地化所在地表水体碳增汇和富营养化缓解双赢的土地利用调控研究取得新进展

人类活动改变了土地利用方式，从而也改变了流域的水化学特征（例如CO₂（aq），NO₃^-和PO₄^3-浓度），这些水化学特征的改变调节了地表水体水生光合生物的初级生产和内源有机碳(AOC)的形成，最终影响着内陆水体的碳循环和水体的富营养化状态。然而，在浮游植物与沉水植物共存的浅水环境中，C-N-P对水生生物初级生产(富营养化)的限制及其促进水体AOC形成(增汇)的机制尚不清楚。 

针对以上科学问题，中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室刘再华研究员领导的喀斯特(岩溶)水-碳循环研究小组，以贵州普定县沙湾喀斯特水-碳通量模拟试验场（该试验场由相连的土地利用样池和地表水体样池两个模块组成：土地利用样池(长x宽x高为20m x 5m x 3m)是由水文地质条件相同，不同土地覆被的5种模拟土地利用方式组成；地表水体样池由5个长x宽x高为3m x 0.5m x 0.5m，分别连接5种模拟土地利用方式泉水的小池组成）作为研究对象，在2018年9月至2019年8月的完整水文年期间，开展了大规模野外模拟试验，研究了C-N-P对浮游植物及其种类和沉水植物初级生产力的限制。研究结果表明: 

（1）地表水体浮游藻类生物量主要受不同土地利用方式介导的氮(N)和磷(P)输出浓度的共同限制，但以氮(N)限制为主，而沉水植物(布氏轮藻为优势种)生物量则主要受溶解无机碳浓度(DIC-CO₂（aq）)的限制。 

（2）在高DIC低N-P的水环境中（草地和灌丛对应的地表水体），浮游藻类的生物量普遍较低，且绿藻和硅藻表现出了比蓝藻更强的竞争优势。 

（3）浮游藻类和沉水植物对地表水体AOC形成的贡献存在季节差异，浮游藻类在春夏贡献较大，而沉水植物则在秋冬贡献较多。但从整个试验周期来看，浮游藻类贡献约27%和沉水植物贡献约28%(两者协同贡献则约17%)，浮游藻类贡献与沉水植物贡献占比相近。 

上述结果综合表明，自然恢复的植被（如草地和灌丛)可使相应地表水体DIC含量升高，N+P含量降低，从而促进沉水植物生长和抑制浮游藻类，并使硅藻和绿藻相对蓝藻更具竞争优势，从而有助于缓解水体富营养化和增加地表水DIC的固定（图1）。 

图1 天然恢复植被(使地表水体DIC含量升高，N+P含量降低)促进地表水体碳增汇和富营养化缓解

该研究得到了中国科学院战略重点研究计划（XDB40020000）和国家自然科学基金项目（42130501, 42177248, U1612441, 41921004）的资助，相关研究结果发表在国际环境学期刊《Science of the Total Environment》上，文章链接： 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896972106993X 

（环境室刘再华课题组/供稿）