乌江流域河流-水库生态系统中溶解有机碳组分的时空动态特征及其对梯级筑坝的响应机制

针对梯级筑坝对河流碳循环的重构效应，中国科学院团队通过乌江流域大规模采样，揭示了溶解有机碳(DOC)、胶体有机碳(COC)和真溶解有机碳(UOC)的时空分异规律，发现夏季DOC含量较冬季高23.3%，且水库对DOC存在显著拦截作用（转化率为COC/DOC 10.5±6.11%），为理解人类活动干扰下的碳迁移-转化机制提供了关键数据支撑。

　　

在全球气候变化与人类活动双重压力下，河流碳循环正经历前所未有的重构。作为典型的工程干预手段，梯级筑坝通过改变水文节律和流体动力学条件，已成为陆地-水生系统碳迁移的关键调控因子。乌江——这条长江右岸最大一级支流，因11座梯级水库的兴建形成了独特的"河流-水库链"生态系统，却也因此成为研究人为干扰下碳循环演变的天然实验室。

长期以来，学界对梯级水库如何影响溶解有机碳(DOC)组分动态缺乏系统性认知，特别是胶体有机碳(COC, 1 kDa-0.7 μm)与真溶解有机碳(UOC, <1 kDa)的转化机制尚不明确。这直接制约着对水库"碳汇"功能的准确评估。中国科学院团队选择乌江流域开展大尺度研究，通过2021年夏冬两季对6座水库、干流上中下游及3条主要支流的同步采样，结合有机碳含量测定、三维荧光光谱等技术，首次揭示了梯级筑坝对DOC组分的拦截-转化效应。

关键技术方法包括：1) 采用0.7 μm玻璃纤维滤膜分离DOC与颗粒有机碳(POC)；2) 超滤法划分COC(1 kDa-0.7 μm)和UOC(<1 kDa)组分；3) 通过Zeta电位分析胶体稳定性；4) 结合荧光光谱解析有机质来源。样本覆盖水库表层水、中层水和底层水的垂直梯度。

空间与时间分布特征
夏季DOC平均含量(1.34±0.40 mg/L)显著高于冬季，且呈现"表层水(1.45±0.36 mg/L)>中层水>底层水(1.05±0.17 mg/L)"的垂直递减格局。这种季节差异源于夏季藻类活动增强与流域陆源输入叠加效应。值得注意的是，从河流到水库的传输过程中DOC含量降低23.3%，证实水库对DOC具有显著拦截功能，这可能通过DOC向POC转化并沉积实现。

COC/UOC转化机制
COC/DOC比值在夏冬季分别为10.5±6.11%和7.9±4.06%，表明小分子UOC更易在夏季聚合成COC。荧光光谱分析显示UOC的自生源特征更显著，而COC主要承载陆源有机质。Zeta电位数据显示COC颗粒处于动力学不稳定状态，这种特性可能促进其与金属离子的吸附-络合行为，进而影响污染物迁移。

生态学意义
研究发现梯级筑坝会导致含羧基的大分子陆源有机质氧化程度降低，这与水库弱水力条件促进有机质沉降有关。更值得注意的是，COC作为"中间载体"，其聚合-解聚动态直接影响碳的纵向通量——在低沉降速率区域，DOC更易转化为COC；而在高沉降区则加速埋藏。这种机制解释了为何三峡工程使长江POC通量锐减，进而影响东海碳埋藏格局。

该研究发表于《Journal of Hydrology》，首次在流域尺度阐明梯级水库对DOC组分的分馏效应：1) 证实水库是DOC向POC转化的重要界面；2) 揭示COC作为陆源碳"中转站"的关键作用；3) 提出胶体稳定性调控碳归宿的新视角。这些发现为预测全球水库碳埋藏潜力(预计2030年达83±18 Tg C/年)提供了理论依据，对协调水电开发与碳减排战略具有重要指导价值。