水文季节性与土地利用对喀斯特流域热带河流溶解有机碳与二氧化碳关系的影响机制研究

这篇研究揭示了热带喀斯特河流中溶解有机碳(DOC)与二氧化碳分压(pCO2)的动态关联机制，通过多尺度分析证实：雨季时陆地DOC输入促进异养代谢导致CO2过饱和，而旱季水体代谢主导DOC矿化过程。研究创新性地结合流域尺度土地利用(LULC)与河段连续采样(ΔDOC/ΔpCO2)，阐明水文连通性对碳通量(FCO2)的调控作用，为热带河流碳循环模型提供关键参数。

　　

水文季节性与土地利用的耦合效应

研究以北美最大热带流域乌苏马辛塔河(URS)为对象，创新性地采用点位与河段连续采样相结合的方法。雨季时pCO₂均值达1954±599 μatm，显著高于旱季(2096±596 μatm)，下游湿地农业区出现2-5倍激增。通过保守混合模型计算发现，69%河段的ΔDOC偏离保守传输阈值(±0.23 mg/L)，证实热带河流作为活性碳传输通道的特性。

溶解有机碳的动态转化机制

光学特性与同位素证据显示，雨季陆地输入的难降解DOC与pCO₂呈强正相关(r=0.81)，ΔDOC与ΔpCO₂同步增加揭示"脉冲式"碳输送；旱季则出现显著负相关，Ca²⁺+Mg²⁺/HCO₃^-摩尔比升至0.8-1.2，表明碳酸盐风化与自生DOC矿化共同维持CO₂通量。值得注意的是，森林覆盖减少10%会导致pCO₂升高45 μatm，而农田扩张区出现pH<7.6、DO<5 mg/L的酸化特征。

二氧化碳通量的驱动因素

FCO₂空间异质性显著，中游陡坡河段(坡度>0.5%)通量达1153 mmol/m²/d，是下游的2.2倍。RMA回归显示雨季ΔDO每降低1 mg/L对应ΔpCO₂增加658 μatm，而旱季浮游植物增殖(Chl a>30 μg/L)使CO₂吸收增强。研究首次量化了热带喀斯特河流中生物过程对CO₂的贡献率：雨季异养代谢占62%，旱季碳酸盐溶解占58%。

对全球碳循环的启示

相比全球河流平均pCO₂(5110±6620 μatm)，URS呈现中等CO₂过饱和状态，但其单位面积通量(628±498 mmol/m²/d)超过刚果河2倍。这种"高排放-低分压"特征源于喀斯特缓冲效应与快速气体交换的平衡，其中k₆₀₀气体传输速率模型显示，中游流速主导区(k₆₀₀=v×S×2841+2.02)的CO₂逃逸效率是下游风驱区的1.7倍。研究为完善热带河流碳预算模型提供了关键参数，特别强调了农业扩张通过改变DOC输入途径对流域碳循环的放大效应。