氣候變化可能會(huì)使淡水湖泊的溫室氣體排放量增加一倍

每滴淡水都包含成千上萬(wàn)種以前未被注意的有機(jī)分子。通過(guò)測(cè)量這些分子的多樣性以及它們與周圍環(huán)境的相互作用，研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)看不見的世界，它影響著淡水生態(tài)系統(tǒng)的功能并可能導(dǎo)致溫室氣體排放。

小型淺湖主導(dǎo)著世界淡水區(qū)域，其中的沉積物已經(jīng)產(chǎn)生了至少四分之一的二氧化碳，而三分之二以上的甲烷從湖泊釋放到我們的大氣中。這項(xiàng)發(fā)表在《PNAS》雜志上的新研究表明，氣候變化可能導(dǎo)致北部淡水湖排放的溫室氣體水平增加1.5到2.7倍。

負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的劍橋大學(xué)植物科學(xué)系的安德魯·坦南扎普博士說(shuō)：“我們傳統(tǒng)上在淡水中所謂的'碳'是不同碳基有機(jī)分子的超級(jí)多元混合物”。“我們一直在測(cè)量淡水中的'碳'，作為從水質(zhì)到淡水生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的一切指標(biāo)。現(xiàn)在我們已經(jīng)意識(shí)到，重要的是這無(wú)形的有機(jī)分子世界的多樣性。”

隨著氣候變暖，北部緯度地區(qū)的森林植被覆蓋率正在增加。通過(guò)在加拿大安大略省的兩個(gè)湖中模擬這種影響，該研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)分子(結(jié)構(gòu)內(nèi)含有碳的分子)的多樣性增加，從而使水進(jìn)入附近植物和樹木掉落的物質(zhì)中。

有機(jī)分子是湖泊沉積物中微生物的食物來(lái)源，微生物會(huì)將其分解并釋放出二氧化碳和甲烷作為副產(chǎn)物。因此，增加有機(jī)分子的含量可以增強(qiáng)微生物活性并產(chǎn)生更多的溫室氣體。

由于相同的微生物可以從許多不同的有機(jī)分子中產(chǎn)生溫室氣體，因此與微生物的多樣性相比，有機(jī)分子的多樣性與溫室氣體濃度水平之間的聯(lián)系更為緊密。另外，增加的有機(jī)分子多樣性可能會(huì)增加水中的溫室氣體濃度，因?yàn)橛懈嗟姆肿涌梢员魂?yáng)光穿透水分解。

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，容器中裝滿了各種比例的巖石和有機(jī)材料(由附近森林的落葉和針葉凋落物組成)，并淹沒(méi)在兩個(gè)湖泊的淺水區(qū)中。兩個(gè)月后，使用超高分辨率質(zhì)譜技術(shù)和下一代DNA測(cè)序技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行分析，結(jié)果表明，有機(jī)分子的多樣性與水中微生物群落的多樣性相關(guān)，并且兩者的多樣性都隨著水中微生物的增加而增加。有機(jī)物數(shù)量增加。

準(zhǔn)確預(yù)測(cè)自然系統(tǒng)的碳排放量對(duì)于了解氣候變化步伐以及全球變暖的影響的計(jì)算的可靠性至關(guān)重要。

“氣候變化將增加森林覆蓋率并改變物種組成，導(dǎo)致更多的葉子和植物凋落物落入水道。我們發(fā)現(xiàn)，水中有機(jī)分子多樣性的增加導(dǎo)致溫室氣體濃度升高，” Tanentzap。“理解這些聯(lián)系意味著我們可以考慮在未來(lái)減少碳排放的方式，例如通過(guò)改變土地管理方式。”

改變淡水區(qū)域周圍的植被可能會(huì)改變最終在水中的有機(jī)分子。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在通過(guò)從歐洲150個(gè)湖泊中取樣來(lái)擴(kuò)大研究范圍，以了解天然淡水系統(tǒng)中有機(jī)分子多樣性的更廣泛的生態(tài)后果。