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河流新陳代謝控制北極河流中的晝夜模式和二氧化碳逃逸 (HOBO U20/eosGP CO2應用案例)

2022-02-25 14:39:55 點將科技 414

Stream metabolism controls diel patterns and evasion of CO2 in Arctic streams

Gerard Rocher-Ros,Ryan A. Sponseller,Ann-Kristin Bergstr?m,Maria Myrstener,Reiner Giesler

摘要溪流在全球碳 (C) 循環(huán)中發(fā)揮著重要作用,盡管面積較小,但從內(nèi)陸水域逃逸的二氧化碳中有很大一部分來自溪流。然而,不同的陸地和水生過程驅(qū)動二氧化碳的產(chǎn)生和逃逸的相對重要性仍然知之甚少。在這項研究中,作者在2015年和2016年夏季連續(xù)測量了瑞典北部以凍土帶為主的流域的溪流中的O2和CO2。由此,同時估計了每日代謝率和二氧化碳逃逸量,從而洞察了北極河流代謝作為碳動態(tài)驅(qū)動力的作用。結果表明,水生生物過程在多個時間尺度上調(diào)節(jié)CO2的濃度和逃逸速率。光合作用導致二氧化碳濃度在白天下降了900ppm,這種日變化的幅度在低湍流河流中最強烈。二氧化碳濃度的晝夜變化模式反過來又影響了逃逸速率,夜間的逃逸率最高可達45%。整個夏季,水生生態(tài)系統(tǒng)的呼吸作用維持著二氧化碳的逸出,呼吸作用比初級生產(chǎn)總值高一個數(shù)量級。此外,在大多數(shù)情況下,河流呼吸的貢獻超過了CO2逃逸的貢獻,這表明一些河流河段是CO2的凈來源,從而造成了該河流網(wǎng)絡中C的生產(chǎn)和損失的縱向異質(zhì)性。總的來說,這一項研究結果提供了北極地區(qū)河流代謝和二氧化碳逃逸之間的重要聯(lián)系,并證明了河流代謝過程是這些景觀輸出的陸地有機質(zhì)轉(zhuǎn)化和命運的關鍵驅(qū)動因素。

研究方法:

圖片關鍵詞

Miellajokka流域地圖,顏色顯示海拔變化。黑點代表本研究中測量點的位置。插圖顯示了Miellajokka流域在斯堪的納維亞半島內(nèi)的位置,虛線代表北極圈


      研究者在2015年和2016年在北極的Miellajokka河流域布設了6個監(jiān)測點,同時監(jiān)測水溫、水文、流量水體CO2濃度和溶解氧。水溫和水位用HOBO U20-001-04 水位記錄儀每個小時記錄一次;水體CO2濃度用紅外氣體分析儀(IRGA) 每個小時記錄一次。在M1和M16監(jiān)測點,研究者使用 GMT220傳感器,其對溶解的氣體具有高度滲透性,但對水沒有滲透性。在M6、M9、M10和M17站點,研究者使用eosGP CO2濃度探頭(Eosense Inc)。eosGP傳感器使用了與GMT220相同的技術,但設計中包含了PTFE薄膜。GMT220和eosGP傳感器連接到CR1000數(shù)據(jù)記錄器(Campbell Scientific Inc.),由12v鉛酸電池供電。在現(xiàn)場部署前和部署后,傳感器在實驗室中使用標準氣體進行校準,氣體濃度分別為400ppm、2000ppm和5000ppm。傳感器被放置在保護套管中,以避免由于洪水和水中巖石運動造成的損壞,并每3周進行檢查和輕輕清洗。由于膜材料的脆性和一些水流的極端條件,發(fā)生了幾次故障并導致數(shù)據(jù)丟失,特別是在M1處。研究者使用miniDOT氧記錄器每10分鐘監(jiān)測一次氧氣濃度。所有探頭都安裝了一個銅網(wǎng),以避免生物淤積,傳感器被放置在水流的相反方向,以防止碎片堆積和石頭的沖擊。部署前后,使用再曝氣水對傳感器進行交互校準,以達到100%的氧飽和度,然后添加干酵母將氧飽和度降低到0%。

     所有的探頭都使用一根帶孔鋼管連接到一個重金屬平臺上,以防止移動。溫度/水位記錄儀穩(wěn)穩(wěn)地放置在管道內(nèi)部,CO2傳感器在管道外部但位于管道下游,以便暴露在流動的水中,而O2傳感器與水流平行,傳感器面向下游。我們在選擇這些地點時考慮了三個標準:(a)在河流底部找到一個合適的位置來安裝儀器設備,這樣在基流條件下,它們就不會暴露在空氣中,同時也避免了深水池;(b)遠離上游支流匯入處(除M16外,所有河流到最近支流的距離>1 km);(c)無地下水輸入影響。在2-6次試驗中,研究這通過比較部署地點與上游50-500米(視溪流大小而定)河流段鹽度的差異來估計地下水的輸入量。對于每個監(jiān)測點,研究者觀察到相似的流量值,差異小于10%,以此可以排除地下水輸入對代謝的影響。

 水位記錄儀       二氧化碳濃度監(jiān)測

U20-001-04 水位記錄儀              eosGP 土壤二氧化碳監(jiān)測儀

監(jiān)測結果:

圖片關鍵詞    圖片關鍵詞


主要監(jiān)測設備:

HOBO U20-001-04 水位記錄儀:HOBO U20系列水位計具有使用方便和設計小巧的特點,可以在記錄水位變化的同時記錄水中的溫度變化,適用于河流、湖泊、濕地和沼澤等,。它具有精度高、使用方便、價格便宜的優(yōu)點。

eosGP 土壤二氧化碳監(jiān)測儀eosGP 土壤二氧化碳監(jiān)測儀是一款可原位連續(xù)監(jiān)測二氧化碳含量,結構堅固,既可埋于土壤中,又可淹沒在溪流或湖水中,甚至可以用于雨雪環(huán)境。低能耗,開箱即用,可掩埋,形狀小,可兼容大部分基礎數(shù)據(jù)采集器,易使用,非常適用于野外系統(tǒng)集成觀測。