碳循環(huán)是地球系統(tǒng)重要的生物地球化學(xué)循環(huán)之一。工業(yè)革命以來，大氣中CO2濃度的升高及與此相關(guān)的近百年來氣候變暖事實，使解析CO2收支的途徑與動態(tài)成為科學(xué)前沿問題。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為湖泊是大氣中CO2的源，但越來越多的研究證明湖泊或存在碳匯現(xiàn)象，其固碳作用可能被低估。巴丹吉林沙漠是我國第二大沙漠，擁有世界上高度最大的沙丘。該沙漠腹地及其外緣有常年積水湖泊約110個，且多為鹽堿湖，湖泊內(nèi)部或其周邊有明顯的鈣華分布，表明湖泊碳循環(huán)過程十分活躍。由于自然條件嚴(yán)酷，加之交通和通訊落后，沙漠湖泊群CO2的收支平衡尚不明確，對湖-氣界面CO2交換機制更缺乏認(rèn)識。
圖1（a）音德爾圖位置及觀測采樣點；（b）湖面渦度相關(guān)系統(tǒng)；（c）磨盤島
為量化沙漠地區(qū)碳收支途徑及其動態(tài)，王乃昂教授研究團隊于2012年在巴丹吉林沙漠腹地音德爾圖湖中心的鈣華島上安裝了渦度相關(guān)系統(tǒng)（EC）（圖1），主要監(jiān)測CO2通量在不同時間尺度上的變化，以期揭示CO2通量的源/匯性質(zhì)、主要影響因素和機制。研究發(fā)現(xiàn)，音德爾圖在觀測期間內(nèi)是凈CO2的匯，CO2通量年凈吸收量在-77.6至-108.1 g C m-2a-1之間，湖泊固碳作用明顯。由音德爾圖碳匯速率的平均狀態(tài)，可估算出巴丹吉林沙漠全部湖泊每年吸收CO2約1.91×103t，降低了大氣中二氧化碳的增速，有助于減緩全球變暖。
控制音德爾圖CO2通量的主要氣象因素在不同時間尺度上有所不同（圖2）。半小時尺度上，飽和水氣壓差（VPD）、相對濕度（RH）對CO2通量的影響較大，且與相對濕度（RH）之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系；除2015年外，日尺度上CO2通量與氣溫（Ta）、水表面溫度（Ts）、凈輻射（Rn）、飽和水氣壓差（VPD）表現(xiàn)出顯著的線性關(guān)系；月尺度上，飽和水氣壓差（VPD）與CO2通量之間具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，相對濕度（RH）和湖泊水位的作用則較弱。年尺度上，CO2通量和氣象因素之間的關(guān)系不明顯。渦動站和磨盤島的鈣華、泉水δ13C檢測結(jié)果表明，生物在分餾的過程中影響很小?？刂埔舻聽枅DCO2吸收和釋放的主要機制是無機過程，亦即以溫度驅(qū)動的pH為主導(dǎo)，調(diào)節(jié)著湖-氣界面CO2的交換（圖3、4）。
圖2 2012-2017年不同時間尺度上CO2通量與各氣象因素之間的關(guān)系
圖3 pH的季節(jié)平均值及標(biāo)準(zhǔn)差 圖4CO2通量與pH的關(guān)系
以上研究明確了沙漠湖泊CO2的變化特征及影響機制，填補了我國沙漠湖泊碳循環(huán)研究的空白。其結(jié)果為找尋全球迷失碳的途徑和制定全球氣候變化適應(yīng)對策提供了新的思路，同時也為制定節(jié)能減排和碳中和政策提供了區(qū)域數(shù)據(jù)支撐。研究成果以“Variation Characteristics and Influencing Mechanism of CO2Flux from Lakes in the Badain Jaran Desert: A Case Study of Yindeer Lake”為題發(fā)表于Ecological Indicators上，蘭州大學(xué)2018級地球系統(tǒng)科學(xué)專業(yè)博士研究生楊萍為論文第一作者，冰川與沙漠研究中心王乃昂教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金重點項目（41530745）、國家自然科學(xué)基金面上項目(41871021)的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2021.107731
蘭州大學(xué)
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