富含溶解无机碳(DIC)的岩溶地表水的生物碳泵(BCP)效应是一种重要的碳汇机制，对研究全球遗失碳汇和碳循环具有重要意义。然而，在更广泛的内陆水域，特别是中国黄土高原(CLP)的地表水中，BCP的运行机制并没有很好地建立起来，这些水域也富含DIC，但浊度很高。此外，最近研究表明，当土壤中碳酸盐含量>5%，流域DIC通量也受控于碳酸盐风化，考虑到全球富碳酸盐土壤的广泛存在，全球以碳酸盐风化控制为特征的总面积从碳酸盐岩区（占总地表面积的15.2%）延伸到碳酸盐岩区和非碳酸盐岩区的富碳酸盐土壤区（占总地表面积的33.8%）。然而，碳酸盐矿物富集的区域地表水体中BCP产生的内源有机碳(Auto-OC)的量级还尚不清楚，此外，BCP过程如何影响水–气界面的 CO2 动态也尚不清晰。
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，以位于中国西安的黄土高原五里河(WLH)-五里河水库和红河(HH)-红河水库作为研究对象，选取2021年干、湿两季开展大规模野外试验，利用水化学，稳定同位素（δ2H、δ18O和δ13C）、紫外吸收光谱和激发-发射矩阵荧光等方法进行了CLP河流–水库内源有机碳存在和生物碳泵作用的多示踪证据的研究。
研究结果表明:
（1）溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)在水库中均以浮游植物来源为主，并且WLH水库的BCP强度高于HH水库，这可能是由于WLH水库的水力滞留时间较长，利于浮游植物生长所致;
（2）BCP 对 OC 组成季节变化的影响显著，表现为湿季的Auto-OC数量明显增加；
（3）尽管CLP 流域的Auto-OC 含量低于中国南方喀斯特地区(CKR)， 但我们发现 两个区域地表水体的中Auto-OC的比例相似，这表明Auto-OC是 CLP 地表水的重要成分；
（4）BCP生成的Auto-OC与水体中pCO2呈显著负相关，此外BCP效应较强的WLH水库在湿季出现CO2负排放(-1.47±0.02 g m-2 d-1)，表明增强的BCP过程贡献了水-气界面碳汇。
图1 中国黄土高原上河流–水库生态系统增强的生物碳泵过程贡献水–气界面碳汇的概念模型。
本研究强调增强的BCP效应可以在DIC富集但具有高浊度的地表水中产生碳汇，为BCP碳汇模型扩展到流经土壤碳酸盐富集地区的更广泛的地表水体提供了基础理论。
该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDB40020000)，国家自然科学基金(42130501, 42141008和41977298)的支持。相关研究成果发表于国际权威期刊 Chemical Geology。
论文信息：M. Shao, Z. Liu*, H. Sun, Z. Ma, C. Lai, H. He, Y. Fang, F. Xia, Q. He, X. Liu, L. Shi, Q. Chai, Y, Zhao. Multi-tracer evidence for the presence of autochthonous organic carbon and the role of biological carbon pump in two river–reservoir ecosystems on the Chinese Loess Plateau, Chemical Geology (2023), 121608.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121608
(刘再华课题组/供稿)