北卡罗来纳州潮汐沼泽降水驱动的溶解有机碳（DOC）通量冬春动态研究

推荐 为解决潮汐沼泽碳预算中溶解有机碳（DOC）估算难题，研究人员结合线性模型与 SCHISM 模型，分析北卡罗来纳州 Bald Head Creek 的 DOC 和 CDOM 吸收系数关系，估算冬春季通量。发现沼泽为 DOC 净汇，该方法助于理解降水对碳迁移的影响。

　　

论文解读

在地球的 “蓝碳” 生态系统中，潮汐沼泽如同隐藏的碳储存大师，默默吸收并储存着大量二氧化碳。然而，这些湿地中溶解有机碳（Dissolved Organic Carbon, DOC）的动态变化却一直是困扰科学家的谜题。作为连接陆地与海洋的 “生态界面”，潮汐沼泽中 DOC 的横向传输对碳预算至关重要，但复杂的水动力过程与原位观测的局限性，使得准确估算 DOC 通量成为难题。例如，不同季节、潮汐周期下 DOC 的输入与输出如何变化？降水等环境因素又如何影响这一过程？这些问题不仅关系到我们对蓝碳系统的理解，更影响着全球碳循环模型的准确性。

为破解这些谜团，来自美国研究机构的科研团队将目光投向了美国北卡罗来纳州的 Bald Head Creek 潮汐沼泽。这片面积约 4.2 平方公里的湿地，如同一个天然的 “碳实验室”，每天经历着潮汐的涨落与降水的洗礼。研究团队希望通过整合原位观测数据与数值模型，揭示冬春季节（2021 年 1-4 月）DOC 通量的动态规律。这项研究成果发表在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》，为理解海岸带碳循环提供了新视角。

关键技术方法

研究采用了多技术融合的策略：

1. 原位观测与模型结合：通过 YSI 荧光探头高频测量 CDOM 在 440nm 的吸收系数（a_CDOM(440)），利用线性模型（r²=0.75）建立其与 DOC 浓度的定量关系。
2. 水动力模型驱动：借助半隐式跨尺度水文科学集成系统模型（SCHISM）模拟水流速度，结合 DOC 浓度估算每日通量。
3. 时空动态分析：同步记录潮汐、降水等环境因子，解析季节与潮汐对 DOC 输入（负值）和输出（正值）的影响。

研究结果

1. CDOM 与 DOC 的强相关性
   通过现场监测发现，a_CDOM(440) 与 DOC 浓度呈现显著线性关系（r²=0.75），表明 CDOM 可作为 DOC 的有效替代指标。例如，在监测期间，a_CDOM(440) 范围为 0.34-3.09 m^-1，对应 DOC 浓度通过模型转换后，可用于通量计算。
   
   
2. 季节与潮汐的双重影响
   
   

• 降水驱动的输出高峰：2 月至 3 月降水峰值后，沼泽向河口输出 DOC（正值），表明降水通过增加河流流量，促进了 DOC 的迁移。
• 潮汐淹没的输入效应：尽管降水影响显著，但研究期间平均每日 DOC 输入量（-13.6±6.0 g C m^-2 d^-1）大于输出量（9.4±8.3 g C m^-2 d^-1），说明早春季节沼泽整体作为 DOC 的净碳汇（Net Sink）。

1. 通量的时空异质性
   通过 SCHISM 模型模拟水流速度，结合 DOC 浓度分布，研究团队发现潮汐周期对通量方向有直接影响：涨潮时海水携带 DOC 进入沼泽（输入），落潮时部分 DOC 随水流返回河口（输出）。这种动态过程受地形、潮汐相位和降水事件共同调控。

结论与意义

这项研究揭示了潮汐沼泽中 DOC 通量的 “双重面孔”：降水是驱动 DOC 输出的关键因子，而潮汐系统则通过水动力过程调节碳的净储存。尽管短期输出事件（如雨季）可能增加碳向海洋的输送，但早春季节的净吸收表明沼泽在碳固存中仍扮演重要角色。研究结果同时证明，结合原位观测与水动力模型（如 SCHISM）是量化动态碳通量的有效手段，为解决海岸带碳预算的不确定性提供了方法论参考。

在全球气候变化背景下，海平面上升与土地利用变化正威胁着潮汐沼泽的碳储存功能。本研究为评估蓝碳生态系统对环境扰动的响应提供了基础数据，有助于优化海岸带管理策略，例如通过保护湿地水文连通性维持其碳汇功能。未来研究可进一步拓展至更长时间尺度，结合多站点观测，完善全球潮汐沼泽碳循环模型，为应对气候变化的 “蓝碳” 倡议提供科学支撑。