相对于下游碳通量的有限源头二氧化碳排放：来自基于示踪剂的反应传输模型的见解

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Limited Headwater CO2 Emissions Relative to Downstream C Fluxes: Insights From a Tracer-Enabled Reactive Transport Model

本研究利用同位素示踪模型模拟俄勒冈东部喀斯喀特山脉小溪流网络中CO?排放，发现湿地贡献19%的排放量，但仅占流域5%，且溶解碳运输量是气态排放的七倍。

　　

摘要

河流输送的总碳（C）中有一部分会在水从源头流向汇流地的过程中以二氧化碳（CO₂）的形式通过气体逸散进入大气。由于需要利用有限的点测量数据来约束整个河流网络的化学和物理参数，因此量化这部分逸散的碳量颇具挑战性。为了解决这一难题，我们采用了一种含有示踪剂的反应传输模型（${\delta }^{13}$C 和 ²²²Rn），来模拟美国俄勒冈州东部卡斯卡特山脉地区小德舒特河（Little Deschutes River）整个河流网络中的二氧化碳逸散过程。我们在不同的地貌环境中对河流网络进行了采样，并测量了潜在的碳源，包括土壤气体、地下水泉和湿地水体。首先，我们利用经验性的气体传输关系和测得的地下水化学成分对反应传输模型进行了评估。随后，我们结合河流观测数据（${\text{pCO}}_2$、${\delta }^{13}$C 和 ²²²Rn），通过改进空间平均地下水 pCO₂ 的估算值并建立特定地点的气体传输关系，得到了更准确的二氧化碳逸散量估计。研究结果表明，河岸湿地贡献了19%的二氧化碳逸散通量。最后，我们发现二氧化碳逸散仅占总河流碳通量的12%，其余部分由溶解有机碳（DIC，50%）和溶解无机碳（DOC，38%）通过流域出口处的对流作用输送。

通俗语言总结

河流在流向海洋的过程中会携带溶解态碳，但同时也会在沿途各个环节以二氧化碳的形式释放碳。目前很难准确知道究竟释放了多少二氧化碳，而且地质科学家也无法对全球每条河流的碳释放情况进行全面测量。因此，我们使用模型来估算特定河流某段河段的二氧化碳排放量。我们通过测量来自俄勒冈州一个流域内坡度陡峭和缓河流的河水样本的化学特征来改进这一模型。研究发现，河流释放的二氧化碳中有相当一部分来自河岸湿地。此外，河流以溶解态碳的形式输送的碳量远大于以气体形式输送的碳量。这项研究的结果可能会影响我们对河流如何在全球地表输送碳以及与大气交换二氧化碳的认知。

要点

• 该模型预测了美国东部卡斯卡特山脉地区一个流域的二氧化碳通量，包括源头和河岸湿地的排放情况

• 河岸湿地贡献了19%的二氧化碳逸散通量，但仅占流域面积的5%

• 小德舒特河通过出口处输送的溶解碳（DIC和DOC）总量是通过整个流域二氧化碳逸散量七倍