湖库系统展现出与海洋类似的生物泵（BP）效应。在喀斯特湖库中，这种碳汇机制能够与高效的碳酸盐泵（CP）产生协同作用，显著促进磷元素（P）的去除。基于这一理念，研究团队提出了"BP-CP清除假说"：有机过程中磷的吸收与利用，会与无机机制（即碳酸盐泵对磷的吸附和共沉淀作用）形成协同效应。这一理论框架为喀斯特湖库沉积物中普遍存在的磷富集现象提供了新的解释路径。然而，该假说中的具体过程和定量关系尚待进一步验证。

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团队，通过分析中国典型喀斯特补给型湖库——抚仙湖百年跨度的多指标沉积记录，尝试回答上述问题。精确区分湖库中生物泵和非生源性的碳酸盐沉积是解决问题的第一步，其中碳酸盐的δ¹⁸O被证明是可靠的判别指标。经计算，温度效应对碳酸盐δ¹⁸O季节性变化的贡献比例达23.66%至29.83%。结合抚仙湖近60年的温度数据分析表明，非生物过程（如温度效应）对湖泊自生碳酸盐沉淀的贡献率约为20%。这一发现证实了BP作为CP主要驱动力的作用。

湖库有机碳与无机碳在元素含量、通量及同位素特征上呈现显著相关性，证实了BP与CP之间存在紧密的耦合作用。这些有机-无机碳代理指标与沉积磷的强相关性（r > 0.6, P < 0.0001）也得到了验证。值得注意的是，与浮游植物相比，沉水植物通过BP机制能更有效地促进CP作用，显著增强与磷的共沉淀过程，形成钙结合态磷化合物（Ca-P）。作为沉积物中最主要的稳定态磷库，Ca-P在1950年后的埋藏通量达到0.24 g m^–2 yr^–1，是此前时期的3.5倍。这一发现凸显了在人类活动日益加剧的背景下，CP在清除水体磷污染方面具有重要潜力。

全球研究表明，自1850-1900年以来，湖泊有机碳积累量增加了约1.5至4倍。这一变化与20世纪全球磷肥使用量呈现高度相关性（相关系数r = 0.9），反映了人类活动对湖泊系统的深远影响。大多数湖泊的沉积记录显示，磷元素积累量几乎翻倍，凸显了湖泊沉积物作为磷库的重要作用。一个发现是，湖泊中沉水植被的覆盖率与碳酸盐的累积趋势和磷积累变化高度一致，这为BP驱动CP进而强化对磷的去除提供了佐证，同时为理解有机-无机碳与磷酸盐动态过程之间的联系提供了新的科学视角。

在喀斯特湖库系统中，由于其受到较高的风化速率影响，以及高pH、Ca²⁺和DIC的特征，我们推断其高效的BP作用通过与CP的耦合，能显著增强P的去除效率（图1），形成湖库富营养化的自我净化机制，这对于覆盖全球陆地表面15%的喀斯特地区的水环境调控具有重要意义。

图1. 喀斯特湖库系统中生物泵与碳酸盐泵协同除磷机制示意图

上述研究成果发表在国际地学领域重要期刊《Global and Planetary Change》上。该研究得到了国家自然科学基金(批准号：42007296、41921004、42141008、42130501)和中国科学院战略先导专项(XDB40020000)、贵州省科技重大项目(黔科合[2024] 014、[2024] 013)、环境室自主部署课题（SKLEG2024106）等项目的支持。

论文信息：Haibo He^*, Zaihua Liu^*, Jingan Chen, Dongli Li, Yuyouting Wang, Yongqiang Han, Xing Liu, Hailong Sun, Quan Chen, Wenfang Cao. Enhanced biological pump and carbonate pump synergy: The primary pathway for phosphorus clearance in the century-long dynamics of a karst lake. Global and Planetary Change, 2025, 104694.

链接：https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.104694 

 (刘再华课题组/供稿)