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水体CO_(2)施肥及其碳增汇和富营养化缓解效应

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第四纪研究 2023年第2期43卷 573-585页

作者：柳星贺海波刘再华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贵州贵阳550081 中国科学院大学北京100049

碳酸盐岩风化能否形成长期稳定的碳汇很大程度上受控于陆地水体中生物碳泵(BCP)的效率。水体富营养化是BCP效应的表现形式之一,有助于固碳增汇,但却负反馈于水体生境。如何实现碳增汇和富营养化缓解效应的双赢,是具有挑战性的环境科学... 详细信息

碳酸盐岩风化能否形成长期稳定的碳汇很大程度上受控于陆地水体中生物碳泵(BCP)的效率。水体富营养化是BCP效应的表现形式之一,有助于固碳增汇,但却负反馈于水体生境。如何实现碳增汇和富营养化缓解效应的双赢,是具有挑战性的环境科学问题。通常认为氮(N)、磷(P)是富营养化的主要控制元素,而BCP还受到碳(C)元素的控制,尤其是在富营养化及喀斯特水体中,由于密集的水华生长和喀斯特独特的碱性水体,使得C限制问题在水体生产力和富营养化的研究中与N-P同样重要。水体CO_(2)施肥能有效缓解水体碳限制问题,促进生产力实现水体碳增汇,并通过改变生物结构和提高BCP除磷效率实现对富营养化的抑制作用。基于此,本文综述了水体CO_(2)施肥实现碳增汇和富营养化缓解共赢的可能性,并揭示其作用机制,这主要包括水体CO_(2)对生物群落组成和演替以及对BCP除磷机制和效率的影响。在此基础上,展望了喀斯特水体在其中的特异性表现以及生物结构变化对碳增汇和富营养化缓解带来的影响。

关键词： CO_(2)施肥碳增汇富营养化缓解生物碳泵陆地水体

基于CCM机制的水生碳泵效应协同富营养化缓解研究进展

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贵州师范大学学报（自然科学版） 2022年第2期40卷 19-26页

作者：陈波陈文瑾陆苹茹赵敏贵州财经大学贵阳贵州550025 中国科学院地球化学研究所贵阳贵州550081

一直以来,由于陆地地表水体在全球所占比远小于海洋,在全球尺度碳循环的研究中,并未把陆地水生生态系统的作用作为一个重要部分进行考虑。然而,随着研究的不断增多,对陆地水生生态系统了解逐步深入。人们开始认识到,陆地水生生态系统中... 详细信息

一直以来,由于陆地地表水体在全球所占比远小于海洋,在全球尺度碳循环的研究中,并未把陆地水生生态系统的作用作为一个重要部分进行考虑。然而,随着研究的不断增多,对陆地水生生态系统了解逐步深入。人们开始认识到,陆地水生生态系统中的水生光合生物除了能直接利用大气中的CO_(2)和CO_(2aq)作为无机碳源外,还能利用水中的HCO_(3)^(-),即存在显著的水生碳泵效应。水生碳泵效应作为一种稳碳和固碳过程,是形成长期稳定碳酸盐风化碳汇的重要机制,是碳循环的重要环节。陆地水生光合生物主要通过CCM机制在有限CO2水体中提升光合固碳能力,DIC施肥效应进一步放大这一固碳机制,增加碳酸盐风化碳汇量。陆地水生生态系统中耦合营养元素与生物碳泵效应能够有效对富营养化水体环境进行改善和修复,在增加生态碳汇实现碳中和过程中同步缓解富营养化。未来基于CCM机制的水生碳泵效应协同富营养化缓解在综合考虑气候和土地利用变化对生物群落结构和生态系统类型演变的影响等方面的研究将为喀斯特地表水体碳增汇以及有效应对气候变暖和富营养化治理与修复提供全新的科学支撑。

关键词：陆地水生生态系统碳酸盐风化固碳机制碳汇富营养化缓解

喀斯特地表水生生态系统生物碳泵的碳汇和水环境改善效应

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科学通报 2017年第30期62卷 3440-3450页

作者：陈崇瑛刘再华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贵阳550081 中国科学院大学北京100049

碳汇研究是全球碳循环研究的重要内容.近年来,陆地水生生态系统的碳汇日益受到重视,被认为是"遗失碳汇"的重要组成部分.最新研究发现,碳酸盐风化碳汇占岩石风化碳汇的94%,因此,喀斯特地表水生生态系统的碳汇显得尤为重要.生物碳泵效应... 详细信息

