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湖底地下水补给对渗漏型湖泊CO2汇的影响机制

批准号:
42202271
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
20.0 万元
负责人:
李刚
依托单位:
学科分类:
水文地质学
结题年份:
2024
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
李刚

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
湖泊是调控内陆碳循环的重要环节,其水文过程显著影响着温室气体的平衡动态。地下水不仅是湖泊水量的重要源汇项,而且对湖泊碳收支的贡献不可忽视。在地下水超采区,湖泊渗漏(即:湖底地下水补给,LGR)普遍存在,准确评估LGR通量是正确认识渗漏型湖泊碳汇过程中地下水作用的重要前提。本项目拟选取典型渗漏型湖泊——白洋淀为研究场地,通过湖水-地下水分层监测采样、氡同位素(222Rn)示踪技术和涡度协方差理论方法,探究LGR作用下碳循环的季节变化特征和人工补水响应规律,识别地下水-湖水-大气两个关键界面CO2交换通量的相关关系,验证关键科学假设,即LGR抑制沉积物-湖水界面CO2扩散和促使CO2迁移埋藏的过程效应,从水文地质学角度揭示LGR对渗漏型湖泊CO2汇的影响机制。通过本项目的实施将为全面认识渗漏型湖泊CO2汇的过程因素提供新的见解,并为此类湿地补水修复和环境评价提供科学依据。
英文摘要
Lakes are vital links in regulating the inland carbon cycle, whose hydrological processes significantly affect the greenhouse gas balance dynamics. Groundwater is not only a major source or sink of lake water, but also contributes significantly to the lake carbon budget. In groundwater overexploitation areas, lake leakage (i.e., lacustrine groundwater recharge, LGR) is commonly ongoing. Accurate assessment of LGR fluxes is a key prerequisite for correctly understanding the role of groundwater in the carbon sink processes at leaky lakes. This project plans to research at one typical leaky lake, namely, Baiyangdian Lake. With stratified monitoring and sampling lake water and groundwater, radon isotope (222Rn) tracing technology and eddy covariance method, the seasonal variation characteristics and response pattern to artificial water replenishment of carbon cycle under LGR processes can be explored. The correlation between CO2 exchange fluxes at the two key interfaces of groundwater-lake-atmosphere will be identified, so as to validate the principle scientific hypothesis, i.e., the effect of LGR processes on both inhibiting the diffusion and promoting the migration-burial of CO2 at the sediment-lake interface. These will reveal the influence mechanism of LGR on CO2 sink for the leaky lake, from the perspective of hydrogeology. The implementation of this project will provide an innovative insight for comprehensively understanding the procedural factors of CO2 sinks in leaky lakes, and provide a scientific basis for such wetland replenishment restoration and environmental assessment.
湖泊是调控内陆碳循环的重要环节,其水文过程显著影响着温室气体的平衡动态。地下水不仅是湖泊水量的重要源汇项,而且对湖泊碳收支的贡献不可忽视。在地下水超采区,湖泊渗漏(即:湖底地下水补给,LGR)普遍存在,准确评估LGR通量是正确认识渗漏型湖泊碳汇过程中地下水作用的重要前提。本项以典型渗漏型湖泊——白洋淀为研究场地,通过湖水-地下水分层监测采样、氡同位素(222Rn)示踪技术和涡度协方差理论方法,在对渗漏型湖泊水均衡定量评价的基础上,分析不同季节白洋淀湖水和不同深度地下水中氡同位素(222Rn)、营养物质(DIN、DIP和DSi)的浓度空间分布特征及影响因素,同时结合主要气象要素(气温、风速、蒸散量、降水量)与白洋淀水气界面CO2通量的变化关系,研究了地下水补给过程对湿地碳汇的影响规律。针对主要研究内容,本项目发现包括:(1)对于地下水超采平原区的渗漏型湖泊,地下水补给是十分重要的水文交换过程,不同深度地下水和湖水之间的DOC、DIC、游离态CO2等浓度存在巨大差异,其对区域水均衡及伴随的碳循环衡过程均具有不可忽视的作用;(2)气象要素对湖泊湿地与大气界面的CO2通量具有重要的影响,气温、降水、风速和蒸散发等对湖泊湿地的碳汇过程均表现出不同的促进或抑制作用;提出进一步地需考虑沉积物-水界面过程的地下水补给过程对CO2汇的影响;(3)借助湖泊湿地天然放射性222Rn示踪技术,定量分析了渗漏型湖泊不同季节的湖底地下水补给过程及变化特征;地下水补给(LGR)过程对抑制地下水中高浓度CO2的向上迁移扩散具有积极作用,同时可以将地表水中的溶解性碳(DIC、DOC)向下迁移埋藏,两个方面共同作用有助于提高湖泊湿地的碳汇作用。总之,上述研究结果能为更准确全面评价渗漏型湖泊CO2汇的过程因素提供新的见解,并为同类湿地生态补水修复和环境影响评价提供科学依据。
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