巖溶水體惰性有機碳含量及其存在機理
摘要：通常認為全球超過1000 m的海洋深處穩定存在著不超過42μmol/L的溶解有機碳,并被認為是微生物難以利用的惰性溶解有機碳[1-2]。這為進一步評估水圈溶解有機碳的穩定性提供了研究依據[3]。河流不但是陸地水的主體、水圈的重要組成部分,而且還是海洋-陸地物質和能量交換的主要通道。近年來,河流的自然性質和作用過程不斷受到人文活動的影響,特別是河流筑壩引發的“水庫效應”[4-5]。然而“水庫效應”下巖溶區筑壩河流中究竟存在著多少惰性溶解有機碳以及惰性溶解有機碳存在的機理仍不清楚。2016年以來,作者以水化學類型為HCO 3-Ca型[6]的廣西柳江梯級筑壩河流為研究區(圖1),采集不同層位(表層水、5 m和10 m)的水樣,利用熒光定量PCR技術[7]和改進的惰性有機碳測試方法[8],定量評估巖溶筑壩河流水體惰性溶解有機碳含量及其形成機制。室內培養實驗結果顯示:隨著培養時間的延長,水體中的溶解有機碳濃度趨于穩定,約為24.63μmol/L,遠低于海洋惰性溶解有機碳濃度(圖2)。同時,不同取樣條件下的水樣經過180天培養后,細菌豐度與溶解有機碳濃度顯著正相關(r=0.658,p=0.038)(表1),從而說明此時的溶解有機碳不再被微生物利用,并成為微生物生長的限制因子。而0~150天培養時間段內溶解有機碳濃度的波動,在于巖溶水體中存在著大量化能自養微生物,進而造成大量暗碳(non-photosynthetic/dark inorganic carbon incorporation)的固定[9]。因此,在培養后期,隨著化學能量的消耗殆盡,化能自養微生物對水體溶解有機碳的影響可以忽略不計。從而說明,巖溶筑壩河流水體中可以存在著約為24.63μmol/L并且難以被微生物利用的惰性溶解有機碳。
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