土地利用变化对喀斯特源头溪流溶解碳的影响机制：源汇转化与人为驱动

《Journal of Environmental Sciences》：Influences of land use change on dissolved carbon in karst headwater streams

本文系统研究喀斯特源头溪流中溶解碳（DIC、DOC）对土地利用变化的响应机制，通过水化学分析、平行因子分析（PARAFAC）、贝叶斯稳定同位素混合模型及结构方程模型（SEM）揭示城镇化与农业活动通过外源酸输入（NO3-/SO42-）增强岩石风化，提升DIC浓度，并驱动溶解性有机物（DOM）的源贡献转变与转化路径重构，为喀斯特关键带碳循环研究提供多维度方法论支持。

　　

研究亮点

水文地球化学特征

冬季观测到最高电导率（546.12 ± 103.72 μS/cm）、总氮（7.06 ± 3.56 mg/L）和铵氮（0.99 ± 2.49 mg/L）浓度，夏季则出现最高方解石饱和指数（1.07 ± 0.22）与水温（23.48 ± 1.4°C）。河流水体在夏季呈现更强碱性（pH 8.23 ± 0.23），而溶解氧在秋季最低（5.59 ± 1.83 mg/L）。

自然与人为影响下源头溪流DIC的控制机制

岩石风化是喀斯特河流中碳酸氢根（HCO₃^-）的主要来源，其过程涉及碳酸（主要来自土壤CO₂）及外源酸（硫酸与硝酸）对碳酸盐岩的溶解。夏季和冬季较高的河流HCO₃^-浓度与降水模式密切相关：夏季丰沛降雨（约704毫米，占年降水量54%）促进岩溶作用，而冬季虽降水较少，但人为活动（如污水处理厂排放和农业灌溉）引入的酸性物质显著增强化学风化强度，尤其在城镇化和农业区流域表现突出。

结论

本研究揭示喀斯特地质背景主导河流DIC来源，但城镇化和农业密集区河段DIC浓度显著升高，主要归因于人为活动带来的外源酸（NO₃^-和SO₄^2-）输入。溶解性有机碳（DOC）浓度虽无显著空间差异，但荧光光谱分析显示其来源为陆源与内源混合，且城镇与农业溪流中内源特征更明显。同位素混合模型进一步证实土地利用类型对碳源贡献比例的调控作用。结构方程模型（SEM）表明生物代谢介导了无机碳与有机碳的转化过程，相较于森林溪流，城镇化与农业溪流中溶解性有机物（DOM）组分具有更强的耦合性与可降解性。这些发现深化了对喀斯特关键带碳循环人为干扰机制的理解。