地化所在喀斯特筑坝河流富营养化机制的研究取得新进展

　　生物碳泵(BCP)将溶解无机碳(DIC)转化为内源有机碳(AOC)，是形成长期稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制。DIC施肥效应可增加BCP的强度。富营养化作为BCP的一个特殊阶段，是地表水环境的主要问题之一，表现为水质差，有害蓝藻大量繁殖。通常认为，富营养化的控制元素是氮(N)和磷(P)，而BCP的控制元素还包括碳(C)。由于碳酸盐的快速溶解动力学特性，喀斯特水体的DIC浓度高于非喀斯特流域，但由于喀斯特水体的高pH特征，溶解态CO_2(ag)在pH>8.2的环境下不及总DIC的1%，因此BCP受到C限制。同时，BCP通过磷(P)与方解石和Fe(Ⅲ)氢氧化物共沉淀去除P，降低了水体中P的含量，提高了水体中TN/TP的比值，有可能缓解蓝藻型富营养化的发生。河流筑坝后增加了营养盐的滞留时间，在这种情况下生物碳泵的营养盐限制如何变化以及生物碳泵的除磷机制对生物碳泵的影响（富营养化的缓解）仍有待于进一步研究。

　　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，以贵州的三个喀斯特河流-水库系统(平寨水库、普定水库和红枫湖水库)作为研究对象，利用水化学特征、DIC、总氮、总磷及叶绿素浓度，同时结合沉降颗粒物中总磷和磷组分的沉降通量和浮游植物群落结构，对上述三个喀斯特河流-水库系统进行了生物碳泵的营养盐限制及富营养化缓解研究。

　　研究结果表明:

　　(1) 喀斯特河流筑坝后BCP的营养盐限制由C限制向N或P限制转变;

　　(2) BCP的除磷降低了地表水体中总磷浓度，提高了水体的TN/TP比;

　　(3) BCP的除磷降低了蓝藻相对丰度，缓解了蓝藻富营养化的发展。

　　这可能对HCO₃-Ca型地表水, 特别是在覆盖全球陆地表面15%的岩溶地区的富营养化控制(即通过DIC施肥强化BCP效应)具有重要意义。

图1. 平寨水库和红枫湖水库沉降颗粒物中总磷通量和蓝藻的相对丰度

　　该研究得到了国家自然科学基金项目（42130501, 42141008, U1612441, 41977298, and 41921004）和中国科学院战略重点研究计划（XDB40020000）的资助，相关研究结果发表在国际水文学期刊《JOURNAL OF HYDROLOGY》上。

　　文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169422000555

　　（刘再华课题组 孙海龙/供稿）