近日，北京師範大學地理科學學部李小雁教授團隊研究成果以“Significant winter CO2 uptake by saline lakes on the Qinghai−Tibet Plateau”為題，發表於Global Change Biology國際期刊。地理科學學部李小雁教授為第一作者和通訊作者，2018級博士研究生石芳忠為第二作者和共同通訊。該研究得到了第二次青藏高原綜合科學考察（2019QZKK0306）和國家自然科學基金專案（41730854, 41971029）資助。
- 李小雁，北京師範大學教授，博士生導師。地理科學學部自然資源學院院長、國家傑出青年科學基金和全國優秀博士學位論文獲得者，土壤水文與土壤侵蝕教育部創新團隊帶頭人。
鹹水湖泊佔地球湖泊總面積的23%，佔總水體體積的44%，對於區域水文和碳迴圈具有重要影響。湖泊和大氣CO2交換是目前備受關注的國際熱點問題之一，國際上已有研究大多透過採集夏季湖泊水樣和模型模擬的方法來估算湖泊全年CO2通量，缺乏對湖泊CO2通量的全年連續動態的直接觀測資料，而且冬季湖泊CO2通量常被忽略或過高估算。已有大多研究表明鹹水湖泊是碳源，但仍存在很大的不確定性。青藏高原是湖泊分佈最為廣泛的區域之一，其中鹹水湖泊的面積為27,600 km2，佔高原湖泊總面積的70%以上。青藏高原湖泊由於冬季結冰，儀器架設和實驗觀測十分困難，很少有全年連續碳通量觀測資料。
本研究透過分析在青藏高原最大咸水湖泊（青海湖）5年（2013−2017）的渦動和微氣象全年連續觀測資料，發現鹹水湖泊冬季可以吸收大量的二氧化碳，是一個潛在的碳匯，青海湖每年從大氣中吸收的CO2為88萬噸碳（0.88 ± 0.49 Tg C yr−1），相當於青海省每年碳排放的近10%。進而透過溫度和CO2通量線性方程估算出青藏高原全部鹹水湖泊每年從大氣中吸收的CO2為一千萬噸碳左右（10.28 ± 1.65 Tg C yr−1），相當於青藏高原陸地生態系統淨生產力的三分之一。最後透過分析湖冰變化和湖泊水化學過程初步揭示了青藏高原鹹水湖泊碳匯機理，提出高原鹹水湖泊CO2通量變化受湖泊水化學過程和湖冰影響的可能機制。
圖2. 鹹水湖泊CO2通量變化的可能機制
本研究首先計算了2013−2017年間青藏高原最大咸水湖泊青海湖不同時期的CO2通量，結果顯示除2015年夏季、秋季及2016年夏季外，青海湖主要表現為碳匯，其中凍結期CO2的吸收速率為−0.87 ± 0.38 g C m−2 d−1，是非凍結期的兩倍（−0.41 ± 0.35 g C m−2 d−1）。其次利用溫度和CO2通量的關係構建的線性方程評估了青藏高原上面積大於1 km2的373個鹹水湖泊不同時期的CO2通量，結果發現高原鹹水湖泊夏季表現為碳源，而冬季則為碳匯，且全年吸收CO2達一千萬噸碳（10.28 ± 1.65 Tg C yr−1），相當於青藏高原陸地生態系統淨生產力的三分之一。進一步結合RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三個情景下CMIP5中四個模型模擬資料對2006−2099年青藏高原鹹水湖泊CO2通量的預測分析發現在極端持續的升溫情景下（RCP8.5），高原鹹水湖泊從21世紀中期開始可能從原來的碳匯轉化為碳源。該結果挑戰了“目前普遍認為全球湖泊為碳源，及冰期由於冰面覆蓋湖泊和大氣之間CO2交換較低可以被忽略”的結論。
研究最後分析了青海湖湖冰變化對CO2吸收的影響，並解釋了可能的內在機制。鹹水湖泊CO2通量變化同時受到了湖泊水化學過程和湖冰覆蓋的影響。從非冰期到冰期，隨著溫度的降低，湖泊pH升高，湖泊中OH−增加，湖泊中CO2相關的化學平衡向HCO3−轉化，從而湖泊中CO2分壓降低，湖泊從大氣中吸收CO2，因而開始結冰期表現為較高的CO2吸收速率，隨著湖面湖冰覆蓋率的增加，湖冰的阻礙作用導致湖泊對CO2吸收的速率降低。在融化期，隨著湖冰覆蓋率的降低和溫度的升高，湖泊對CO2吸收的速率呈現一定的波動變化。
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學部擁有地理學一級學科博士學位授權點；地理學、測繪科學與技術、安全科學與工程3個一級學科碩士學位授權點；地理科學、自然地理與資源環境、人文地理與城鄉規劃、地理資訊科學、資源環境科學5 個本科專業。擁有國家重點實驗室2個、省部級實驗室/工程技術中心7個、北京市高等學校實驗教學示範中心1個，國家級/省部級野外觀測臺站4個，野外實習基地及創新實踐基地10餘個，位列內地高校前列。
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