典型沉水植物对岩溶碳汇稳定性影响研究

The stability of karst carbon sink is a key scientific problem which is urgently needed to be solved in karst carbon cycle research. Based on the theory of earth system science, a new model of karst carbon cycle based on water-rock-gas- organism interaction is proposed to solve this key scientific problem. However, studies on the effects of submerged plants on the stability of carbon sinks is lacking in the study of the mechanism of the typical submerged plants in karst areas. This project is based on the investigation of submerged plants in karst area to clarify the dominant species of submerged plants. At the individual level, the combination of pH-drift method and the key enzymes of photosynthesis were used to reveal the inorganic carbon utilization strategy of the typical submerged plants in karst area from the physiological scale. At the population level, the use of a mesocosm experiments, the experimental ecosystems from cosmic scales quantitative study submerged plant inorganic carbon sequestration, and build the relationship between the dissolved oxygen concentration and biomass model. At the level of ecosystem, using dissolved oxygen method, combined with the water body inorganic carbon flux, the karst carbon sink of the submerged plants communities were quantitatively assessed from the basin scale and the online monitoring was carried out. Through the project carried out systematic clarify karst area submerged plants effect on the stability of carbon sinks, improve geological carbon sink in the position of global carbon cycle assessment, which will provide a scientific basis for establishing reasonable emission reduction in China increase remit.

岩溶碳汇稳定性是当前岩溶碳循环研究亟需解决的关键科学问题。以地球系统科学理论为指导，基于水-岩-气-生相互作用的岩溶碳循环新模型为解决这一关键科学问题提出了新思路。然而针对岩溶区典型沉水植物从机理到中宇宙再到流域尺度系统性研究沉水植物对碳汇稳定性影响的研究十分缺乏。本项目以岩溶区沉水植物调查为基础，厘清沉水植物优势种；在个体水平，利用pH-Drift法与光合作用关键酶测定相结合,从生理尺度揭示岩溶区典型沉水植物无机碳利用策；在种群水平，利用中型实验生态系盆栽实验，从中宇宙尺度定量研究沉水植物无机碳固定量，并构建溶解氧浓度与生物量之间的关系模型；在生态系统水平，利用溶解氧法，结合水体无机碳通量，从流域尺度定量评估沉水植物群落的岩溶碳汇定量并对其进行实施在线监测。通过项目的开展系统性的阐明岩溶区沉水植物对碳汇稳定性影响，提高地质碳汇在全球碳循环评估中的地位，为我国合理制定减排增汇提供科学依据。

岩溶碳汇稳定性是当前岩溶碳循环研究亟需解决的关键科学问题。以地球系统科学理论为指导，基于水-岩-气-生相互作用的岩溶碳循环新模型为解决这一关键科学问题提出了新思路。然而针对岩溶区典型沉水植物从机理到中宇宙再到流域尺度系统性研究沉水植物对碳汇稳定性影响的研究十分缺乏。本项目在野外调查的基础之上，从生理、中宇宙、流域三个不同尺度定性、定量阐明沉水植物对岩溶碳汇稳定性的影响，并建立新方法实现对沉水植物岩溶碳汇效应的实时在线监测，实现从机理研究到技术开发应用的成果转化。主要取得以下认识：1）厘清了岩溶区水生态系统沉水植物群落组成和优势种；揭示岩溶区沉水植物优势种为苦草（Vallisneria natans）、海菜花（Ottelia acuminate）、竹叶眼子菜（Potamogeton wrightii）和黑藻（Hydrilla verticillata）。2）定性揭示了岩溶区沉水植物无机碳利用策略；从生理和生态学水平揭示岩溶区沉水植物优先利用水体中CO2，再利用HCO3-。岩溶区沉水植物优势种对岩溶水中HCO3-利用能力强弱排序为海菜花（Ottelia acuminate）、黑藻（Hydrilla verticillata）、苦草（Vallisneria natans）、竹叶眼子菜（Potamogeton wrightii）。3）定量揭示了岩溶区沉水植物对岩溶碳汇的固定量；从生理生化水平、表型性状等方面定量揭示岩溶水对沉水植物生长具有显著促进作用，并发现当岩溶水环境中HCO3-浓度为4mmol/L时最适宜沉水植物生物量积累，且其固定的岩溶碳汇主要分布于沉水植物根和茎。黑藻（Hydrilla verticillata）和穗状狐尾藻（Myriophyllum spicatum）对岩溶碳汇的固定量分别为54.43%和54.29%。进一步研究揭示在岩溶水环境中，在一定范围内沉水植物对岩溶碳汇的固定量随水体氮、磷浓度的升高而增高。4）阐明了岩溶区沉水植物对岩溶碳汇稳定性的影响；从流域尺度揭示沉水植物群落通过光合作用减少了岩溶水因脱气作用对大气CO2的排放，另一方面将部分岩溶作用碳汇转化为稳定的有机碳，沉水植物新陈代谢过程占41%，并利用溶解氧法实现了对沉水植物岩溶碳汇固定量的实时在线监测，其计算精度较传统的水化学—流量法提高了65.71%。