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伴随全球气候变暖及碳排放问题的日益突出，碳循环受到越来越多的关注。然而，不论在区域尺度还是全球尺度碳循环研究中，占陆地表面积比例较小的内陆水生态系统（主要包括湖泊、水库、湿地）的潜在贡献都常常被忽略。研究表明，全球至少有3％的陆地面积为湖泊所占据（可能是原有估算的2倍），湖泊/流域生态系统的传输(transport)、埋藏(sequestration)和矿化(mineralization)等碳循环过程的速率是陆地生态系统的33倍、海洋生态系统的115倍，并且湖泊碳循环通过这些过程建立起了大气、海洋和陆地生态系统之间碳循环的桥梁。因此，对湖泊碳循环通量、过程和机制的研究为全面认识全球碳循环以及全球气候变化有重要意义。
由于气候、水文和地球化学过程的差异，不同湖泊/流域生态系统之间碳循环过程和净效应存在较大差异。事实上，不同学者对不同区域湖泊碳埋藏的估算结果也不尽相同。因此当前的重要任务之一是加强典型湖泊不同端元碳循环的深入研究，以提高碳通量估算的准确性，进而评估湖泊碳埋藏与全球气候变化之间的关系。
本文拟以青海湖为我国西北干旱-半干旱区湖泊碳循环研究典型案例，研究流域尺度地表径流、湖泊自生生产力以及大气沉降等不同端元碳输入通量;探讨这些端元碳输入过程、机制和影响因素;并结合表层沉积物全面研究青海湖近现代碳循环过程，一窥湖泊碳循环过程和机制。在此基础上，基于已公开发表的湖泊记录，初步估算1800A.D.以来我国西北干旱-半干旱区湖泊碳埋藏通量;探讨西北干旱-半干旱区湖泊碳埋藏的时空分布模式、影响机制;结合青海湖的结果尝试讨论湖泊碳埋藏与气候变化之间的关系以及响应过程和机制;最后初步讨论湖泊无机碳的来源和固碳方式，并指出无机碳循环的重要意义。
1、青海湖近现代碳循环过程研究
通过对青海湖流域河水、雨水、地下水和湖水的系统分析，本文研究了不同端元碳的输入通量，并结合沉积物表层岩芯137Cs定年，获得以下基础认识:
(1)青海湖碳埋藏通量约为7.635×1010 g.yr-1。其中，有机碳和无机碳埋藏通量分别为3.04×1010 g.yr-1、4.6×1010 g.yr-1;青海湖有机碳埋藏速率(OCBR)约为7.23 g.m-2.yr-1;无机碳埋藏速率(ICBR)约为10.95 g.m-2.yr-1。
(2)沉积物有机碳埋藏几乎全部由湖泊颗粒有机碳(POC)供给，而湖泊POC79％以上来自陆源输入;溶解有机碳(DOC)输入通量远小于POC输入通量，这与研究区脆弱的生态环境及表层冻土分布有关。
(3)沉积物无机碳埋藏通量略大于有机碳埋藏通量。但是，河水溶解无机碳(DIC)通量却是DOC输入通量的20倍，并且至少70％以上直接或间接来自大气CO2，表明青海湖无机碳可能为碳汇而非碳源。
(4)对全新世大暖期和当前全球变暖两个时期碳埋藏速率研究皆表明:在温暖湿润时段青海湖碳埋藏速率增加。
(5)不论是DIC还是DOC均在湖水中蓄积，且随湖水蒸发而浓缩。湖水DIC碳库是不同端元年输入通量的230倍;DOC碳库是河流输入通量的100倍。这暗示，在长时间尺度上，青海湖湖水及沉积物均是有机及无机碳的碳汇，这是干旱-半干旱气候区湖泊碳循环的一个典型特征，因此可作为干旱-半干旱区湖泊碳循环研究的典型案例。