碳汇研究是全球碳循环研究的重要内容.近年来,陆地水生生态系统的碳汇日益受到重视,被认为是"遗失碳汇"的重要组成部分.最新研究发现,碳酸盐风化碳汇占岩石风化碳汇的94%,因此,喀斯特地表水生生态系统的碳汇显得尤为重要.生物碳泵效应作为一种稳碳和固碳过程,是形成长期稳定碳酸盐风化碳汇的重要机制,是碳循环的重要环节.生物碳泵效应的核心控制元素是碳元素,该效应在富含溶解无机碳(DIC)的喀斯特地表水生生态系统中发挥着重要作用.目前生物碳泵效应的研究主要集中在两个方面:(1)内外源有机碳的区分是准确评价和计算生物碳泵效应碳汇的关键;(2)发现生物碳泵效应影响水环境指标和水质状况.未来,一方面应精确地对陆地水生生态系统碳汇量进行估算,研究不同气候和土地利用对碳汇量的影响;另一方面,揭示生物碳泵效应与水环境的相互作用机制.重点包括以下4个方面:(1)验证地表水生生态系统"元素比值控制假说";(2)生物碳泵效应对水体元素化学计量比的调控潜力;(3)形成不同碳汇机制(生物碳泵效应和富营养化机制)的根本原因;(4)生物碳泵效应通过物理-化学-生物耦合作用改善水环境的可能机制.最后,探究微生物碳泵效应应用于陆地水生生态系统的可能性.

关键词：碳汇水环境改善生物碳泵效应碳酸盐风化富营养化缓解

生物碳泵效应的碳限制及其对富营养化治理的意义——以大理洱海为例

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生物碳泵效应的碳限制及其对富营养化治理的意义——以大理洱海为...

作者：马震合肥学院

学位级别：硕士

碳循环一直以来都是全球变化研究关注的重点问题,耦联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇是碳循环的重要组成部分,而生物碳泵是稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制,水生光合生物通过生物碳泵将水体中的无机碳转化为有机物,进而埋藏下来形成稳定的... 详细信息

碳循环一直以来都是全球变化研究关注的重点问题,耦联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇是碳循环的重要组成部分,而生物碳泵是稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制,水生光合生物通过生物碳泵将水体中的无机碳转化为有机物,进而埋藏下来形成稳定的碳汇。生物碳泵效应会受到碳限制(碳施肥),水体的溶解无机碳(DIC)浓度越高,水生光合生物(浮游藻类、沉水植物)的生长越快。目前,对于生物碳泵碳限制的机制尚不清楚,有关生物碳泵的碳限制研究仅停留在试验场及小流域,而在大型天然喀斯特湖泊中,生物碳泵的碳限制还有待进一步研究。基于以上问题,本研究以大理洱海作为研究对象,于2020年7月至2021年4月进行野外监测和现场采样,对洱海水体的水化学、碳同位素,浮游藻类及沉水植物的生物量、群落结构及碳同位素进行了系统的研究,得到了以下一些新的认识:(1)洱海湖水及入湖河流的水化学和碳同位素具有明显的时空变化,生物碳泵效应是导致水化学和碳同位素发生变化的主要原因。时间上,湖水的水温(T)、电导率(EC)、[Ca]、溶氧饱和度(DO%)、溶解二氧化碳(CO2(aq)))和二氧化碳分压(p CO)呈现夏季高、冬季低的特征,p H、[HCO]则呈现冬季高、夏季低的特征,这表明生物碳泵效应主要受温度及光照的影响,夏季生物碳泵最强。同时,水生光合生物以DIC作为无机碳源进行光合作用时,会优先利用较轻的C,致使洱海的δC值表现出夏季偏正、冬季偏负的特征。空间上,洱海的水温、p H、EC、[HCO]、Chl-a的平均值均高于入湖河流,TN、TP、DO(%)、CO2(aq))和p CO均低于入湖河流,这主要是因为河流和湖泊之间的水动力条件具有差异,洱海更适合水生光合生物的生长,即洱海的生物碳泵效应更强。(2)浮游藻类的生物量及种群结构具有明显的季节变化,夏季浮游藻类丰度最高,春季丰度最低,而藻类生物量则秋季最大,其余季节无明显差别;同时冬季浮游藻类以蓝藻门和硅藻门为主,其余季节则是硅藻门和绿藻门为优势类群。浮游藻类的生长在夏季主要受碳限制,而冬季主要受磷限制。同时藻类群落结构的变化受水体CO2(aq))浓度调控,CO2(aq))浓度高于10μmol/L时,系统中浮游藻类以硅藻和绿藻为主,而当CO2(aq))浓度低于10μmol/L时,蓝藻会成为优势类群,这表明在富营养化初期的水体中,可以通过提高CO2(aq))浓度促进硅藻和绿藻的生长,从而避免蓝藻的爆发。此外,大量繁殖的硅藻也有利于增加碳汇。(3)4种沉水植物的生物量及碳同位素均有明显的季节变化。夏季4种沉水植物的生物量都远高于春季;苦草、金鱼藻和狐尾藻的δC均呈现夏季偏正、春季偏负的特征,表明沉水植物的δC值变化受生物碳泵效应的影响。苦草、金鱼藻和竹叶眼子菜的生长主要受水体中无机碳浓度的调控,而狐尾藻的生长主要受氮元素的控制。沉水植物的无机碳利用机制受控于水体中的CO2(aq))浓度,当CO2(aq))浓度过低时,沉水植物将激活碳酸酐酶直接利用[HCO]作为无机碳源。

关键词：生物碳泵碳氮磷限制富营养化缓解浮游藻类沉水植物