“老碳”对高原湖泊浮游甲壳动物碳源的贡献与途径

Ancient organic carbon is defined as the fraction of the organic carbon (OC) produced by organism which can stay on the plateau cryosphere glaciers or permafrost for thousands of years. Owing to climate warming, ancient OC could be released from ice-sheet, glacier and permafrost systems and exported into high mountain lakes, thus become an important carbon source of consumers. Few studies have explored the potential use of this ancient OC in lake food webs. We aim to investigate the properties of OC composition and planktonic crustaceans community structure in a high mountain lake (Lake Chencuo). We will assess the contribution ratio of ancient OC to carbon source of planktonic crustaceans by analyzing the natural abundance of radiocarbon and stable carbon isotopes of the consumers and different carbon sources. To elucidate the main pathways of zooplankton utilizing ancient OC, phospholipid fatty acids biomarkers and stable carbon isotopes of zooplankton and its carbon sources are to be analyzed. This work is valuable for revealing the environmental transformation pathways of ancient OC in lacustrine ecosystem. Furthermore, it will be helpful to enhance understanding the driven mechanism and the trend of carbon cycling in aquatic ecosystems.

生物产生的部分有机碳可以在高原冰冻圈的冰川或冻土中停留上千年(定义为“老碳”)。气候变暖引起的老碳释放可能成为冰冻圈高原湖泊外源有机碳的重要组成部分。老碳对湖泊的补贴可能促进生态系统中消费者的生长，但老碳在湖泊生物可利用碳源中所占的比例及其在食物网中的传递途径尚未得到深入研究。本项目以青藏高原湖泊—沉错为研究地点，以老碳对高原湖泊浮游动物碳源的贡献比例和碳流途径为研究核心，基于对沉错浮游甲壳动物群落结构的时空分布以及湖泊有机碳源充分调查的基础上，测定不同来源有机碳和浮游甲壳动物的稳定与放射性碳同位素，从而估算不同碳源（包括外源输入的老碳）对浮游甲壳动物碳源构成的贡献比例；通过分析浮游甲壳动物脂肪酸与有机碳源脂肪酸标志物特征，结合稳定碳同位素分析，揭示浮游甲壳动物利用有机碳的主要途径。研究结果有助于阐明老碳的转化途径，为进一步研究高原湖泊生态系统碳循环过程的驱动机制与变化趋势增加科学积累。

生物产生的部分有机碳可以在高原冰冻圈的冰川或冻土中停留上千年（定义为“老碳”）。气候变暖引起的老碳释放可能成为冰冻圈高原湖泊外源有机碳的重要组成部分。老碳对湖泊碳库的补贴使其可能成为生态系统中消费者的重要碳源，但老碳在湖泊生物可利用碳源中所占的比例及其在食物网中的传递途径尚未得到深入研究。本项目以青藏高原湖泊—沉错为研究地点，研究了老碳对高原湖泊浮游动物碳源的贡献比例和碳流途径。研究结果表明，除陆源植被∆14C（37.9‰）为正值外，湖泊中的浮游动物与浮游植物以及溪流颗粒有机碳（POC）、溶解有机碳（DOC）均具有老碳特征。浮游植物与沉水植物的∆14C（-84.3‰，-86.9‰）为负值是由于光合作用过程中利用了湖泊溶解性无机碳（DIC），而DIC容易受到来自流域的基岩或土壤中的石灰石溶解的影响，从而导致其∆14C为负值。入湖溪流中DOC（-137.8‰）、POC（-568.8‰）的∆14C为负值是由于冰川冻土释放的老碳随径流输入；而浮游动物∆14C（81.9‰ ~ -89‰）为负值则是因其同化了以上各种碳源，且其值介于浮游植物、水生植物与外源POC、DOC之间。. 经同位素混合模型计算，对桡足类而言，浮游植物的贡献为25.2%，水生植物的贡献为24.7%，陆生植物的贡献为28.3%，河流POC与DOC的贡献分别为4.6%与17.2%；对枝角类而言，浮游植物的贡献为25.9%，水生植物的贡献为25.5%，陆生植物的贡献为24.9%，河流POC与DOC的贡献分别为5.1%与18.6%。浮游动物利用老碳主要通过两种途径：（1）通过利用源于冰川流域的古老的外源有机碳，（2）通过利用表现出老碳特征但实际却新鲜的内源有机碳。流域与湖泊环境对浮游甲壳动物利用老碳有重要影响，其中外源碳的碳氮比（C/N）与DOC-14C年龄对浮游动物食物来源的贡献呈极显著负相关（R2 = 0.76，p<0.05；R2 = 0.94，p<0.001），而DOC的∆14C值与冰川末端到湖泊的距离呈显著相关（R2 = 0.92，p<0.001）。研究结果证实了我们的科学假设，即从冰川和冻土中释放的生物可利用有机碳是浮游动物食物网的重要资源。研究结果为进一步研究高原湖泊生态系统碳循环过程的驱动机制与变化趋势积累了科学知识。.