2、我国西北干旱-半干旱区湖泊碳埋藏研究
通过对我国西北干旱-半干旱区9个湖泊沉积物碳埋藏研究，主要得出以下结论:
(1)1800A.D.以来我国西北干旱-半干旱区面积大于1 km2湖泊碳埋藏总量为169.4 Tg C(1 Tg=1012 g)，有机碳和无机碳埋藏量分别为97.5和71.9 Tg C。平均有机碳和无机碳埋藏速率分别为36.9和27.2 g.m-2.yr-1。该结论与Guiet al(2013)所估算的长江中下游地区湖泊有机碳埋藏速率(32.1 g.m-2.yr-1)相当;是Dong et al(2012)对长江中下游湖泊有机碳埋藏速率(15g.m-2.yr-1)研究的2倍有余;高于欧洲湖泊表层沉积物有机碳埋藏速率（仅为10.6 g.m-2.yr-1; Kastowski et al，2011）;而远低于北美富营养湖泊的有机碳埋藏速率（高达148～17000 g.m-2.yr-1; Downing et al，2008）。上述不同区域湖泊碳埋藏速率的差异表明，基于单个区域湖泊碳埋藏速率估算的全球湖泊碳埋藏可能存在很大的不确定性，因此加强不同区域湖泊碳埋藏对比研究是当前湖泊碳循环研究的重中之重。
(2)1950A.D.以来湖泊碳埋藏速率呈增加趋势。这主要与两方面因素有关:(a)气候变化:温度和降水增加促进湖泊/流域生产力提高，导致陆源和内源有机碳增加;同时化学风化速率也在水热配置下增强，导致无机碳通量增加。(b)人为因素:人口数量倍增和土地利用方式变化等导致流域森林和土壤生态系统中储存的碳随地表径流输入湖泊，以及部分湖泊富营养化的影响，共同促使湖泊碳埋藏速率的增加。
(3)1800A.D.以来我国西北干旱-半干旱区湖泊碳埋藏速率存在以下两个空间分布特征:(a)东部湖泊碳埋藏速率高于西部湖泊:这可能与我国降雨量的空间分布存在由东南向西北递减的趋势，以及东部地区平均人类活动强度高于西部等因素有关;(b)西部地区人类活动强度较大的湖泊可能也具有较高的碳埋藏通量，不仅比同一区域湖泊碳埋藏速率要高，甚至高于东部地区部分湖泊碳埋藏速率。
(4)结合青海湖和西北干旱-半干旱区湖泊碳埋藏速率表明:即使温度增加对湖泊沉积物有机碳矿化起促进作用，但不论在全新世大暖期还是在当前全球变暖时期，湖泊有机碳埋藏速率对温度上升都是正反馈，即温度上升有利于促进湖泊有机碳埋藏速率的增加。我们推测:一方面，这可能是由于温度上升引起流域和湖泊生产力的增加，导致陆源和内源有机碳输入通量增加超过了温度上升引起的矿化分解速率，最终促使湖泊沉积物有机碳埋藏速率增加。另一方面，温度上升对流域化学风化也起促进作用，导致湖泊无机碳埋藏速率增加。这暗示随着全球进一步升温，湖泊碳埋藏速率将增加;同时表明湖泊/流域碳循环在全球碳循环中将扮演更为重要的角色。
(5)湖泊无机碳的来源及固碳方式:一方面，不论是碳酸盐还是硅酸盐流域，矿物化学风化过程中都直接或间接地吸收大量的大气CO2，并可能以溶解态的形式输入并长期保存在湖泊中;另一方面，由于湖泊的“生物泵”效应，一部分无机碳被湖泊生物吸收，转化为有机碳或无机碳壳体，或直接吸附在矿物表面，埋藏至沉积物中。因此，湖泊沉积物中埋藏的无机碳相当一部分是碳汇而不是简单的机械搬运，这暗示存在大量碱古湖、盐湖的我国干旱-半干旱区无机碳循环具有重要的意义。