碳酸盐风化产生的溶解无机碳（DIC）在水生生态系统中的稳定性研究取得新进展

碳酸盐风化产生的溶解无机碳（DIC）在水生生态系统中的稳定性研究取得新进展

全球气候变化是21世纪面临的重大环境挑战之一。碳酸盐矿物的风化作用可以捕获大气中的二氧化碳（CO2），生成溶解无机碳（DIC），这是陆地生态系统中重要的CO2去除机制。中国科学院地球化学研究所的研究团队在西南喀斯特地区开展的最新研究，揭示了碳酸盐风化驱动的DIC在水生生态系统中的稳定性及其对全球碳循环的重要贡献。

大气中二氧化碳（CO2）浓度增加所引起的全球变暖是21世纪的主要环境问题之一。碳酸盐矿物的化学风化（CaCO3+CO2+H2O Ca2++2HCO3-）可以捕获大气CO2，生成溶解无机碳（DIC），这是陆地生态系统中重要的CO2去除机制。虽然全球碳酸盐的分布面积（约15.2%）小于硅酸盐（约41.8%），但碳酸盐风化的快速动力学过程使其贡献了全球大河中约68%的DIC。因此，尽管碳酸盐露头面积较小，其驱动的DIC在减缓全球变暖方面具有巨大的潜力。在过去，由碳酸盐风化驱动的DIC被认为是短期碳汇，因为在长期的陆地-海洋迁移过程中，DIC可能会因脱气而损失。然而，越来越多的新证据表明，内陆水体中的浮游植物和沉水植物可以将DIC转化为内源有机碳（AOC），这种生物碳泵效应（BCP）可以将碳酸盐风化无机碳汇（DIC）转化为更稳定的百万年尺度的有机碳汇。因此，碳酸盐风化在全球碳循环中的重要性近年来逐渐被认可。

为了深入了解碳酸盐风化驱动的DIC在水生态系统中的稳定性及其对全球碳循环的贡献，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，以中国西南地区大型喀斯特模拟试验场的五个不同土地利用（裸岩、裸土、耕地、草地、灌木地）控制的泉-池系统作为研究对象，监测了受碳酸盐风化和土地利用影响的泉-池系统的物理和化学参数，以及DIC/TOC的昼夜和季节变化并收集气象资料。基于这些高分辨率的水化学参数测量和不同的过程模型，研究团队计算了池水的水生生态系统的净生态生产力（NEP）、水-空气CO2交换通量（FCO2）、碳收支和稳碳速率，并评估了不同环境因素对NEP、FCO2和Carbon budget的贡献。研究结果表明：

（1） 由于碳酸盐风化引起的强生物碳泵效应（BCP），大多数池水的水生生态系统呈现自养（NEP>0）。并且池水的NEP和FCO2呈显著负相关关系，说明FCO2主要受水生生态系统代谢控制，而非非生物过程。

（2） 在温暖季节，DIC输入增强了池水FCO2，但强烈的BCP同时增强了CO2释放和大气CO2入侵。

（3） 基于泉-池系统中碳收支的净变化，碳酸盐风化碳汇的平均稳碳速率（CSR）高达约103.7%。这表明，BCP可以保留大部分由碳酸盐风化驱动的DIC。并且受BCP和土地利用的影响，DIC的稳定性与DIC输入呈正相关。因此，由于在BCP下碳酸盐风化碳汇的高稳定性，我们认为其应被视为全球碳循环中的重要碳汇。

该研究结果为碳酸盐风化在全球碳循环中的作用提供了新的见解，强调了水生生物作用在保持DIC稳定性和碳汇功能中的重要性。在全球碳循环研究和碳管理政策中，应当更多关注碳酸盐风化及其引发的生物碳泵效应，以增强对未来全球气候变化缓解的理解和应对能力。

图 1 喀斯特地表水生生态系统中DIC的稳定性

参考文献：
Chai, Q.N., Zeng, S.B., Liu, Z.H.*, Sun, H.L., He, H.B., Chen, B., Zhao, M., Zeng, C., 2024. High stability of carbonate weathering relevant carbon sink under biological pump effect in inland waters: Insights from Shawan Karst Experimental Site, Southwest China. Applied Geochemistry(2024), 106059.

文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0883292724001641?via%3Dihub