《Journal of Great Lakes Research》：Assessment of the current balance of biogenic elements and organic carbon in Lake Baikal
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Tamara V. Khodzher | Liudmila P. Golobokova | Valentina M. Domysheva | Mariya V. Sakirko | Irina V. Tomberg | Larisa M. Sorokovikova | Natal
Tamara V. Khodzher | Liudmila P. Golobokova | Valentina M. Domysheva | Mariya V. Sakirko | Irina V. Tomberg | Larisa M. Sorokovikova | Natalya A. Onischuk | Olga G. Netsvetaeva | Valery N. Sinyukovich
俄罗斯科学院湖泊学研究所，乌兰巴托尔斯卡亚街3号，伊尔库茨克664033
摘要 本文首次评估了贝加尔湖生态系统中生物元素和有机碳的平衡状况，这两种成分是湖泊营养状态的主要组成部分。基于2011年至2020年的长期研究，我们计算了通过河流、降水、气态污染物和气溶胶进入湖泊的磷、氮、硅和有机碳的不同形式的输入量。研究分别在河流水位较低的时期（2011–2017年）和水位逐渐升高至长期平均水平时期的情况（2018–2020年）进行，揭示了这些元素随河流径流在不同水位下的输入模式。虽然支流是湖泊元素的主要来源，但近年来大气沉降的矿物形态氮和磷的比例分别上升至年总输入量的56%和58%。本文首次将有机形态的磷和氮纳入化学平衡计算中。这些外部输入量与贝加尔湖水体中的含量以及通过安加拉河流出的量进行了比较。统计分析表明，湖泊水中氮和磷浓度的年际及年内波动范围保持不变。生物元素和有机碳的质量平衡表明，在现代时期，大部分元素仍滞留在湖泊中。
引言 贝加尔湖（北纬51°40′–55°47′，东经103°42′–109°34′）是地球上最深的湖泊（1642米），也是最古老的湖泊（超过3000万年的历史）。它含有全球20%的淡水，并拥有独特的生态系统，其中包含大量特有物种（Rusinek等人，2012年）。该湖泊位于气候大陆性强且存在永久冻土的地区。该地区的年平均气温低于冰点，尽管太阳辐射强度较高，但夏季对湖泊的加热作用有限（Verbolov，1993年）。过去100年来，冬季气温上升了1.9℃，春季气温上升了1.5℃，这使得寒冷期持续时间缩短，尤其是在湖泊南部。湖面水温上升了2℃，表明气候条件发生了显著变化（Izmest’eva等人，2016年；Shimaraev和Domysheva，2004年；Shimaraev和Domysheva，2013年）。目前，贝加尔湖地区的气候变暖速度远快于俄罗斯其他地区，这影响了降水量、区域湿度以及河流径流量（Sinyukovich和Chernyshov，2019年）。除气候变化外，由于湖泊沿岸旅游和娱乐基础设施的扩张以及湖泊水域内水上运输的增加，人类活动对贝加尔湖生态系统的影响也在现代显著增强。
自然水质和水体的生态状况在很大程度上取决于生物元素和有机物质的浓度。贝加尔湖的水质被归类为超淡水类型，这些成分的浓度较低，这表明湖泊深层水体属于贫营养状态（Domysheva等人，2019年；Falkner等人，1991年；Grachev等人，2004年；Khodzher等人，2017年；Votintsev，1961年）。在近几十年中，湖泊沿岸和海湾区域以及某些凹地出现了中营养甚至富营养水域（Sorokovikova等人，2015年；Watanabe和Drucker，1999年）。
2011年夏季，由于人类活动的影响，在贝加尔湖南部Listvennichny湾的沿岸区域首次观察到湖泊生物群的大规模变化。通常不在该湖中出现的丝状绿藻属取代了贝加尔湖底的藻类。同时，该海湾沿岸区域的磷酸盐、硝酸盐和铵的浓度比贝加尔湖开阔水域的浓度高出数十倍（Kravtsova等人，2012年）。随后，的大规模生长蔓延到了整个湖泊沿岸区域（Kravtsova等人，2014年；Kravtsova等人，2020年；Volkova等人，2018年）。在湖泊的一些沿岸区域，还记录到了海绵的大规模死亡现象（Khanaev等人，2018年；Timoshkin等人，2016年；Timoshkin等人，2019年）。
近几十年来，湖泊沿岸水域及其支流中的矿物形态磷和氮的浓度有所下降，而有机形态的浓度则有所上升（Eletskaya等人，2024年；Sakirko等人，2020年）。这导致浮游植物的物种组成发生了变化，出现了以有机形态这些物质为营养来源的藻类（Bondarenko等人，2020年）。
生物元素（主要是磷、氮和硅）的可用量是维持贝加尔湖独特生态系统生产力的关键因素。来自支流水体和大气的影响，以及湖内过程产生的转化和通过安加拉河排出的水量，共同维持了这些元素在湖泊中的平衡。失衡可能威胁到特有物种的生存，并导致整个湖泊生态系统的不可逆变化。
G.Yu 在本研究中，基于2011–2020年的长期观测数据，我们评估了通过支流水体、降水、气态污染物和气溶胶进入湖泊的生物元素和有机物质的量，以及它们在湖泊水柱中的浓度和通过安加拉河流出的量，并将我们的数据与20世纪的平衡估算值进行了比较。
部分摘要 方法 现代生物元素（氮、磷和硅）和有机物质平衡的计算基于2011年至2020年的监测数据。我们对贝加尔湖水体及其主要支流、从湖泊流出的安加拉河的水质、沿岸及湖泊水域的降水量和气溶胶进行了全面的全年研究（图1，示意图）。
数据
水量平衡 贝加尔湖的流域位于北纬46°20′–56°4′，东经96°50′–114°10′之间。湖泊流域面积为540,000平方公里，水面积为31,500平方公里。整个流域面积的约48%位于俄罗斯境内，其余部分位于蒙古境内（Verbolov，1993年）。贝加尔湖仅有一个出水口，即安加拉河，而流入湖泊的水源来自300多条河流。
本发明涉及1962–2008年伊尔库茨克大坝建设后的湖泊水量平衡数据（
结论 在本研究中，基于更新的贝加尔湖水量平衡数据，我们计算了这一世界上最大最深的湖泊在10年监测期内的生物元素和有机碳的当前化学预算。外部平衡方程揭示了所研究元素的输入与输出之间的总体数量关系，并表明了它们在湖水中的含量。当前的平衡计算基于长期观测数据
CRediT作者贡献声明 Tamara V. Khodzher： 撰写与编辑、初稿撰写、项目监督、形式分析、概念构思。Liudmila P. Golobokova： 可视化、数据验证、项目监督、形式分析、概念构思。Valentina M. Domysheva： 项目监督、资源管理、调查、形式分析。Mariya V. Sakirko： 项目监督、资源管理、调查、形式分析。Irina V. Tomberg： 资源管理、调查、形式分析。Larisa M. Sorokovikova：
利益冲突声明 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢 本研究得到了俄罗斯科学院湖泊学研究所（LIN SB RAS）的国家项目“FWSR-2026-0017”的财政支持，该项目旨在“研究气候变化和人为负荷条件下贝加尔湖地区自然环境中碳循环成分、生物元素和其他化学物质”的变化。
作者感谢“G.Yu. Vereshchagin”研究船的船员以及湖泊学研究所水电与水物理实验室的V.V. Blinov和R.Yu. Gnatovsky工作人员的支持。
