全球河流系统将古老碳从陆地输向大气：对碳循环模型的重要修正

本研究揭示了全球河流CO2 和CH4 排放中59±17%源自千年尺度或更古老的碳库，通过整合1,195组放射性碳（14 C）数据，发现河流排放的古老碳通量达1.2±0.3 Pg C year-1 ，相当于陆地净生态系统交换量级。该发现挑战了传统认为河流碳排放主要源于近十年生物量的认知，表明水文路径对古老土壤和地质碳库的活化作用，需重新评估人为碳在陆地系统的归宿及全球碳预算模型。

　　

研究背景
长期以来，河流被认为是全球碳循环中的活跃通道，每年向大气释放约2.0 Pg C的CO₂
和28 Tg的CH₄
。传统观点认为这些排放主要源自近期（十年内）生物量分解的生态系统呼吸。然而，越来越多的证据表明，河流可能通过水文路径活化更古老的碳库——包括千年尺度的土壤碳和地质年代的岩石有机碳。这种未被充分认识的碳通量，可能显著影响对陆地碳汇能力的评估，尤其是在人为扰动加剧的背景下。

研究设计与技术方法
由Joshua F. Dean等国际团队在《Nature》发表的研究，整合了67项研究中1,195组河流DIC、CO₂
和CH₄
的¹⁴
C数据，覆盖全球主要生物群系和岩性类型。通过同位素质量平衡模型和贝叶斯混合分析，量化了不同年龄碳源的贡献。关键技术包括：1）超顶空法和卷膜法采集溶解气体；2）加速器质谱（AMS）测定¹⁴
C；3）基于HydroATLAS数据库的流域特征分析；4）蒙特卡洛模拟约束碳源比例。

研究结果

1. 河流CO₂
和CH₄
排放的年龄特征
数据显示河流DIC平均F¹⁴
C为0.914±0.184（相当于722±1,264 ¹⁴
C年），62-74%样本F¹⁴
C<1.0，表明古老碳广泛参与排放。

14
C patterns in river DIC, CO₂
and CH₄
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2. 流域特征对碳年龄的影响
沉积岩流域F¹⁴
C_atm
（0.848±0.159）显著低于火成岩（0.903）和变质岩（0.957），显示岩性控制古老碳释放。随机森林模型揭示海拔、喀斯特面积与F¹⁴
C_atm
呈负相关，而降水量和温度呈正相关。

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C in river DIC, CO₂
and CH₄
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3. 古老碳对全球河流CO₂
排放的贡献
同位素混合模型表明，52±16%河流CO₂
源自千年碳库，7±1%来自岩石风化，合计1.2±0.3 Pg C year^-1
。

结论与意义
该研究首次在全球尺度证实：河流系统通过活化古老碳库成为大气CO₂
的重要来源，其通量相当于陆地净生态系统交换量级。这一发现意味着：1）当前碳模型低估了陆地古老碳库的流失；2）需重新评估人为碳在土壤和地质储库中的归宿；3）气候变化可能通过增强水文路径加速古老碳释放。研究为理解陆地-大气碳交换提供了新范式，对完善全球碳预算具有里程碑意义。