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湖泊有机碳埋藏（OCB）对全球碳循环意义重大，但人们对其响应全球变暖的机制却知之甚少。研究人员通过分析青藏高原南部湖泊沉积物，结合模型模拟，发现温度季节性变化显著影响 OCB。该研究为预测未来碳循环动态提供了关键依据。
在地球的生态系统中，湖泊虽仅覆盖地球表面的 1.8%，但其沉积物中有机碳（OC）的封存能力却不容小觑，甚至可与海洋沉积物和土壤相媲美 ，这使得湖泊有机碳埋藏（OCB）成为全球碳循环中极为关键的一环。然而，全球变暖的大趋势下，OCB 如何响应却迷雾重重。一方面，温度升高可能会提升生态系统的生产力，为沉积物带来更多的 OC 用于封存；另一方面，升温又会加速有机物的分解，降低 OC 的埋藏效率。这种复杂的影响机制使得人们难以准确预测净 OC 封存对全球变暖的响应。
青藏高原，这片被誉为 “第三极” 的神奇土地，正以惊人的速度变暖，其升温速率约为每十年 0.46°C，几乎是全球平均速率的两倍。这里湖泊星罗棋布，超过 1400 个面积大于 1 平方公里的湖泊，构成了区域碳循环的重要部分。在 1984 年至 2023 年间，青藏高原湖泊储存的溶解有机碳（DOC）约占中国湖泊总量的 83.2%，但同时，这些湖泊的 CO?排放量也在持续攀升。尽管青藏高原在研究碳循环方面具有独特的优势，可将其视为天然实验室，但目前将长期定量温度重建与 OCB 记录相结合的研究却少之又少，而且缺乏将陆地碳循环模型与古气候模型相结合的机理解释，严重阻碍了人们对极地和高山环境中湖泊沉积物 OCB 响应季节性温度变化的全面理解。
为了揭开这些谜团，中国科学院南京地理与湖泊研究所等多家机构的研究人员踏上了探索之旅。他们通过一系列研究，发现温度季节性变化是影响湖泊 OCB 的关键因素。在全新世早期到中期，较高的温度季节性差异促进了 OCB，而之后随着温度季节性差异的减弱，OCB 显著下降。这一发现为预测全球变暖背景下长期 OCB 动态提供了重要依据，有助于人们更深入地理解全球碳循环，对制定应对气候变化的策略意义非凡。该研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，他们从西藏南部的拿日雍错（Lake Nanglalu）采集了沉积物岩芯，并对其进行了加速器质谱（AMS）放射性碳定年，以此构建可靠的年代框架。其次，通过对沉积物中的生物标志物，如支链甘油二烷基甘油四醚（brGDGTs）和正构烷烃（n - alkanes）进行测量分析，来重建古温度和追溯有机碳来源。此外，还综合分析了已发表的青藏高原湖泊总有机碳（TOC）和花粉浓度记录，并利用基于过程的 ORCHIDEE 模型进行模拟，探究 OCB 对温度季节性变化的响应机制 。
研究结果
- brGDGTs 重建温度的季节性偏差：brGDGTs 常被用作古温度计，研究人员分析拿日雍错记录发现，其基于 brGDGTs 重建的温度在全新世呈现明显的两阶段模式。综合多个湖泊的 brGDGTs 记录发现，高海拔地区湖泊沉积物中基于 brGDGTs 的温度在全新世早期到中期升高，之后下降，再从全新世中期开始稳步上升；而低纬度地区湖泊则呈现持续变暖趋势。与 TraCE - 21ka 模拟数据对比可知，高纬度湖泊 brGDGTs 重建温度与夏季平均温度更吻合，低纬度湖泊则与非夏季温度变化趋势更一致。这表明 brGDGTs 重建温度反映的是高于冰点的温度，与 TraCE - 21ka 模拟的累积正度日（CPDD）数据吻合度高，因此引入 CPDD 来解释青藏高原 brGDGTs 重建温度 。
- 季节性温差与有机碳埋藏的相关性：研究发现，全新世早期到中期总正构烷烃含量和 TOC 均出现峰值，二者呈显著正相关，且与 CPDD 呈显著负相关，与季节性温差呈显著正相关。综合 25 个湖泊 TOC 记录和 20 个花粉浓度记录，多数在全新世早期到中期出现峰值，这意味着该时期植被生产力提高，有机碳输入增加。利用 ORCHIDEE 模型模拟发现，全新世早期到中期气候条件更利于 OCB，此时较高的夏季温度促进植被生长，提高净初级生产力（NPP），冬季低温抑制有机碳分解，使得 NPP 与异养呼吸（HR）差值较大，更多有机碳得以沉积；而全新世中期到晚期，夏季温度下降，NPP 和 HR 均减少，冬季温度上升加速有机碳分解，OCB 显著降低 。
- 温度季节性减弱抑制湖泊有机碳埋藏：约 7 - 6ka BP，青藏高原湖泊沉积物 TOC 含量下降，同时 CPDD 和大气 CO?浓度上升。这可能是由于有机碳分解、CO?排放和气候变暖形成的正反馈循环导致。随着全新世温度季节性差异减弱，OCB 从全新世早期到中期的约 0.4 gC/m2/ 天降至全新世中期到晚期的约 0.2 gC/m2/ 天 。由于青藏高原冬季升温速率高于夏季，未来温度季节性差异可能持续减小，沉积物 OCB 速率也可能大幅降低。
研究结论与讨论
本研究通过对青藏高原湖泊的多方面研究，明确了温度季节性变化对湖泊 OCB 的重要调控作用。全新世早期到中期，较大的温度季节性差异促进了湖泊 OCB，而后期温度季节性差异的减弱导致 OCB 减少。这种变化不仅影响湖泊碳循环，还通过正反馈机制影响全球气候。随着全球变暖，温度季节性差异预计将进一步减弱，这可能导致湖泊沉积物 OCB 显著下降，更多的有机碳被分解为 CO?释放到大气中，加剧全球变暖。该研究成果为理解全球碳循环在气候变化背景下的动态变化提供了关键依据，有助于科学家更准确地预测未来气候变化趋势，为制定有效的碳管理策略和应对气候变化措施提供科学支撑，对全球生态环境保护和可持续发展意义深远。
