微藻无机碳利用在岩石风化及碳循环过程中的作用

摘要：

岩溶碳汇呈现两种不同观点:(1)岩溶碳汇巨大,其机理在于岩溶区藻类及光合细菌利用碳酸氢根离子(HCO3-)实现光合作用,从动力学上加速了岩溶风化过程,促进大气CO2的溶解.(2)岩溶区碳酸盐岩的风化作用,产生HCO3-,随后产生等量的阳离子在海洋中进行碳酸盐岩的沉积作用,这仅仅体现的是碳酸盐岩的搬运作用,不能体现碳汇,在长期尺度上仅仅有硅酸盐岩风化产生净碳汇.文章抓住岩石风化产生HCO3-与微藻光合作用利用HCO3-的耦合点,分析了典型代表性水生生物——微藻在无机碳利用上对岩石风化及碳汇的影响.从微藻光合无机碳利用机制以及光合作用关键性酶-碳酸酐酶(CA)作用两方面,论证了微藻生长对岩石风化及其碳汇的的促进作用;同时论述高pH、高HCO3-的风化环境对微藻生长影响.获得以下新认识:(1)微藻通过胞外碳酸酐酶(CAex)利用了大量HCO3-,加速岩石风化,并促使风化朝着形成HCO3-的方向进行;(2)微藻加速钙镁硅酸盐岩风化,风化溶出的Ca2+、Mg2+会促使碳酸盐岩的沉积,因此微藻加速硅酸盐岩风化形成净碳汇;(3)长时间尺度下,单纯的碳酸盐岩化学风化并不能直接产生净碳汇,但微藻对HCO3-利用使得碳酸盐岩风化朝着HCO3-转化方向进行,微藻参与碳酸钙沉积作用的同时转化无机碳为惰性有机碳,产生碳汇.故微藻通过CAex的作用,催化加速HCO3-与CO2之间的转化,形成水体HCO3-消耗的动力基础,微藻无机碳利用对岩石风化具有促进作用,从而调节大气CO2、浓度变化.基于当前研究,提出三点展望:(1)开展岩溶区区域水体系统的岩石风化、水生生物碳汇评估成为解决当前区域碳收支不平衡问题的关键;(2)查明岩石风化作用中生物作用碳转化机理及转化量,解决单纯的水化学径流法计算岩石风化碳汇精度不够问题;(3)构建光合生物参与下的新的评估方法,评估当前岩石风化在水生生物、水循环作用下的碳汇的时间尺度问题,厘清岩石风化碳汇在碳收支中的贡献.

关键词：微藻、风化碳汇、HCO3-、碳酸酐酶、CO2

所属期刊栏目：42

分类号：P642.25(水文地质学与工程地质学)

资助基金：贵州省高层次创新型人才培养项目;国家自然科学基金;贵州科学院青年科学基金

在线出版日期：2023-04-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共18页

页码：1-18