热带河流系统中风化作用、铁氧化物和铝质黏土对有机碳储存与稳定性的调控机制

本研究聚焦全球碳循环关键环节，针对热带河流系统中有机碳(OC)稳定性调控机制不明的问题，通过分析恒河-布拉马普特拉河(GB)流域矿物组成与OC的关联性，揭示了铝质黏土(以伊利石为主)和成土铁氧化物(Fed)通过矿物结合有机碳(OCMA)机制分别贡献52%和48%的OC储存，发现化学风化会破坏OCMA导致25%碳损失，为理解热带河流碳汇-源转换提供了关键证据。

　　

在全球碳循环的宏大叙事中，热带河流如同地球的"碳运输动脉"，每年向海洋输送约21.1太克有机碳(OC)，其中恒河-布拉马普特拉河(GB)系统贡献了全球15%的海洋有机碳埋藏量。然而这些碳在运输途中面临巨大变数——约79-83%的"高龄"土壤有机碳能否安全抵达深海？矿物保护伞是否会半路失效？这些问题直接关系到这条"碳传送带"最终成为大气CO₂的"减压阀"还是"加速器"。

中国科学院的研究团队在《CATENA》发表的研究，首次系统揭示了热带河流矿物"保镖"保护有机碳的微观战争。通过分析GB流域沉积物的矿物组成与OC关联性，团队发现：铝质黏土中的伊利石像"碳磁铁"般牢牢吸附OC，而次生形成的蒙脱石却因"疏碳性"成为碳保存的短板；成土铁氧化物(Fe_d)则化身"防降解铠甲"，通过与矿物协同作用将OC锁在晶格中。但当沉积物经历强烈化学风化时，这套保护机制会出现25%的"系统漏洞"，导致本应封存的碳转化为温室气体逃逸。

研究采用多技术联合作战：通过δ¹³C和C/N比值追踪OC来源；X射线衍射定量黏土矿物；连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB)法提取Fe_d；密度分级分离矿物结合有机碳(OC_MA)；逐步回归分析解析影响因素。样本覆盖GB流域关键水文单元，包括布拉马普特拉河（以物理侵蚀为主）和恒河（强化学风化区）的典型沉积物。

【OC来源和组成变化】
δ¹³C指纹显示：布拉马普特拉河OC更"素"（-24.0‰，C₃植物主导），恒河OC更"荤"（-23.8‰至-22.4‰，含更多微生物改造成分）。从喜马拉雅山到孟加拉湾，OC含量先骤降70%（0.27%→0.03%）后回升，揭示山地OC经历氧化淘汰，被洪泛区新OC接力补充的"碳接力赛"机制。

【矿物守护者的效能】
黏土含量和Fe_d浓度呈现"布拉马普特拉＞恒河"的格局（7±2.3% vs 3.7±2.0%；0.30±0.07% vs 0.13±0.07%）。伊利石与OC正相关（r=0.82），而蒙脱石却呈负相关——这种"两面派"行为源于其形成时间短、比表面积虽大但OC结合位点少。Fe_d则通过表面络合和共沉淀，在化学风化区成为OC的最后防线。

【定量贡献解码】
回归分析给出矿物"贡献度排行榜"：Fe_d（52%）＞伊利石（48%），而粒度仅产生微弱负面影响。密度分级显示90%OC存在于重组分，证实OC_MA是长期储存的"主力仓库"。但在恒河洪泛区，化学风化像"酸洗"般溶解Fe(III)氧化物，导致25%的OC_MA解体转化为CO₂。

这项研究绘制出热带河流碳命运的"矿物路线图"：铝质黏土和铁氧化物组成的"矿物安保系统"本可有效护送OC进入地质封存，但全球变暖加剧的化学风化正在瓦解这套保护机制。研究预测：若未来GB流域化学风化强度提升10%，每年或将额外释放3.8太克CO₂——相当于240万辆汽车的年排放量。这些发现不仅改写了热带河流在碳循环中的角色定位，更警示我们：看似遥远的矿物-有机相互作用，正在悄然影响地球的温室气体收支平衡。