湖泊是土壤有机碳迁移-沉积的“临时终端”，是全球碳库的重要组成部分，对陆地生态系统碳循环具有重要意义。1950年以来，土地利用变化、水库建设、城市扩张等人类活动加速了湖泊-流域系统的生态环境变化。然而，在自然和人类活动综合作用下，湖泊沉积有机碳及其来源的变化规律及驱动机制尚不明晰，这影响了对湖泊-流域生态系统的环境演变的全面认知。因此，研究团队采集了洞庭湖流域不同土地利用类型土壤样品和洞庭湖沉积物样品，并收集了近70年来洞庭湖流域社会-经济数据，系统研究了洞庭湖沉积有机碳动态及来源变化规律，定量分析了其对气候变化和人类活动的响应规律。
研究发现，洞庭湖近200 cm的沉积深度对应的年代跨度为127~162年，泥沙平均质量沉积速率为1.47~3.11 g/(cm2·a)（图1），在空间上呈南洞庭湖>西洞庭湖>东洞庭湖的分异特征，在时间上则呈现阶段式增加趋势。据此，定量得出洞庭湖沉积有机碳埋藏速率和埋藏通量分别为11.85~653.10 g/(m2·a)和14.42~23.87 kg/m2。同时，研究团队利用稳定同位素指纹技术对沉积有机碳来源进行了定量解析，发现洞庭湖沉积有机碳主要来自于陆源输入，且其贡献度由54.3%逐渐上升到82%（图2）。在陆源输入的有机碳中，不同土地利用类型的贡献存在较大差异，其中，耕地（21.48%）是洞庭湖沉积有机碳的主要来源，而园地和建设用地对沉积有机碳贡献在近年不断上升。在此基础上，研究团队分析了流域气候变化和人类活动对洞庭湖沉积有机碳的影响，发现人类活动是洞庭湖沉积泥沙和沉积有机碳动态变化的主要驱动因素，主要体现在人口增长、植被覆盖增加、农业活动等改变了流域土地利用类型和湖泊水文过程，进而驱动着洞庭湖泥沙和有机碳沉积规律及来源变化（图3）。
相关研究结果阐明了洞庭湖流域人类活动对湖泊沉积物特征的驱动路径及相对贡献（图4），揭示了人类活动对流域碳流失的影响，强调了区域发展过程中开展人类活动调控的重要作用，为区域生态系统碳循环研究提供了新的认识，也为湖泊湿地可持续发展和生态环境管理提供了科学依据。
图1 洞庭湖沉积泥沙质量累积速率的时间（a）和空间（b）分布
图2 土地利用和水文条件对河流下游沉积有机碳来源变化的影响
图3 气候变化和人类活动对西洞庭湖沉积有机碳来源的驱动路径（a）及贡献程度（b）
图4 湖泊-流域生态系统的驱动-响应关系概念模型及洞庭湖的实证研究
以上研究成果发表在Water Research、Environment International、Limnology and Oceanography、Fundamental Research等期刊上，我院李忠武教授、聂小东副教授为相关论文的通讯作者。研究得到国家自然科学基金（U19A2047、42277335）、湖南省自然科学基金（2023JJ20030、2022JJ30390、2020JJ4429）等项目的资助。
相关文章链接：
1、https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119779
2、https://doi.org/10.1016/j.envint.2023.107788
3、https://doi.org/10.1016/j.fmre.2023.04.015
4、https://doi.org/10.1002/lno.12385
供稿人：聂小东、李忠武
审核人：饶志国、周国华
