弗吉尼亚理工大学 弗吉尼亚州温顿的比弗达姆水库
信用:亚历山大·亨舍尔
由于土地使用和气候变化，全球湖泊和水库的底层水中氧气浓度大幅下降
众所周知，低氧水平会对鱼类和水质产生不利影响，但是很少有人知道这些条件会如何影响淡水中二氧化碳和甲烷的浓度
二氧化碳和甲烷是可以在地球大气中找到的碳的主要形式
这两种气体都是温室效应的部分原因，温室效应是一种提高全球气温的过程
甲烷作为温室气体的效力是二氧化碳的34倍，因此了解湖泊和水库中低氧水平如何影响二氧化碳和甲烷可能对全球变暖有重要影响
到目前为止，研究人员还没有任何来自整个生态系统的经验数据来明确说明氧气的变化会如何影响这两种温室气体
“我们发现，在整个生态系统范围内，低氧水平使甲烷浓度增加了15到800倍，”科学学院生物科学系博士后亚历山大·亨舍尔说
“我们的研究表明，湖泊和水库底部水中的低氧水平可能会使这些生态系统的全球变暖潜力增加大约一个数量级
" 弗吉尼亚理工大学的研究人员刚刚在《湖沼学和海洋学快报》的一篇影响深远的论文中发表了这些发现
为了确定氧气和甲烷浓度之间的相关性，研究人员在罗诺克外的两个水库中进行了研究
在西弗吉尼亚水务局的合作下，研究小组在瀑布溪水库运行了一个增氧系统，该系统将氧气泵入水底，并允许研究人员在整个生态系统范围内研究氧气浓度
通过监测没有增氧系统的上游水库比弗达姆水库，他们能够比较两个水库底部水域的温室气体浓度
他们进行了三年的实验，以观察他们的发现随着时间的推移有多一致
“当这些水库的底层水中没有氧气时，甲烷含量要高得多；而二氧化碳水平是相同的，不管氧气水平如何，”生物科学副教授、全球变化中心的附属教员卡伊兰·凯里说
“在低氧水平下，我们的研究表明甲烷的产量会更高，这将导致未来全球变暖
" 这项研究是第一个在整个生态系统范围内对不同氧气水平如何影响温室气体进行实验测试的研究之一
从逻辑上讲，由于生态系统的复杂性和许多活动部分，操纵整个生态系统极具挑战性
尽管科学家可以使用计算机建模和实验室实验，但没有什么比真实的东西更有权威性
“我们能够用空间代替时间，因为我们有这两个水库，我们可以操纵它们，并相互对比，看看未来会是什么样子，因为越来越多的海底氧气含量越来越低
凯里说:“我们可以非常肯定地说，随着氧气水平的降低，我们将看到这些湖泊成为更大的甲烷排放源。”
据霍恩说，他们的研究结果的优势在于多年来的研究范围
尽管在过去的三年里有一系列的气象条件，该研究证实，无论气温如何，低氧条件下每年都会出现高得多的甲烷浓度
最终，这项研究对于研究人员和公众如何思考淡水生态系统如何在未来产生温室气体至关重要
随着世界各地湖泊和水库中低氧浓度的增加，这些生态系统未来将产生更高浓度的甲烷，导致更多的全球变暖
当然，这些生态变化不仅仅发生在罗诺克地区
在全球范围内，许多研究指出陆地和海洋生态系统的碳循环正在发生变化
然而，这项研究是为数不多的解决湖泊和水库中这种现象的研究之一，而这种现象在碳收支中常常被忽略
这项研究将填补这些知识空白，并聚焦于我们作为公民可以做些什么来解决这个问题
这项研究表明，当湖泊开始成为大型甲烷生产地时，首先防止湖泊经历低氧浓度可以进一步防止它们达到临界点
小决定可以累积
例如，减少流入湖泊和水库的径流可以防止底层水中氧气的枯竭
“不要在你的草坪上放太多的肥料，对你使用多少肥料和如何使用要有策略，”霍恩说
温室气体只是水库在全球碳循环中如何运作的更大图景的一小部分
目前，研究小组正在进行后续的氧气操纵研究，以阐明导致生态系统变化的其他因素
他们将继续监测两个罗诺克水库的氧气操作，以观察水库如何长期影响生态系统
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