喀斯特地区地表水体中的水生代谢过程(BCP效应)及其水-气CO₂交换碳通量(FCO₂)是区域乃至和全球碳循环的重要组成部分。然而，在此高pH值的岩溶水环境中，水生代谢过程及其相关碳通量如何响应土地利用和气候变化机制尚未完全阐明。揭示这一机制对碳酸盐风化碳汇的精准调控具有重大意义。

为探明此关键问题，中国科学院地球化学研究所刘再华研究员团队联合西南大学，依托贵州普定沙湾喀斯特大型水-碳通量模拟试验场开展了系统研究。通过水化学参数的高频监测结合随机森林模型(RF)和结构方程模型(SEM)等系统评估并比较不同土地利用控制下内陆水体的净初级生产力(NEP)和FCO₂的耦合关系。结果表明不同土地利用类型控制下喀斯特水生生态系统NEP呈现出草地和灌丛＞裸岩和裸土；且NEP和FCO₂呈现出显著的负相趋势，即当岩溶水生生态系统自养能力(NEP)提升时，水体CO₂排放量(FCO₂)同步降低。

这表明合理的土地利用管理不仅可以增强喀斯特地表水的自养能力，还能减少内陆水体二氧化碳排放，从而增强岩溶内陆水体的碳汇功能。该过程受碳酸盐岩风化驱动DIC施肥效应与CO₂施肥效应共同调控，最终通过BCP过程实现碳封存。

此外，基于CMIP6、结合随机森林模型预测了未来不同土地利用类型的NEP变化。结果表明随着全球气候变化，通过土地利用调控(将裸岩或裸土调整为草地或灌丛)喀斯特地表水生态系统的自养能力在本世纪末预计可提高约42.3% (SSP126气候变化情景)和51.5% (SSP585气候变化情景)。

本研究强调了人类土地利用管理对于岩溶内陆水体碳汇功能调控作用，为碳酸盐风化碳汇的开发提供可靠的解决路径。

上述成果发表于地学NI期刊《Water Research》上，该研究得到了国家自然科学基金(42141008、42307070、U2244216、42130501、41921004、41977298)和中央高校基础研究基金(SWU-KR22021)以及重庆市海外人才基金(2204012978152018)的联合资助。

论文信息：Liangxing Shi ^#,Yuhao Zhao^#,Sibo Zeng^*,Zaihua Liu^*,Mingyu Shao,Min Zhao,Haibo He,Cheng Zeng,Yongqiang Han,Pengyun Hao,Liguo Tang. Land-use management and climate change can enhance the autotrophic capacity and reduce the CO₂ emissions of karst aquatic ecosystems,Water Research (2025).

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004313542500939X

图1 研究技术路线及-气候变化背景下土地利用管理调控岩溶内陆水体碳汇功能模式图

（刘再华课题组/供稿）