土地利用变化是影响全球碳循环的重要因素之一。流域内土地利用方式的改变会显著影响碳的迁移转化。岩溶地区广泛的碳酸盐岩分布，“水−岩−土−气−生”各圈层间相互联系、耦合，土地利用方式的变化将影响水岩相互作用及相关的碳循环。双碳同位素能否反应岩溶区土地利用的变化？以往对不同土地利用下岩溶碳循环的研究仍然存在不足：一方面以往的研究往往仅单独关注不同土地利用对地下水或者地表水体碳输入的调控， 缺乏对不同土地利用下地下水-地表水耦合系统碳迁移、转化过程中双碳同位素特征的精准刻画；另一方面放射性碳同位素技术的应用越来越广泛，岩溶地区广泛的老碳输入会对水生生态系统产生怎样的影响值得重视，需要更系统深入的研究；与此同时，地表水生生态系统内源有机碳汇的定量仍存在困难，对不同方法缺乏对比研究和适用性评价。研究不同土地利用下岩溶地下水-地表水耦合系统的双碳同位素特征及地表水生生态系统碳汇潜力对认识岩溶碳循环、评估岩溶碳汇潜力具有重要意义。
自然流域中不同类型的土地利用是混杂交错的，明确地控制单一土地利用作为变量研究其对地下水及其补给的地表水体碳同位素的影响较为困难。针对这些问题，本研究选择边界清晰、水文地质条件相同的贵州普定沙湾水碳循环模拟试验场作为研究对象。2021年在陆地植被系统、地下水系统、地表水生生态系统按不同频率采集了陆地植被、土壤；岩石、地下水DIC，地表水体DIC、DOC、POC、沉水植物、自生碳酸盐岩和沉积物等样品。基于各种样品的碳含量、双碳同位素（13C和 Δ14C）组成，正构烷烃生标等指标，运用同位素混合模型、基于生标的线性混合模型、结构方程模型对数据进行分析处理；通过系统的样品测试、数据分析处理和讨论，获得以下认识：
（1） 土地利用类型影响地下水 DIC碳源组成和比例，导致其双碳同位素差异，Δ14C主要由碳酸盐岩控制、δ13C主要由溶解碳酸盐岩的CO2的来源和浓度控制。不同土地利用对应的地下水DIC的δ13C和Δ14C分别为：裸岩-6.0±2.0‰、-237±6‰，裸土-6.3±0.8‰、-284±5‰，农地-6.0±0.7‰、-215±8‰，草地-14.7±0.5‰、-106±4‰，灌丛地-11.4±0.5‰、-170±6‰。在没有植被覆盖的裸岩和裸土大气CO2对地下水DIC的贡献占主导，在有植被覆盖的农地、草地和灌丛地土壤和植物CO2 的贡献明显增加。碳酸盐对地下水 DIC的贡献在6%至27%之间，对裸岩和裸土地下水 DIC的贡献比其他三种土地利用高约10%。Δ14C与δ13C同位素的联合使用可以显著降低碳源评估的不确定性。
（2） 土地利用类型间接调控了地表水生生态系统的同位素组成。岩溶泉补给的五个表生生态系统（池）各个碳组分的δ13C和Δ14C的系统间差异明显，其变化趋势整体与五种土地利用地下水DIC同位素的空间变化相似；除了受水气界面
CO2 交换和水生植物光合作用引起的13C同位素分馏的轻微影响外，其在五个表生生态系统的变化继承了地下水DIC碳源的双碳同位素特征，间接地受土地利用类型的调控。土地利用类型从裸岩、裸土、农地，到灌丛地、草地；土壤CO2浓度，地下水DIC浓度、Δ14C、生物源CO2比例，地表水系统生物量、各碳组分Δ14C升高；土壤δ13C-CO2，地下水δ13C-DIC、碳酸盐岩贡献比例，地表水系统各碳组分δ13C降低。
（3） 地表水体DIC、沉水植物、DOC和POC、沉积物以及碳酸盐岩的14C同位素组成都展现出明显的偏老特征。地下水DIC是地表水生生态系统的主要碳源。水生光合生物利用14C年龄偏老的碳源，产生新鲜的但表观14C年龄老的OM被定义为“表观光合老化效应”；该效应对OM碳源识别、食物网有机碳（OC）溯源和湖泊沉积物14C定年有重要影响，其影响在岩溶地区可能更广泛。建立了光合老化OM形成对水体DOC和POC 14C同位素影响的简单数学模型，POC和DOC的Δ14C的变化百分比分别达到-48%至51%和-982%至0%，这对于OM内外源示踪和沉积物定年提供了较好的参考作用。
（4） 使用基于正构烷烃的生标法和双碳同位素混合模型计算了五个浅水沉水植物控制系统沉积物中内源有机碳（Auto-OC）的比例，Auto-OC几乎在所有沉积物中都占主导地位。暖湿季节的Auto-OC百分比相对高于冷干季（高约15%左右），温度、光照控制的水生生物光合强度的季节变化可能是造成这种差异的原因。全年加权平均的Auto-OC比例在76%至90%之间，五个水生生态系统的平均值为86%，两种方法的计算结果无显著差异。正构烷烃生标法敏感性高但定量能力相对较弱，双碳同位素混合模型定量能力强但显著依赖于端元设计和样品同位素值的确定。五个池子的TOC、TIC和Auto-OC的平均沉积速率分别为66.7、42和58.2 g C m–2 yr–1，均处于较高水平。草地、灌丛地的DIC浓度相对较高，其对应的地表水生生态系统C固定速率，地上生物量、覆盖度也相对较高，说明土地利用变化对地表水生生态系统的碳汇潜力有重要影响。岩溶区水体较高的DIC浓度有利于水生生态系统光合生物的生长发育，水生生态系统良好的生物群落也有利于无机碳的吸收、减少DIC的脱气释放。因此，大型沉水植物控制状态下的清澈湖泊有利于增加碳汇。
综上所述，本研究结果对于评估自然流域不同土地利用类型地下水的碳同位素组成及其对地表水体的影响具有参考意义；同时促进了对水体光合老化有机质形成机制及其生物地球化学影响的认识，强调了大型沉水植物的重要碳汇潜力。