喀斯特地区碳酸盐岩风化起源的地下水、地表水体溶解无机碳（DIC）通常具有偏老的14C年龄。如果水生光合生物利用这一老的DIC，其生成有机质虽然是“新鲜”的，其表观14C年龄可能也呈现出偏老的特征。然而，这一过程中DIC和有机质14C年龄老化程度的控制因素，以及该现象的生物地球化学影响，尚不明确。针对上述科学问题，中国科学院地球化学研究所（以下简称“地化所”）刘再华研究员团队与崂山实验室赵美训教授团队合作，依托普定沙湾喀斯特水碳循环模拟试验场，开展了不同土地利用类型（裸岩、裸土、农地、草地、灌木）下的系统控制实验，通过测定地下水DIC、水生植物、颗粒有机碳（POC）、溶解有机碳（DOC）及沉积物的δ13C和Δ14C，揭示了老DIC向水生光合生物传递并产生“表观光合作用老化效应”的完整机制。
研究结果显示，不同土地利用下地下水DIC的Δ14C介于-284‰至-106‰之间，所有水生碳库均表现出显著的14C亏损特征。尤为重要的是，水生植物的Δ14C与地下水DIC的Δ14C呈近1:1的强线性相关，证实了水生植物通过光合作用将古老DIC转化为自身有机质，形成“表观光合老化效应”——即光合作用产生的有机质在形成时间上为“新鲜”，但其14C年龄却异常偏老。若使用这类有机质进行湖泊沉积物14C定年，测得年龄将比真实年龄偏老约800–2800年。定量评估表明，这种老化的内源有机质掺入可使水体POC和DOC的Δ14C发生显著地偏移。
图1：表观光合作用老化效应机制及其影响示意图
该研究提出，土地利用类型通过控制土壤CO2浓度和地下水补给动态，决定了地下水DIC的14C特征。这一“表观光合老化效应”在喀斯特地区尤为显著，为准确识别有机碳来源、重建食物网能量路径以及建立可靠的湖泊沉积物年代序列具有重要意义。
此外，通过C/N和双碳同位素（δ13C-Δ14C）分析了不同DIC浓度下同一沉水植物元素含量（C、N）、C/N比值和双碳同位素组成，结果发现较高的C/N比并不一定意味着它们源自陆生植物或土壤，它们也可能来自低营养状态水体中生长的水生植物； 具有更负δ13C值的有机质也不一定源自C3陆生植物；它们也可能来自使用了低 δ13C 碳源的水生植物，传统研究中使用固定阈值来区分沉积物或POM中水生与陆地有机质来源可能导致错误解释（尤其是喀斯特地区）。
相关研究成果发表在水文学和湖藻学国际期刊《Journal of Hydrology》和《Journal of Oceanology and Limnology》上。研究成果得到了国家自然科学基金（42177248、42141008、42230412、42130501）、贵州省科技计划项目（Qiankehe Support [2024] Key 014，[2024] 013， No. 2023-254, Qiankehe foundation MS [2026] 724）等项目的资助。
论文信息：
1.Dong Li, Hailong Zhang, Zaihua Liu*, Min Zhao*, Qian Bao, Meixun Zhao*, Hydrologically driven apparent photosynthetic aging effect in karst aquatic ecosystems and its implications for aquatic carbon cycling. Journal of Hydrology, 2026, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2026.135753.
2.Dong Li, Min Zhao,*Hailong Zhang, Qian Bao, Meixun Zhao.Significant variations in C/N ratio and carbon isotopic composition of charophytes under different land-use types.Journal of Oceanology and Limnology.2026 https://doi.org/10.1007/s00343-026-5305-3
（喀斯特环境室 刘再华课题组 赵敏/供稿）