论文信息：Xuan Hu, Wanfa Wang*, Xixi Lu, Hongkai Qi, Amit Kumar, Dengming He, Shijun Tu, Yufei Bao, Jie Zeng, Qixin Wu, Hao Xia, Yuchun Wang, Si-Liang Li. 2026. The hidden buffering: how carbonate geology and sediments suppress CO₂ emissions from reservoirs.Journal of Hydrology.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2026.135646

摘要：

目前，青藏高原河流碳循环研究已引起学术界的广泛关注。然而，碳酸盐岩缓冲作用在调节梯级水库二氧化碳（CO₂）生成与排放过程中的具体作用仍尚不明确，尤其在以碳酸盐岩富集的地质背景和高泥沙浓度为典型特征的高原区域，相关研究更为匮乏。研究表明，在富含碳酸盐岩的泥沙环境中，与无缓冲作用情景相比，碳酸盐岩缓冲作用可使水体中二氧化碳分压（pCO₂）、溶解无机碳稳定同位素（d¹³C_DIC）与大气达到平衡的时间尺度，分别延长约10倍和100倍。在较长时间尺度下，水-碳酸盐岩的相互作用能够有效抑制澜沧江梯级水库中代谢过程产生的CO₂逸散，使二氧化碳排放通量（F_CO2）降低24.4%。这种缓冲效应在深水层表现得尤为显著，且在水库下泄水中持续存在。从全球尺度来看，以碳酸盐岩为主导且具有高泥沙浓度的水库，其F_CO2较之于低泥沙浓度水库降低了82%，这一结果表明，高泥沙浓度可显著增强碳酸盐岩缓冲作用对CO₂排放的抑制效果。上述研究结果强调，在全球碳预算核算与气候评估中，有必要纳入地质背景和泥沙因素的影响，尤其是在高海拔地区。

图1 采样点分布。研究区域根据岩石类型进行颜色标注。从果多水库到苗尾水库的河流站点及水库属于本研究的研究范围，而从功果桥水库到景洪水库相关数据来源于Shi et al. (2017)。

图2 水化学参数的沿程变化情况。（a）DO饱和度与Ca²⁺浓度沿程变化；（b）d¹³C_DIC值与浊度沿程变化；（c）Alk与DIC沿程变化；（d）pCO₂与F_CO2沿程变化。图中浅绿色框显示乌弄龙水库和里底水库的入库、库区、下泄水数据变化；浅紫色框则显示黄登水库、大华桥水库、苗尾水库的库区及下泄水数据变化。

图3 乌弄龙、里底、黄登水库中水化学参数的剖面图。（a-c）pH、T和DO饱和度；（d-f）Ca²⁺、d¹³C_DIC和SIc；（g-i）浊度、HCO₃^–和CO₂浓度；（j-l）Alk、DIC和pCO₂。E、T和H分别表示真光层（epilimnion）、斜温层（thermocline）和深水层（hypolimnion）。

图4 乌弄龙和里底水库pCO₂和d¹³C_DIC随无量纲时间的变化。图（a）和（c）展示了乌弄龙水库的模型模拟结果，图（b）和（d）则对应里底水库的模拟结果。在图（a）和（b）中，灰色虚线表示大气pCO₂浓度（419.7 μatm）。图（e）对比了澜沧江12个水库在存在与不存在碳酸盐岩缓冲作用情景下的F_CO2值，并呈现了浊度变化情况。

图5 碳的迁移转化机制。（a）D[d¹³C_DIC]与D[DIC]的关系图；（b）在浮游植物通过碳固定过程导致DIC流失的水体中，通过瑞利蒸馏法对DIC进行分级分离的结果。f_pp表示水体中残留的DIC比例。DIC与CO₂之间的同位素分馏效应e值为-10.3‰至-9.1‰（平均值±标准差 = 9.6 ± 0.3‰）；（c）D[d¹³C_DIC]与D[ pCO₂]的关系。当DIN:DCO₂摩尔比>0.12时表明存在CO₂限制，而<0.12则表示氮限制(Luo et al., 2022; Sterner et al., 2008)；（d）d¹³C_DIC与pH的关系图，蓝色曲线代表真光层水体的拟合曲线，橙色曲线代表深水层水体的拟合曲线。

图6 全球水库中F_CO2值的分布情况及全球河流的长期年均悬浮泥沙含量。其中，“喀斯特”指以碳酸盐岩为主的岩性，而“非喀斯特”则指不含碳酸盐岩的岩性。在所研究的九条主要河流中，珠江、 澜沧江和长江的悬浮泥沙值均高于科罗拉多河、密西西比河、圣劳伦斯河、亚马逊河、巴拉那河和圣弗朗西斯科河(Sun et al., 2025)。

图7 概念图。在高泥沙浓度条件下，澜沧江梯级河流-水库中碳酸盐岩缓冲作用对CO₂生成与排放的调控机制。

研究结论及意义：

本研究整合水化学数据、稳定碳同位素数据及碳酸盐岩缓冲模型，系统探讨了高原碳酸盐岩地质背景下，澜沧江梯级水库中高泥沙浓度对CO₂生成与排放的影响机制。研究发现，DIC浓度介于2309.4μmol L⁻¹至2894.4μmol L⁻¹之间，d¹³C_DIC介于−6.7‰至−4.8‰，这一特征表明，有机质降解驱动的碳酸盐岩溶解过程主导了DIC的迁移与转化。在高泥沙浓度条件下，碳酸盐岩的缓冲作用显著延长了大气平衡时间尺度：与无缓冲情景相比，pCO₂与大气的平衡时间尺度从10延长至100，d¹³C_DIC的平衡时间尺度从10延长至1000。在长时间尺度上，这种缓冲效应不仅有效抑制了CO₂排放，还对同位素分馏过程产生了显著影响。研究结果显示，碳酸盐岩缓冲作用将澜沧江梯级水库的CO₂释放通量（F_CO2）降至13.6 ± 6.8 mmol m⁻² d⁻¹，相较于无碳酸盐岩缓冲条件下估算的18.0 ± 9.1 mmol m⁻² d⁻¹，F_CO2值降低约24.4%。具体来看，碳酸盐岩缓冲作用使乌弄龙水库CO₂排放量减少13.8t km⁻² y⁻¹（以CO₂计），里底水库减少25.3t km⁻² y⁻¹（以CO₂计）。在全球尺度上，喀斯特水库的CO₂值显著低于非喀斯特水库；其中，位于碳酸盐岩主导地质环境且泥沙浓度较高的水库，其CO₂值为7.1 ± 19.3 mmol m⁻² d⁻¹（n = 128），较泥沙浓度较低的水库（38.6 ± 20.6 mmol m⁻² d⁻¹，n = 152）降低82%。上述结果表明，碳酸盐岩缓冲作用与高浓度悬浮泥沙共同抑制了CO₂的排放。在高原水库中，悬浮泥沙进一步增强了这种缓冲能力，从而显著抑制了CO₂的生成与排放。因此，本研究强调了将地质背景与泥沙因素结合纳入全球碳预算及气候评估框架的必要性，尤其在高海拔地区具有重要应用价值。