全球变化科学的一个最重要的问题是全球大气C02的收支不平衡。岩溶动力系统是地球表层的重要组成部分,在地球表层系统中,以C02为中心环节将生物有机碳循环与"CO2—H2O—碳酸盐”三相不平衡开放岩溶动力系统相耦联。生物圈与相邻圈层间发生着物质和能量的交换过程,使生物圈贯穿整个地球表层。在全球碳循环研究中,岩溶作用的碳汇(carbon sink)效应正在受到越来越多的重视。当碳酸盐岩溶蚀时,岩溶作用表现为碳汇效应,而当碳酸盐岩沉积时,岩溶作用表现为碳源效应。在有水生藻类对水体中的溶解无机碳进行利用时,驱动上述过程向碳酸盐岩溶蚀方向进行使得岩溶水体中大量无机碳(DIC)被转化为有机碳而被固定下来,通过食物链进入生态系统循环。因此,在水生生态系统中藻类的岩溶碳汇潜力巨大。本文主要以岩溶水体中筛选出的小球藻、念珠藻和色球藻以及一株外源小球藻为研究对象,在封闭体系中研究藻类光合作用对典型岩溶水中Ca2+和HCO3-利用,同时相应引起的水体中pH变化和DO变化以及藻细胞生物量变化与水体中Ca2+和HC03-浓度变化关系。研究结果为岩溶碳汇效应提供理论支撑的同时为今后岩溶碳汇研究提供新思路。主要研究结果如下：(1)土著小球藻和外源小球藻均能利用水体中Ca2+和HC03-进行光合作用,二者对岩溶水中HC03-利用总量相同。与土著小球藻相比,外源小球藻能利用更多Ca2+,并且能形成胞外CaCO3沉淀,与土著藻相比外源藻的CaCO3沉淀机制对调节藻细胞生长和适应高钙环境起到了很好的调控作用。两种不同来源小球藻pH补偿点均为9,当体系pH低于9时,光合作用主要以游离C02为碳源,当pH高于9时,则以HC03-为碳源。但两种小球藻在光合作用过程中都是先以游离C02为碳源,然后再利用水体中HC03-为碳源(2)念珠藻pH补偿点为8.17,在光合作用利用无机碳过程中利用游离C02的同时还利用水体中HC03-,并且以分泌胞外碳酸酐酶的形式间接利用HC03-。念珠藻为单一或多细胞丝状藻类,藻细胞在生长过程中容易发生“聚集现象”。当大量丝状藻细胞聚集在一起时,藻细胞周围环境中碳酸酐酶含量高。高含量胞外碳酸酐酶在利用HC03-过程中,藻细胞周围会形成富含C02的微环境,从而形成大量胞外CaCO3结晶附着于念珠藻细胞表面。(3)色球藻pH补偿点为10。在光合作用过程中不仅利用游离C02的同时还利用水体中HC03-,二者同时进行并且以分泌胞外碳酸酐酶的形式利用HC03-。色球藻在成熟繁殖前为单细胞或者多细胞,多细胞被胶质“包裹”,同时藻细胞在光合作用过程中,伴随着CaCO3结晶附着于藻细胞表面。当细胞成熟后分裂,埋藏于细胞中的多个细胞从胶质中被释放,此时附着于藻细胞表面的CaCO3结晶从藻细胞上脱落而形成单独的CaCO3沉淀。(4)在外源小球藻、念珠藻、色球藻通过光合作用利用水体中高浓度HC03-和Ca2+,并将其转化为有机物过程中,将一部分由于岩溶作用而产生的HC03-和Ca2+通过胞外CaCO3沉淀的形式返还给无机环境。(5)与非岩溶区藻类(小球藻)碳汇转化量29.648%相比,岩溶区筛选获得的小球藻、念珠藻、色球藻对岩溶碳汇转化量分别为40.625%、54.375%、76.22%,岩溶水生生态系统中藻类碳汇效应比非岩溶区藻类更加明显。从藻类种属分析,念珠藻和色球藻分别属于蓝藻门,小球藻为绿藻门,在岩溶水生生态系统中蓝藻门碳汇效应比绿藻门更加明显。从藻种生长方式分析,念珠藻为群聚于胶团中的多细胞丝状藻,色球藻则为多细胞包裹于胶鞘的多细胞藻类,而小球藻则为单细胞藻类。岩溶水生生态系统中群体生活藻种比单细胞藻种碳汇效应更强。