蓝藻生长与衰亡对太湖沉积物-上覆水系统CO2和CH4排放通量的影响及其来源途径

随着气候变化和人类活动的增加,全球湖泊富营养化日趋加重,湖泊中蓝藻水华频繁发生。湖泊作为全球碳循环的热点区域,一方面通过浮游植物光合作用固定大气中的二氧化碳（CO₂）,另一方面又通过有机物的降解向大气中排放CO₂和甲烷（CH₄）。目前关于蓝藻水华对湖泊沉积物-上覆水系统中碳的源汇效应的研究主要集中于藻类死亡降解对含碳温室气体排放的影响,但对藻类光合作用固定大气中CO₂效应的研究较少,因此蓝藻水华引起的湖泊碳的源汇效应尚不明确。本研究于2023年夏季采集太湖竺山湾的表层沉积物构建沉积物-上覆水系统,添加不同生物量的蓝藻,进行室内恒温水浴培养模拟实验,定期封闭培养柱,采集顶空气体样品,测定气体中CO₂和CH₄浓度及碳同位素丰度,研究蓝藻生长和衰亡对CO₂和CH₄产生途径及排放通量的影响。结果表明,蓝藻生长与衰亡阶段分别呈CO₂吸收和排放状态,CO₂排放通量随初始蓝藻添加量的增加而增加。蓝藻生长阶段CO₂排放通量呈负值,藻类固定CO₂;蓝藻衰亡阶段CO₂排放通量随着蓝藻的死亡分解逐渐增加,在第25天达到稳定。蓝藻生长阶段的CH₄排放通量为(0.022±0.011)~(3.159±0.51) μmol/(m²·h),在第7天达到峰值：蓝藻衰亡阶段的CH₄排放通量显著升高,达到(0.219±0.017)~(9.783±0.215) μmol/(m²·h),并在第20天达到峰值。将CH₄换算为CO₂当量(CO₂-eq),各处理组总的CO₂-eq排放通量在蓝藻生长阶段表现为“碳汇”（-451.82~-113.28 mmol/(m²·h)),而在蓝藻衰亡阶段表现为“碳源”（35.46~196.86 mmol/(m²·h)）。整个实验周期净CO₂-eq排放通量为-746.71 mmol/(m²·h),表现出强烈的碳汇效应。¹³C-CO₂和¹³C-CH₄稳定同位素结果显示,表观分馏因子α_C值均小于1.06,表明蓝藻生长和衰亡阶段CH₄产生途径以乙酸发酵为主。随着初始蓝藻添加量的增加,α_C逐渐减小,表明蓝藻提高了乙酸发酵途径在CH₄代谢中的占比。研究结果对于揭示蓝藻水华对富营养化湖泊碳循环与源汇效应的影响机制具有重要科学意义。