喀斯特河流筑坝对生源要素生物地球化学循环的影响及展望.pdfVIP

2025年第53卷第2期地球与环境

Vol.53.No.2,2025EARTHANDENVIRONMENT287

D0I:10.3724/EE.1672-9250.2025.53.016CSTR:32253.14.EE.1672-9250.2025.53.016

喀斯特河流筑坝对生源要素生物地球化学循环的

影响及展望

郭甜12，郑志宏1*，廖鹏²，陈敬安²，郭雯²

（1.东华理工大学地下水污染成因与修复江西省重点实验室，南昌330013；

2.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，贵阳550081)

摘要：在水利工程大规模建设的背景下，喀斯特筑坝水库对生源要素迁移转化具有显著的调控作用，本文系统阐述了喀斯特筑

坝对流域碳氮磷生源要素生物地球化学循环的影响。喀斯特独特的碳酸盐岩分布及地表水-地下水频繁交互等特征使得喀斯特水

库生源要素的循环与非喀斯特水库存在显著差异，主要体现在：1)喀斯特筑坝水库CO,排放通量[14.24mmol/(md)]远低于非喀斯

特水库[122.34mmol/(md)]，喀斯特地区独特的碳酸盐岩缓冲体系抵消了碳排放;2)喀斯特筑坝水库中高溶解性无机碳(DIC)浓

度强化碳氮耦合，促进微生物异养型反硝化过程,增加N2O的排放从而影响全球变暖；3)喀斯特筑坝水库中高Ca2+和HCO;浓度促进

磷酸盐的沉淀，因此其截磷能力比非喀斯特水库更强。鉴于喀斯特生态系统的脆弱性以及筑坝对气候变化和生源要素循环的双重

影响，未来研究函需揭示喀斯特生态脆弱区和水利工程叠加区生源要素循环机制及其对气候变化的适应性规律，阐明筑坝河流地

下水对生源要素通量的定量贡献，开发针对筑坝河流的地下水-地表水污染治理技术，科学支撑喀斯特地区水环境治理。

关键词：喀斯特；筑坝河流；碳氮循环；磷循环

中图分类号：P642.25;P593文献标识码：A文章编号：1672-9250(2025)02-0287-10

国际大坝委员会规定坝高大于15m或坝高在河流地理空间上和水流过程中的连续,还会阻断与水流

5~15m，但库容大于300万m的水坝划分为大坝。全球过程密切相关的生源要素循环过程(生源要素是指在生

已建造70000多座大坝,随着水资源压力的加剧和对能态系统中生物体从环境中吸收并利用的主要化学元

素），例如：（1)当河流被筑坝拦截形成水库后,水的流动

源的需求,大坝的数量持续增加[1]。截至2022年,中国

的大坝数量、高坝数量及装机规模均居世界第二[2]。目速度减慢，这会导致泥沙、矿物质、有机物等在水库底部

前全球超过50%的溪流和河流在进入海洋前经过一个逐渐沉积(湖泊沉积作用)；(2)筑坝水库可以隔离积累

生源要素，从而减少生源要素向下游洪泛区、湖泊、湿地

或多个大坝,到2030年,这一比例可能攀升至90%[3]。

未来几十年里,筑坝将对地球上几乎所有主要河流的水和沿海海洋环境转移,极大地改变了河流系统的生态功

流状况产生中度到重度的影响，近2/3的1000km以上能[6];(3)水库中存在着各种水生生物,它们通过生长和

的河流将不再自由流动[4]。养分吸收等过程将生源要素固定后埋藏至水库沉积物

河流筑坝给流域综合管理带来了风险和机遇。至中[7]。人类通过建造大坝改变了河流流动形式和河流

2015年，筑坝水库提供了全球约30%~40%的灌溉用水，连续体沿线的生源要素通量，生源要素通量直接影响河

流及水库的营养状况和水质。了解生源要素在喀斯特

全球16.6%的电力来自水力发电[5]；大坝建设带来的蓄

水能力使粮食生产取得了惊人的进步；大坝调控河流系筑坝水库中的生物地球化学循环机制对促进生命科学、

统流量的能力有助于减少干旱和灾难性洪水事件的社提高工农业水平、治理环境污染等可持续发展战略都具

会成本。同时，大坝的建设也带来了生态破坏、温室效