不同土地利用下岩溶水生系统碳汇量阀值及其控制机理研究

Carbonate takes part in the global carbon cycle by the weathering and aquatic photosynthesis processes actively. However, whether the carbon sink associated with carbonate weathering is stable or not depends on whether the dissolved inorganic carbon (DIC) generated from the rock weathering could be utilized by theaquatic photosynthetic organisms and their utilization levels. Therefore, karst carbon sink is still in dispute and needs to be systematically studied. In this proposal, to investigate the stable aquatic carbon pump effects of karst carbon sink under different land-use conditions, the simulation laboratory on karst water-carbon cycle in Puding is chosen. Under the controlled test conditions, the hydrochemistry of karst water and dual carbon isotope compositions(δ13C-δ15N)in karst aquatic ecosystem under different land-use conditons and differenttime scales are analyzed. Combining with C/N ratios of organic matter molecule fluorescence biomarkers of DOM, DIC fertilizer effects of aquatic photosynthetic organisms under different land-use conditions will be revealed. The ratio of OC produced by aquatic photosynthetic organisms will also be calculated. The results of this project will uncover the mechanism of transformation of DIC to OC by aquatic photosynthetic organisms under different land-use conditions, and will be helpful to providing the scientific support for the potential of carbon capture by aquatic ecosystem, carbon cycle related rock-weathering and global carbon missing sink.

碳酸盐在岩石风化和水生光合作用下积极参与全球碳循环。然而，碳酸盐风化能否构成稳定碳汇取决于风化产生的溶解无机碳（DIC）能否被水生光合生物利用及其利用程度。因此，岩溶碳汇不仅存在争议，也缺乏系统深入地研究。本项目针对不同土地利用下岩溶水生系统碳汇量阀值及其控制机理这一科学问题，利用普定岩溶水-碳循环大型模拟试验场并结合室内模拟实验，在可控的试验条件下，通过对不同土地利用下不同时间尺度的岩溶水生生态系统水化学及碳氮同位素（δ13C-Δ15N）分析，同时结合有机质C/N比、分子荧标生物记法，揭示不同土地利用下水生光合生物的DIC施肥效应等，并计算由此形成的内源有机质比例。研究结果将揭示不同土地利用条件下水生光合生物利用DIC形成有机碳(OC)阈值条件及控制机理，为水生生态系统固碳潜力与调控、岩石风化碳循环和全球遗失碳汇问题的解决提供新的科学支撑。

碳酸盐在岩石风化和水生光合作用下积极参与全球碳循环。然而，碳酸盐风化能否构成稳定碳汇取决于风化产生的溶解无机碳（DIC）能否被水生光合生物利用及其利用程度。因此，岩溶碳汇不仅存在争议，也缺乏系统深入地研究。本项目针对不同土地利用下岩溶水生系统碳汇量阈值及其控制机理这一科学问题，利用普定岩溶水-碳循环大型模拟试验场并结合室内模拟实验，在可控的试验条件下，通过对不同土地利用下不同时间尺度的岩溶水生生态系统水化学及同位素（δ13C-Δ14C）分析，同时结合有机质C/N比、Chl-a、生物量等，发现浮游藻类总体表现为主要受水中的氮磷调控，尤其是氮元素；沉水植物则虽与碳氮磷均表现出关系，但主要还是受碳元素影响最为显著；光合作用过程中会优先利用水中的溶解 CO2，当其浓度低于50umol/L 时，轮藻会激活叶片中的碳氮酐酶，从而以利用水中的 HCO3-为主要无机碳源；不同土地利用下岩溶水生生态系统水生碳泵固碳能力在一个水文年中表现为：夏季>秋季>春季>冬季，且岩溶池子系统中草地（P4）>耕地（P3）>灌丛地（P5）>裸土地（P2）>裸岩（P1）。为岩溶水生生态系统固碳潜力与调控、2030年前碳达峰与2060年前碳中和目标实现提供新的科学支撑。