湖泊等内陆水体占全球两极冰盖以外陆空中积约3.7%，每年承接、输移的碳通量约5.1PgC yr-1，占地表年净固碳通量约70%。消融性有机物（DOM）是湖泊天然有机量的次要赋存形态和活泼成分，DOM经微生物降解和光降解能释放大量小分子有机酸与碳氮磷等生源物量，支持异养型微生物新陈代谢的同时也影响湖泊富营养化历程。北半球中高纬度湖泊及高山高原湖泊冬半年凡是履历较长时间的冰层笼盖期，极圈以内湖泊每年冰层笼盖持续时间凡是超越200 d。湖冰向下生长过程中，一部门DOM从湖冰的冰晶生长前缘排出至下层水体中，一部门DOM可能被裹挟滞留在冰层内，还有一部门DOM可能被絮凝并以颗粒态有机碳形式沉降至湖底。然而，湖冰生消过程中DOM鄙人层未封冻水体、上层湖冰及颗粒态形式中的分配机造以及DOM构成，尤其是分子构成分异特征和驱动机造尚不明晰。中国科学院南京天文与湖泊研究所研究员张运林研究小组副研究员周永强等结合瑞典皇家科学院院士、瑞典乌普萨拉大学传授Lars J. Tranvik等，通过湖冰生成前后野外样品收罗和尝试室湖冰生成模仿尝试对湖冰生消过程若何影响DOM在冰、水、颗粒物中的分配比例、构成及驱动机造展开系统研究。研究通过无冰期、冰层笼盖期开展野外差别消融性有机碳（DOC）浓度梯度下湖水及湖冰等样品收罗及室内湖冰生成模仿尝试（图1），运用DOM光谱和高分辩率量谱（Orbitrap）等手艺，阐发了非冰期湖水、湖泊结冰后上层冰和下层不冻水中pH、电导率、颗粒态与消融态碳氮等参数以及DOM构成特征（图2）。研究表白，在湖冰生成期间，芳香族DOM优先被排出至下层未冻结的水体中。在具有高DOC和高芳香性的褐色湖泊，DOM易自冰晶生长前缘被排出会聚至下层未冻结水体中（图3）。在湖冰冻结过程中，16.2±4.7%的DOC被截留在上层湖冰中，81.3±5.7%的DOC被排出到下层未冻结水体中，仅1.3±0.7%的DOC絮凝为颗粒态有机碳沉入湖底。DOC在湖冰中的截留系数，即DOCice : DOCbefore与未冻结前湖水DOM芳香性程度呈显著反相关，与脂肪族占比呈显著正相关（图3、4）。在天气变暖布景下，湖泊流域内营养盐及陆源DOM汇入量可能增加，湖内初级消费力亦将进步，那意味着陆源输入的芳香性DOM及内源产生的脂肪族类DOM品貌均可能上升。结冰过程可能招致排出的芳香性DOM及湖冰截留的DOM品貌同步上升。然而，天气变暖将意味着冬半年大量湖冰消逝，冰盖持续时间大幅缩短，从而大幅削弱湖冰生成过程对冰层内DOM的排出效应。相关研究功效以Selective exclusion of aromatic organic carbon during lake ice formation为题，颁发在Geophysical Research Letters上。研究工做得到第三次新疆综合科考项目、第二次青藏高原综合科学考察研究、中科院青年立异促进会、南京天文所青年科学家小组等的撑持。
图1.
2015-
2020年北半球1-3月间湖泊冰盖呈现频次（%）以及采样点位置放大图（红星表征湖泊野外样品收罗点），差别DOC浓度梯度湖水样品湖冰生成尝试安装及室内模仿尝试。
图2.野外现场采样和湖水冻结模仿尝试中电导率、pH、消融性有机碳（DOC）、颗粒态有机碳（POC）、消融性总氮（TDN）、颗粒态总氮（TPN）、DOM比紫外吸收（SUVA254），以及腐殖量类与卵白量类组分的荧光强度之和的比率（Humic :
PRotein）在未封冻前、冰封后水和冰中变革特征。SUVA254和相对品貌加权后的DOM芳香性指数、氢碳摩尔比之间的关系。
图3.野外现场采样和湖水冰冻模仿尝试中理化参数及DOM相关参数的湖冰截留系数Cice : Cbefore变革特征及DOCice : DOCbefore与DOM光学和量谱相关参数之间的关系。
图4.高分辩率量谱Orbitrap研究成果。冰层笼盖下层未冻结水和未冰封前湖水DOM量谱峰均匀相对品貌差别比力（a）；下层未冻结水和上层冰盖DOM量谱峰均匀相对品貌差别比力（b）；DOM量谱峰相对品貌与SUVA254及截留系数DOCice : DOCbefore对应的van-Krevelen图谱S
PEarman秩相关阐发成果。来源： 中国科学院南京天文与湖泊研究所
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