阿根廷里奥贝尔梅霍河洪泛区形态与季节性驱动的CO2通量研究：揭示碳循环的形态-气候耦合机制

这篇研究通过实测阿根廷里奥贝尔梅霍河洪泛区CO2通量及其δ13C值，揭示了洪水地貌形态（如古河道、漫滩）与季节性降水如何协同调控有机质（OM）呼吸过程。研究发现，远离主河道的古湿地在雨季释放更高通量的CO2（398±155 tC km?2 season?1），且δ13CCO2值升高，表明古老有机质的氧化主导排放，而近河区域则以新鲜OM呼吸为主。洪泛区CO2总排放量（447±138 tC km?2 yr?1）远超河流碳输送量，凸显其作为净碳源的关键作用。

　　

引言：洪泛区碳循环的未解之谜

河流系统在全球碳循环中扮演双重角色：既是陆地有机质（OM）向海洋输送的通道，也是碳临时储存与转化的场所。传统观点认为洪泛区可通过沉积物堆积和OM积累形成碳汇，但最新研究表明其CO₂释放可能远超预期。阿根廷里奥贝尔梅霍河作为南美典型沉积型河流，其独特的无支流低地洪泛盆地为研究地貌与气候对碳释放的调控提供了天然实验室。

研究方法：多维度碳通量解析

研究团队在干湿两季（2019年11月与2020年3月）沿河布设16个采样点，采用非稳态CO₂累积室法测量水面、河床沉积物、漫滩及古河道表面的CO₂通量，同步采集δ¹³C_CO2同位素数据。结合沉积岩芯的有机碳（TOC）含量与年龄数据（Scheingross et al., 2021），构建了碳源解析模型，量化了大气混入与OM呼吸的贡献比例。

关键发现：地貌单元主导碳释放模式

1. 水面与河床：低通量的气体交换平衡

水面CO₂通量仅10±30 mmol m^?2 d^?1，δ¹³C_CO2值（-10.9±1‰）与大气背景一致，表明水体-大气平衡主导。河床沉积物通量（21±38 mmol m^?2 d^?1）在午后短暂升高，可能与温度驱动的孔隙水CO₂溶解度变化有关。

2. 漫滩：新鲜OM的"热点"呼吸区

活跃漫滩CO₂通量高达187±302 mmol m^?2 d^?1，δ¹³C_CO2值（-16.7±6‰）显著偏低，反映近期沉积的C3植物源OM分解。值得注意的是，蜿蜒河段漫滩通量（207±157）显著高于辫状河段（195±383），暗示河道迁移速率通过调控沉积物混合程度影响碳源组成。

3. 古河道：季节解锁的"碳库"

古河道在雨季通量（182±193 mmol m^?2 d^?1）达旱季3倍，δ¹³C_CO2值（-13.0±4‰）同步升高。土壤湿度与δ¹³C_CO2的正相关（R²=0.22）揭示：降水激活了深层（>1m）储存的¹³C富集OM（δ¹³C_TOC可达-14.6‰），其年龄可达10⁴年（Scheingross et al., 2021）。

机制解析：碳释放的时空控制维度

形态控制：距主河道距离决定OM年龄谱系。近河区域（<1km）受频繁洪水扰动，以年轻OM（<150年）呼吸为主；远河古河道则依赖土壤化过程，形成分层碳库。

季节控制：雨季降水通过三重效应促进古河道碳释放——提升土壤湿度激活微生物、增强侧向水文连通性、诱发" priming effect"（新鲜根系分泌物促进古老OM分解）。

流域尺度碳预算启示

年尺度洪泛区CO₂释放总量（447±138 tC km^?2 yr^?1）远超河流输送的POC通量（2.5 tC km^?2 yr^?1），挑战了洪泛区作为净碳汇的传统认知。特别是古河道在雨季贡献了35 tC km^?2 yr^?1的古老碳释放，暗示长期储存的OM可能因气候变化增强的降水模式而加速矿化。

研究创新与未来方向

该研究首次将CO₂通量同位素指纹与洪泛区地貌演化直接关联，提出"地貌-气候耦合调控碳释放"框架。未来需结合连续监测与室内培养实验，量化不同水文条件下古老碳的活化阈值，为预测气候变化下的河流碳循环反馈提供理论基础。