古湖沼技術的新應用：估算湖泊碳儲量

董旭輝在長江中下游地區選擇了16個典型湖泊，利用古湖沼技術展開自19世紀50年代以來的碳埋藏的時空變化特征研究。

　　在長江中下游地區，湖泊碳埋藏量隨著湖泊面積的增大呈對數遞減趨勢，淺水湖群埋藏效率為同流域土壤的3.4倍。

　　以上研究結論來自中國科學院南京地理與湖泊研究所湖泊沉積與環境演化研究團隊。

　　團隊成員、副研究員董旭輝在接受《中國科學報》記者采訪時說：“針對當前全球變化和溫室氣體控制這一國際熱點問題，我們在長江中下游地區選擇了16個典型湖泊，利用古湖沼技術展開自19世紀50年代以來的碳埋藏的時空變化特征研究，進而系統估算了該地區所有湖泊自19世紀50年代以來的碳埋藏量。”

　　為何選長江中下游地區

　　早在2009年我國政府就作出了到2020年單位GDP的二氧化碳排放量比2005年降低40%～45%的承諾。而在經濟發達的長江流域，日益增多的化石能源使用量致使該區域溫室氣體減排壓力巨大。

　　“尤其是上世紀中期以來，大規模圍墾、水利工程的興建、土地利用結構的改變等人類活動影響加劇，導致該區域湖泊水質全面下降，湖泊普遍趨于富營養化，其中藻型湖泊富營養化趨勢尤為明顯。”董旭輝向記者介紹了該區域湖泊的一些情況。

　　近年來，長江中下游地區氣候變暖較顯著，由于亞熱帶氣候帶來的優越水熱自然條件，外來碳源豐富，沉積速率高，湖泊固碳潛力較大。特別是因為有湖水作為 “天然屏障”，與空氣、陽光隔絕，許多沉積的碳無法發生生物—化學反應而“釋放”出去，湖泊有望成為固碳(負排放)的一個重要載體。

　　董旭輝通過研究發現我國東部平原湖區平均固碳速率高于其他幾個湖區，主要原因在于：首先，強烈的人類活動導致進入湖區的外源物質增多，比如大量的農業有機質進入湖泊，一方面使沉積物中碳含量增加，另一方面造成湖泊的富營養化和水生植物大量生長，其在死亡后腐爛進一步造成內源有機質沉積的增加。

　　他表示，厘清長江中下游流域在人類活動與氣候變化下的湖泊碳埋藏變化及其影響機理，有助于理解湖泊碳埋藏在區域碳循環中的作用，及未來氣候變化和人類活動方式改變下湖泊碳匯潛力的變化，并可以為從固碳角度應對未來全球變化提供科學依據。

　　25根沉積柱的回答

　　明確長江中下游湖群目標后，新的問題也隨之而來。在古湖沼學研究中，歷來使用在湖底打沉積柱的取樣法。“為測得準確的碳埋藏量，我們需要在一個湖泊中打幾個沉積柱呢?”董旭輝向記者說明了他們遇到的一個難題。

　　通常，即使是同一個湖泊，其不同湖區理化性質也存在一定的空間分布差異性，能否用一個點的沉積柱進行碳埋藏參數的估算，進而推算全湖的碳儲量?

　　為此，董旭輝選擇了位于安徽省中部的巢湖，這也是我國第五大淡水湖作為試點。盡管古湖沼技術通常會選擇湖底最深處打沉積柱，然而為了揭示這種大型湖泊不同深淺位置的碳密度存在差異性，課題組在巢湖東部湖區共采取了25根沉積柱，每根長度約為50～60厘米。結合各個沉積柱中碳含量的測量結果，便可估算各個采樣點自19世紀50年代以來的碳密度，進而估算空間差異性。

　　巢湖的多鉆孔分析結果表明，除了在特殊位置的少數幾根沉積柱，如比較靠近湖岸、河口，以及藻類密集湖區的沉積柱，其余17根沉積柱顯示的碳密度差異很小，因此得出結論，可以基于一根沉積柱進行全湖碳儲量的估算。同樣，長江中下游大多數湖泊均具有巢湖這種湖底平坦、水淺、風力擾動較強等類似特征，理論上只要在湖底最深位置打一根沉積柱即可估算全湖的碳儲量。

　　16個湖泊建立模型

　　資料顯示，長江中下游湖泊面積大于1平方公里的數量達634個，湖泊面積總和達21053.1平方公里，然而，這里同樣分布著許多小型湖泊群。根據湖泊個體差異及所處的不同地理背景，比如不同面積、水深、不同生態類型、不同人類活動強度的湖泊，課題組最后選擇了16個典型湖泊，進行不同湖泊碳埋藏特征差異性研究。

　　“我們測算的年代是從1850年開始。之所以選定這個年齡，一方面是測年技術在這個時段比較精確，另一方面也因為該時段是工業革命和全球變暖開始，也是環境變化最為劇烈的時段。”董旭輝說，“這種技術我們稱之為‘古湖沼學技術’，它能利用湖泊沉積物再現湖泊—流域的長期環境變化過程。”

　　通過沉積柱采集的碳密度，并進行分析對比，課題組發現面積大的湖泊碳埋藏效率低，面積小的湖泊碳埋藏效率高，并且呈對數遞減規律。董旭輝告訴記者：“利用這16個典型湖泊碳儲量與湖泊特征參數間的推算模型，我們可以進一步計算出長江中下游所有25098個面積大于0.01平方公里湖泊的碳埋藏量。”

　　“其中看似容易獲得的面積參數，實則很不易，并不是每個湖泊都有可查詢的精確面積值。盡管我們湖泊所在國家多個項目的支持下，已經獲得了許多湖泊的基本參數，但這些數據大多基于面積在1平方公里以上的湖泊。”董旭輝說，“于是，我們采用了多種數理統計方法，在已有的湖泊面積、數量數據的基礎上，來描述不同面積范圍內湖泊數量、面積間的統計關系，進而推算不同面積湖泊的個數及平均面積。”