随着水库的快速扩张和富营养化问题的加剧，全球和区域碳循环受到了深远的影响。水库作为重要的碳汇，其碳吸收和碳埋藏潜力评估对于理解全球碳循环至关重要。已有的研究主要针对湖库沉积物有机碳的埋藏。然而，颗粒物在水体沉降的过程中，内源自生有机质的分解程度如何？该问题尚缺乏定量认识，从而严重制约了对湖库“碳汇”效应的准确评估。
近期，中国科学院地球化学研究所陈敬安研究员团队选取了中国云南-贵州高原喀斯特盆地的人工水库——红枫水库作为代表性水库，系统探讨了水库中内源自生颗粒态有机碳（POC）的来源和演变。研究通过采集流入河流和水库表层水体及水体剖面的颗粒物和水样，分析了POC含量、稳定同位素（δ13CPOC）、放射性同位素（Δ14CPOC）、颗粒氮和叶绿素浓度。研究结果显示，河流和水库中的颗粒物在POC含量和碳同位素特征上存在显著差异，主要原因是POC来源不同。河流颗粒物的C/N比为10.4至18.4，δ13CPOC值为-29.3‰至-26.1‰，Δ14CPOC值为-282‰至-183‰；而水库表层水的颗粒物C/N比为5.1至6.9，δ13CPOC值为-34.6‰至-31.3‰，Δ14CPOC值为-162‰至-143‰。从水库表层到底层，颗粒物的C/N比逐渐增加，Δ14CPOC值变得更加负值，而δ13CPOC值在不同水体剖面中表现出不同的趋势。综合分析叶绿素和其他变量表明，Δ14CPOC是示踪水库中颗粒物下沉过程中POC来源和分解过程的最可靠指标。基于Δ14CPOC的定量估计显示，内源性POC的贡献从表层水的73-85%下降到底层水的41-57%，其中74.7-75.4%的内源性POC在下沉过程中分解，表明只有一小部分内源性有机物能够到达水库底部并最终埋藏在沉积物中。
尽管大部分的内源自生有机质在水体沉降过程中发生了分解，但是在浮游植物生长旺盛期，表层水体CO2（aq）分压极低、严重不饱和。基于此，该研究提出水体内部碳循环对水库的碳汇效应具有十分重要的调控作用。
本研究的创新点在于利用放射性碳同位素Δ14CPOC量化了水库中内源性POC的分解过程，揭示了水库作为碳汇的复杂性。研究结果不仅为水库碳汇潜力的评估提供了新的方法和数据支持，还为未来研究内源性有机物分解产物的命运提供了方向，有助于更全面地理解水库在全球碳循环中的作用。
图1 红枫湖流域水体POC的迁移和分解过程
图2 POC分解产物的可能去向
上述研究成果发表在环境科学与水资源领域顶级期刊Water Research上。该研究得到了国家重点研发计划（2023YFF0806000）、国家自然科学基金（U2202209, 42177249, 42303018）以及中国科学院“西部之光”等项目的资助。
论文信息：Chao Yin, Yan Zeng, Jingan Chen, Guangrong Ran, Haiquan Yang, Jia Yu, Jingfu Wang, Ziyan Zhang, Xudong Guo. Quantitatively tracing the decomposition of endogenous particulate organic carbon during sinking in (sub-)deep reservoirs: Using radiocarbon isotopes Δ14C. Water Research, Volume 271, 2025, 123003.
链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.123003.
（环境室 曾艳、殷超/供稿）