB作為海洋MCP理論中的重要成員之一,在內陸水體中也被不少學者發(fā)現,為MCP理論在內陸水體的應用搭建了橋梁。何一平等(2010)在烏梁素海富營養(yǎng)化湖區(qū)發(fā)現了基于pufM基因的AAPB生物多樣性;陳曉潔等(2012)在封閉的湖光巖瑪珥湖(火山口湖)發(fā)現了AAPB;Zeng等(2014)從中國西部戈壁沙漠的一個名叫天鵝湖的淡水湖泊中分離出了光合異養(yǎng)的芽單胞菌門(AP64),可以進行光合作用,但不以光為唯一產碳來源,屬于兼性光養(yǎng)生物。內陸水體中AAPB分布較廣泛,以Acidiphilium,Erythromicrobiun,Erythromonas,Porphyrobacter,Roseococcus和Sandaracinobacter等β-變形桿菌為主,與海洋中的AAPB存在一定差異(Beja et al,2002;Suyama et al,2002)??偟膩碚f,從以水生植物為核心的水生態(tài)修復角度,探討內陸水體儲碳的微生物學作用機制,不僅可以為控制水體富營養(yǎng)化提供依據,還能為尋找“遺失匯”和“碳達峰、碳中和”作出重要貢獻(圖2 B)。

    4 " 展望

    內陸水體儲碳與全球碳循環(huán)密切聯(lián)系,涉及物理、化學、生物等多門學科的交叉,是全球氣候變化研究的重要組成部分;水生植物和微生物作為影響水體碳循環(huán)的關鍵類群,是水體儲碳作用機制的主要參與者。因此,在當前碳達峰、碳中和的大背景下,基于海洋固碳儲碳作用機制,探索內陸水體AAPB類碳循環(huán)關鍵菌群的儲碳作用,構建內陸水體水生植物-微生物耦合的儲碳機制,定量核算以水生植物為核心的水生態(tài)修復工程的碳匯效應是未來亟需解決的關鍵科學問題,這些問題的解決將為全球碳通量的精準核算以及我國合理制定減排增匯政策作出貢獻。

    參考文獻

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    (責任編輯 " 鄭金秀)

    Research Progress on the Mechanism of Carbon Storage in Inland Waters

    GUO Yao1,2,ZHOU Qiao‐hong1,WANG Pei1,WU Zhen‐bin1

    (1. State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology,Institute of Hydrobiology,

    Chinese Academy of Sciences,Wuhan " 430072,P.R. China;

    2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing " 100049,P.R. China)

    Abstract:The carbon cycle is a focus area for research on global climate change, and "carbon sinks and sources have become a hotspot in both global warming and earth science. Water bodies are an essential component of the biosphere and the carbon cycle, and receive a great deal of attention from national governments and the scientific community. However, traditional models of carbon cycling only considers oceans and neglects systematic inclusion of inland waters: the nutrient rich lakes, rivers and reservoirs characterized by high carbonate content. The mechanisms of inland water carbon storage are complex, and accurate carbon flux accounting is difficult. In this study, we reviewed the biological processes and mechanism of carbon storage by inland waters based on the theory of carbon cycling in oceans and dissected the scientific problems of carbon flux accounting. The factors influencing water carbon storage in inland waters was then addressed, including global climate change and water body eutrophication. Finally, we summarized the challenges faced by carbon storage by inland waters and methods for expanding carbon sinks, including aquatic ecological restoration, carbon storage by microbes and novel carbon storage mechanisms that couple submerged macrophytes and microbes in inland waters.

    Key words:inland water; carbon storage; refractory dissolved organic carbon; aquatic ecological restoration; microorganisms

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