氣候變化可能會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種以前未被注意的有機分子。通過測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)的功能并可能導致溫室氣體排放。

小型淺湖主導著世界淡水區(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。這項發(fā)表在《PNAS》雜志上的新研究表明，氣候變化可能導致北部淡水湖排放的溫室氣體水平增加1.5到2.7倍。

負責這項研究的劍橋大學植物科學系的安德魯·坦南扎普博士說：“我們傳統(tǒng)上在淡水中所謂的'碳'是不同碳基有機分子的超級多元混合物”。“我們一直在測量淡水中的'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。現(xiàn)在我們已經(jīng)意識到，重要的是這無形的有機分子世界的多樣性。”

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。通過在加拿大安大略省的兩個湖中模擬這種影響，該研究發(fā)現(xiàn)有機分子(結構內(nèi)含有碳的分子)的多樣性增加，從而使水進入附近植物和樹木掉落的物質(zhì)中。

有機分子是湖泊沉積物中微生物的食物來源，微生物會將其分解并釋放出二氧化碳和甲烷作為副產(chǎn)物。因此，增加有機分子的含量可以增強微生物活性并產(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分子中產(chǎn)生溫室氣體，因此與微生物的多樣性相比，有機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，增加的有機分子多樣性可能會增加水中的溫室氣體濃度，因為有更多的分子可以被陽光穿透水分解。

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

準確預測自然系統(tǒng)的碳排放量對于了解氣候變化步伐以及全球變暖的影響的計算的可靠性至關重要。

“氣候變化將增加森林覆蓋率并改變物種組成，導致更多的葉子和植物凋落物落入水道。我們發(fā)現(xiàn)，水中有機分子多樣性的增加導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減少碳排放的方式，例如通過改變土地管理方式。”

改變淡水區(qū)域周圍的植被可能會改變最終在水中的有機分子。該團隊現(xiàn)在正在通過從歐洲150個湖泊中取樣來擴大研究范圍，以了解天然淡水系統(tǒng)中有機分子多樣性的更廣泛的生態(tài)后果。