（通讯员 张艳）全球碳中和目标下，水库等淡水生态系统的碳源汇功能备受关注。学院肖尚斌教授团队在水资源领域顶级期刊 《Water Research》 发表最新研究成果，首次系统揭示了静水压力作为深水水库碳循环关键驱动因子的微生物学机制。研究发现，静水压力升高能够显著增强水库沉积物-水界面的微生物固碳潜力，同时抑制甲烷生成过程，形成“促固碳、抑释碳”的双重效应，为水库碳汇功能评估与智慧调度管理提供了全新视角。

被忽视的物理力：1-2 MPa的持续作用

在深水水库中，沉积物长期承受着随水深增加而升高的静水压力。以三峡水库为例，部分区域水深超过100 m，底部沉积物所受静水压力可达约1-2 MPa。过去，沉积物有机碳矿化研究更多聚焦于温度、溶解氧、微生物活性及沉积物结构等因素，而静水压力这一在深水水库中持续存在的物理背景，始终未被充分纳入碳循环研究框架。其是否以及如何调控沉积物有机碳矿化，长期缺乏直接实验证据。

针对这一科学空白，研究团队在三峡水库大坝上游约3 km处、水深约121 m的主库区采集了表层沉积物，并利用自主构建的螺杆驱动活塞式静水压力模拟系统，在0.1-2.1 MPa压力梯度下开展了受控培养实验。该系统的独特优势在于以水为压力传递介质，避免了传统气体加压可能引入的O₂、CO₂分压变化等化学干扰，从而能够精准分离静水压力本身对沉积物有机碳转化的影响。

图1. 研究区位置及三峡水库沉积物和水样采集点示意图

图2. 静水压力模拟系统与实验流程示意图

研究设置了非灭菌沉积物—水、灭菌沉积物—水以及仅水体三类培养体系，分别用于解析微生物参与的有机碳矿化、压力诱导的非生物释放，以及有限溶解性底物条件下的压力响应。

核心发现：压力越高，碳释放越快

研究发现，静水压力升高显著促进了沉积物有机碳的矿化。在非灭菌沉积物—水体系中，2.1 MPa条件下的有机碳矿化速率（CMR）在第3、6和9天分别达到0.1 MPa条件下的1.45倍、2.01倍和1.72倍；CO₂和CH₄的释放速率也随压力升高而同步增强。

图3. 静水压力对有机碳矿化速率（CMR）的影响

更为关键的发现来自灭菌体系的对照实验。在微生物活性被抑制的条件下，2.1 MPa处理组上覆水中的溶解性有机碳（DOC）在第4天仍达到0.1 MPa条件下的1.26倍。这表明：即便没有微生物参与，静水压力本身即可促进固相有机碳向溶解相释放。而在非灭菌体系中，孔隙水DOC、CMR和CO₂释放的压力响应显著更强，说明压力释放出的DOC进一步为微生物矿化提供了底物，从而放大了整个有机碳转化过程。

图4. 静水压力对溶解有机碳（DOC）动态变化的影响

机制解析：物理动员与微生物放大协同驱动

机制分析表明，静水压力升高伴随着溶解氧（DO）和硫酸盐消耗的显著增强，暗示高压条件下有机碳矿化及相关电子受体消耗过程被强化。偏最小二乘回归（PLSR）进一步显示，静水压力、孔隙水DOC、硫酸盐和细粉砂含量是影响CMR与CO₂释放的共同关键预测因子。

综合来看，静水压力可能通过两条路径协同驱动沉积物有机碳转化：一是物理路径—压力诱导沉积物颗粒重排、细粉砂减少、黏土比例增加，削弱了有机碳的物理保护机制，促使其从固相释放至溶解相；二是生物路径—释放出的DOC为微生物提供了新鲜底物，微生物矿化作用进一步增强，形成“压力释放—底物供给—微生物放大”的正反馈循环。

时间依赖性：有“源”与无“源”的差异

有趣的是，静水压力的促进效应表现出明显的时间依赖性和底物形式依赖性。在仅水体培养体系中，由于缺乏沉积物固相有机碳的持续补给，压力效应随有限DOC库的消耗而迅速减弱：2.1 MPa条件下CMR与0.1 MPa的比值由第10天的4.59急剧降至第30天的1.03。这一对比从反面印证了沉积物固相碳持续释放的关键作用：只有在沉积物—水体系持续供给溶解性底物的情况下，压力响应才能在3-9天内保持明显。

科学意义：重新审视水库的碳封存功能

“这项研究表明，深水水库中的静水压力并非简单的背景物理条件，而是影响沉积物碳循环和温室气体产生潜力的重要调控因子。”通讯作者肖尚斌教授指出，“这意味着，水库的碳埋藏效率可能需要从‘静态封存’的视角转向‘动态平衡’的视角进行重新评估。”

该研究为大型水库有机碳埋藏效率和碳源—汇效应的重新评估提供了新的实验证据，也提示在未来水库建设与运行管理中，水深（静水压力）应作为一个不可忽略的参数纳入碳收支模型。

图5. 静水压力增强水库沉积物有机碳矿化的潜在机制

上述成果以 Elevated hydrostatic pressure promotes organic carbon mineralization in reservoir sediments 为题，发表于水资源领域国际顶级期刊 Water Research。三峡大学博士生张艳为第一作者，肖尚斌教授和杨文俊教高为通讯作者。文章DOI为 10.1016/j.watres.2026.126413。