气候变暖下青藏高原多年冻土河流释放古老碳源对温室气体排放的贡献机制

本研究首次量化了青藏高原(QTP)河流中古老冻土碳分解对CO2和CH4排放的贡献，揭示微生物优先代谢低芳香度的冻土碳，其中冻土碳占CH4排放的30.5%，而预存碳（pre-aged C）贡献超60%的温室气体释放。该成果为全球碳模型修订和气候韧性框架构建提供了关键数据支撑，凸显高海拔冻土区碳循环对气候反馈的独特影响。

　　

科学与社会意义

青藏高原(QTP)作为地球"第三极"，储存约37.21 Pg冻土碳，其河流系统在气候变暖下成为古老碳释放的关键通道。研究通过放射性碳(¹⁴C)分析发现，河流DOC和SOC主要源自预存碳（平均年龄1,755±1,281 yBP和2,223±1,050 yBP），且微生物优先利用低芳香度（SUVA₂₅₄与DO¹⁴C呈正相关）的冻土碳组分。

核心发现

1. 碳源年龄特征：

   • DOC年龄与活动层厚度负相关（r=-0.331），7月DOC较5月年轻（1,388 vs 2,478 yBP），反映生长季现代碳输入。
   • SOC中冻土碳贡献24.6%，活动层碳占45.7%，现代碳仅29.7%。

2. 微生物代谢偏好：

   • 短期培养实验显示42.3% DOC被降解，且Δ¹⁴C特征表明微生物优先利用古老碳（Δ¹⁴C_utilized=-212.58‰）。
   • 沉积物培养产生的CH₄年龄（2,378±1,078 yBP）接近SOC，证实古老碳是甲烷主要底物。

3. 温室气体排放贡献：

   • CO₂排放中61.8%源自预存碳（活动层53.6%+冻土17.8%），生长季现代CO₂输入导致7月CO₂年龄显著年轻化（1,312 vs 2,986 yBP）。
   • CH₄排放的69.2%来自预存碳，冻土碳占比高达30.5%，其释放与活动层厚度负相关（r=-0.668）。

区域对比与气候反馈

QTP河流碳年龄显著高于北极水域（p<0.001），归因于：

• 更深的活性层（2.3±0.60 m）和更高地温（-1.35°C）加速冻土侵蚀；
• 低植被覆盖（NDVI数据）减少现代碳输入；
• 土壤干燥促进古老碳淋溶。

未来风险与启示

随着活动层加深（增速6.31 cm/十年）和冰川退缩，冻土碳矿化将加剧。研究建议：

1. 将古老碳通量纳入全球碳模型；
2. 重点关注高海拔冻土区CH₄排放的增温潜势（GWP）；
3. 建立跨学科监测网络以追踪水文-冻土耦合效应。

（注：所有数据均基于50条河流采样及稳定同位素混合模型(simmr)计算，方法学详见¹⁴C真空线纯化与AMS测定技术。）