碳循环是地球系统重要的生物地球化学循环之一。工业革命以来，大气中CO₂浓度的升高及与此相关的近百年来气候变暖事实，使解析CO₂收支的途径与动态成为科学前沿问题。越来越多的研究证明湖泊或存在碳汇现象，其固碳作用可能被低估。巴丹吉林沙漠是我国第二大沙漠，拥有世界上高度最大的沙丘。该沙漠腹地及其外缘有常年积水湖泊约110个，且多为盐碱湖，湖泊内部或其周边有明显的钙华分布，表明湖泊碳循环过程十分活跃。由于自然条件严酷，加之交通和通讯落后，沙漠湖泊群CO₂的收支平衡尚不明确，对湖-气界面CO₂交换机制更缺乏认识。

图1（a）音德尔图位置及观测采样点；（b）湖面涡度相关系统；（c）磨盘岛

为量化沙漠地区碳收支途径及其动态，王乃昂教授研究团队于2012年在巴丹吉林沙漠腹地音德尔图湖中心的钙华岛上安装了涡度相关系统（EC）（图1），主要监测CO₂通量在不同时间尺度上的变化，以期揭示CO₂通量的源/汇性质、主要影响因素和机制。研究发现，音德尔图在观测期间内是净CO₂的汇，CO₂通量年净吸收量在-77.6至-108.1g·C·m^-2a^-1之间，湖泊固碳作用明显。由音德尔图碳汇速率的平均状态，可估算出巴丹吉林沙漠全部湖泊每年吸收CO₂约1.91×103t，降低了大气中二氧化碳的增速，有助于减缓全球变暖。

控制音德尔图CO₂通量的主要气象因素在不同时间尺度上有所不同（图2）。半小时尺度上，饱和水气压差（VPD）、相对湿度（RH）对CO₂通量的影响较大，且与相对湿度（RH）之间存在负相关关系；除2015年外，日尺度上CO₂通量与气温（Ta）、水表面温度（Ts）、净辐射（Rn）、饱和水气压差（VPD）表现出显著的线性关系；月尺度上，饱和水气压差（VPD）与CO₂通量之间具有明显的正相关关系，相对湿度（RH）和湖泊水位的作用则较弱。年尺度上，CO₂通量和气象因素之间的关系不明显。涡动站和磨盘岛的钙华、泉水δ13C检测结果表明，生物在分馏的过程中影响很小。控制音德尔图CO₂吸收和释放的主要机制是无机过程，亦即以温度驱动的pH为主导，调节着湖-气界面CO₂的交换（图3、4）。

图2 2012-2017年不同时间尺度上CO₂通量与各气象因素之间的关系

图3 pH的季节平均值及标准差

图4 CO₂通量与pH的关系

以上研究明确了沙漠湖泊CO₂的变化特征及影响机制，其结果为找寻全球迷失碳的途径和制定全球气候变化适应对策提供了新的思路，同时也为制定节能减排和碳中和政策提供了区域数据支撑。研究成果以“Variation Characteristics and Influencing Mechanism of CO₂ Flux from Lakes in the Badain Jaran Desert: A Case Study of Yindeer Lake”为题发表于Ecological Indicators上，兰州大学2018级地球系统科学专业博士研究生杨萍为论文第一作者，冰川与沙漠研究中心王乃昂教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目（41530745）、国家自然科学基金面上项目 (41871021)的资助。