不同類型亞寒帶湖泊夏季溫室氣體通量研究： R??m E I, Lauringson V, Laas A, et al. Summer greenhouse gas fluxes in different types of hemiboreal lakes[J]. Science of the Total Environment, 2022, 843: 156732. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.156732
湖泊是全球碳循環的重要組成部分，盡管其面積僅占地球表面積的約3%，卻是重要的溫室氣體（GHG）排放源，特別是在中高緯度地區。二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）和氧化亞氮（N?O）是主要的湖泊溫室氣體，而不同類型湖泊在氣體交換方面存在顯著差異。本研究《Summer greenhouse gas fluxes in different types of hemiboreal lakes》由R??m等人（2022）發表在《Science of the Total Environment》，系統比較了愛沙尼亞亞寒帶地區9個不同類型湖泊（包括淺湖、深湖、溪流型湖泊和沼澤型湖泊）在夏季的溫室氣體通量，評估其對區域和全球碳平衡的潛在影響 。 研究的主要目標是：1）量化不同類型湖泊夏季的GHG通量；2）評估湖泊理化因子對通量的影響；3）識別不同湖泊在碳排放格局中的角色和機制差異。這項研究有助于填補北半球亞寒帶湖泊在GHG研究中的知識空白，并為氣候模型的改進提供數據基礎。
1.研究區域與湖泊分類
研究選取了位于愛沙尼亞的9個湖泊，涵蓋以下四種類型，每個湖泊在2020年夏季進行了兩到三次采樣。
淺型湖泊（shallow polymictic lakes）；
深型湖泊（deep stratified lakes）；
流動型湖泊（fluvial lakes）；
沼澤型湖泊（bog lakes） 。
2. 數據采集與分析
采樣數據包括水體上層和底層的溫度、溶解氧、電導率、pH、營養鹽（總氮、總磷）、葉綠素a、溶解有機碳（DOC）以及溫室氣體（CO?、CH?、N?O）濃度。
其中溶解氧/溫度傳感器（Ponsel OPTOD）和溶解二氧化碳傳感器（AMT Analysenmesstechnik GmbH）被部署在最多四個深度。在所有湖泊中，上層傳感器放置在0.5米深度，其他傳感器的位置根據分層情況決定，以充分表征所有不同層次，覆蓋從0.5米到20米的深度。
溫室氣體濃度通過密閉室法（floating chambers）和水體溶解氣體采集與氣相色譜儀分析法共同獲得。其中浮動室用于評估氣體的擴散通量，結合風速、氣壓和水溫進行通量估算。湖泊的形態特征（深度、水體體積、表面積等）以及沉積物和周圍土地利用也被考慮在內，作為通量影響因子之一。
1. CO2 通量
各湖泊CO?通量變化顯著，從-1122 mg/m2/day（Coastal）到6600 mg/m2/day（Alk）不等。三類湖泊為CO?排放源：堿性湖（Alk）、分層堿性湖（StratAlk）、黑水湖（DarkSoft）；而沿海湖（Coastal）、大湖（V-Large）、淺色軟水湖（LightSoft）為CO?匯。
CO?通量與表層DCO?濃度呈顯著正相關（R > 0.9），表明表層過飽和是主要驅動力；
含碳酸鹽湖（如Alk，HCO??濃度達293 mg/L）因碳酸鈣沉淀釋放CO?，成為“CO?煙囪”。
2. CH4 通量
CH?通量變異更為劇烈，Coastal湖型日通量達629.3 mg/m2，LightSoft為229.8 mg/m2，StratAlk為88.8 mg/m2，其他湖泊均低于50 mg/m2。
CH?排放以擴散與氣泡形式共存，氣泡釋放主要出現在淺湖與沿海湖；
CH?通量與湖泊中層至底層的CO?梯度、電導率梯度相關，提示CH?來源于底泥；
淺型非分層湖（如Large, MedAlk）排放較低，可能因良好的氧化層抑制了產甲烷過程。
3. N2O 通量
大多數湖泊N?O通量接近檢測下限，僅Alk湖表現出顯著正通量（4.12 mg/m2/day）（，可能與其高NO?-N濃度（3.13 mg/L）與高N/P比（38）相關。
DarkSoft和Coastal湖型出現弱N?O吸收現象；
其他湖泊因夏季浮游植物競爭氮源或底層缺氧導致脫氮完成，N?O轉化為N?，通量極低。
1. 愛沙尼亞湖泊溫室氣體排放估算
日平均總CO?排放量：-8.16 × 10? mol，顯示全國湖泊為CO?匯；
通過將 CH4 數據轉換為CO2當量，所有愛沙尼亞湖泊的總排放量（8 TC day ?1）變為強正值：每天 2720 T CO2 當量：2720噸CO?e；
若僅考慮CH?，則湖泊系統為顯著溫室氣體源。
Peipsi湖（V-Large）因面積占全國湖泊面積?，其CO?匯作用使全國CO?凈通量為負（-142 mg/m2/day），成為抑制GHG排放的重要生態系統。
2. 各湖型貢獻分析
雖然堿性湖（Alk）面積僅占全國湖泊面積0.09%，但因單位面積通量極高，在總排放中作用顯著；
沿海湖（Coastal）雖面積不大，但CH?排放強度極高，日均釋放達630 kg CH?。
本研究表明，湖泊類型是影響夏季溫室氣體通量的關鍵因素，特別是水深、DOC濃度、氧化還原環境對CH?和CO?通量有顯著調控作用。沼澤型和淺型湖泊在GHG排放中起著主導作用，盡管其表面積可能較小，但其單位面積的排放通量顯著高于其他類型湖泊。研究強調了將湖泊類型納入碳通量估算模型的必要性，并指出需特別關注對陸地–水體碳耦合過程的管理。同時，也為未來跨季節和多年份研究提供了對比基礎。
Ponsel OPTOD溶解氧傳感器
光學溶解氧（OPTOD）傳感器基于發光光學技術，已通過ASTM國際方法D888-05認證。傳感器無需校準，并得益于超低功耗技術，OPTOD傳感器滿足現場工作和短期或長期活動的需求。且測量沒有氧氣消耗，這種技術使能夠在幾乎所有情況下進行精確測量，特別是在極低氧氣濃度的情況下。
AMT CO2傳感器
水中溶解二氧化碳（不包括HCO3-和CO32-）的測量是水質監測中最重要的參數之一。AMT GmbH現已開發出一種新型覆膜光學CO2傳感器，該傳感器具有鈦合金外殼和其他改進特性。因此，新的AMT-CO2傳感器適用于深度達1,000米的環境，具有模擬或數字輸出、低電流消耗，并具備自動內部溫度補償功能。該傳感器設計為可與CTD探頭系統、自有測量系統外部連接，或作為獨立傳感器使用。
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