古湖沼技术的新应用：估算湖泊碳储量

董旭辉在长江中下游地区选择了16个典型湖泊，利用古湖沼技术展开自19世纪50年代以来的碳埋藏的时空变化特征研究。

　　在长江中下游地区，湖泊碳埋藏量随着湖泊面积的增大呈对数递减趋势，浅水湖群埋藏效率为同流域土壤的3.4倍。

　　以上研究结论来自中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊沉积与环境演化研究团队。

　　团队成员、副研究员董旭辉在接受《中国科学报》记者采访时说：“针对当前全球变化和温室气体控制这一国际热点问题，我们在长江中下游地区选择了16个典型湖泊，利用古湖沼技术展开自19世纪50年代以来的碳埋藏的时空变化特征研究，进而系统估算了该地区所有湖泊自19世纪50年代以来的碳埋藏量。”

　　为何选长江中下游地区

　　早在2009年我国政府就作出了到2020年单位GDP的二氧化碳排放量比2005年降低40%～45%的承诺。而在经济发达的长江流域，日益增多的化石能源使用量致使该区域温室气体减排压力巨大。

　　“尤其是上世纪中期以来，大规模围垦、水利工程的兴建、土地利用结构的改变等人类活动影响加剧，导致该区域湖泊水质全面下降，湖泊普遍趋于富营养化，其中藻型湖泊富营养化趋势尤为明显。”董旭辉向记者介绍了该区域湖泊的一些情况。

　　近年来，长江中下游地区气候变暖较显著，由于亚热带气候带来的优越水热自然条件，外来碳源丰富，沉积速率高，湖泊固碳潜力较大。特别是因为有湖水作为 “天然屏障”，与空气、阳光隔绝，许多沉积的碳无法发生生物—化学反应而“释放”出去，湖泊有望成为固碳(负排放)的一个重要载体。

　　董旭辉通过研究发现我国东部平原湖区平均固碳速率高于其他几个湖区，主要原因在于：首先，强烈的人类活动导致进入湖区的外源物质增多，比如大量的农业有机质进入湖泊，一方面使沉积物中碳含量增加，另一方面造成湖泊的富营养化和水生植物大量生长，其在死亡后腐烂进一步造成内源有机质沉积的增加。

　　他表示，厘清长江中下游流域在人类活动与气候变化下的湖泊碳埋藏变化及其影响机理，有助于理解湖泊碳埋藏在区域碳循环中的作用，及未来气候变化和人类活动方式改变下湖泊碳汇潜力的变化，并可以为从固碳角度应对未来全球变化提供科学依据。

　　25根沉积柱的回答

　　明确长江中下游湖群目标后，新的问题也随之而来。在古湖沼学研究中，历来使用在湖底打沉积柱的取样法。“为测得准确的碳埋藏量，我们需要在一个湖泊中打几个沉积柱呢?”董旭辉向记者说明了他们遇到的一个难题。

　　通常，即使是同一个湖泊，其不同湖区理化性质也存在一定的空间分布差异性，能否用一个点的沉积柱进行碳埋藏参数的估算，进而推算全湖的碳储量?

　　为此，董旭辉选择了位于安徽省中部的巢湖，这也是我国第五大淡水湖作为试点。尽管古湖沼技术通常会选择湖底最深处打沉积柱，然而为了揭示这种大型湖泊不同深浅位置的碳密度存在差异性，课题组在巢湖东部湖区共采取了25根沉积柱，每根长度约为50～60厘米。结合各个沉积柱中碳含量的测量结果，便可估算各个采样点自19世纪50年代以来的碳密度，进而估算空间差异性。

　　巢湖的多钻孔分析结果表明，除了在特殊位置的少数几根沉积柱，如比较靠近湖岸、河口，以及藻类密集湖区的沉积柱，其余17根沉积柱显示的碳密度差异很小，因此得出结论，可以基于一根沉积柱进行全湖碳储量的估算。同样，长江中下游大多数湖泊均具有巢湖这种湖底平坦、水浅、风力扰动较强等类似特征，理论上只要在湖底最深位置打一根沉积柱即可估算全湖的碳储量。

　　16个湖泊建立模型

　　资料显示，长江中下游湖泊面积大于1平方公里的数量达634个，湖泊面积总和达21053.1平方公里，然而，这里同样分布着许多小型湖泊群。根据湖泊个体差异及所处的不同地理背景，比如不同面积、水深、不同生态类型、不同人类活动强度的湖泊，课题组最后选择了16个典型湖泊，进行不同湖泊碳埋藏特征差异性研究。

　　“我们测算的年代是从1850年开始。之所以选定这个年龄，一方面是测年技术在这个时段比较精确，另一方面也因为该时段是工业革命和全球变暖开始，也是环境变化最为剧烈的时段。”董旭辉说，“这种技术我们称之为‘古湖沼学技术’，它能利用湖泊沉积物再现湖泊—流域的长期环境变化过程。”

　　通过沉积柱采集的碳密度，并进行分析对比，课题组发现面积大的湖泊碳埋藏效率低，面积小的湖泊碳埋藏效率高，并且呈对数递减规律。董旭辉告诉记者：“利用这16个典型湖泊碳储量与湖泊特征参数间的推算模型，我们可以进一步计算出长江中下游所有25098个面积大于0.01平方公里湖泊的碳埋藏量。”

　　“其中看似容易获得的面积参数，实则很不易，并不是每个湖泊都有可查询的精确面积值。尽管我们湖泊所在国家多个项目的支持下，已经获得了许多湖泊的基本参数，但这些数据大多基于面积在1平方公里以上的湖泊。”董旭辉说，“于是，我们采用了多种数理统计方法，在已有的湖泊面积、数量数据的基础上，来描述不同面积范围内湖泊数量、面积间的统计关系，进而推算不同面积湖泊的个数及平均面积。”