陆地生态系统向海洋的碳传输对地球碳循环及未来气候变化至关重要，而河流在这一过程中起着关键作用。因此，许多模型被开发来用于估算河流对全球碳循环和气候变化的贡献。然而，不同模型之间的估算结果可能存在较大差异，这不仅给厘清全球碳循环带来了挑战，也为政策制定者在制定环境决策时带来了困扰。

本研究对九个现有模型的河流不同形态碳输出进行了比较。结果发现，模型之间存在显著差异，尤其是在区分溶解无机碳（DIC）、溶解有机碳（DOC）和颗粒有机碳（POC）等碳种类，以及在大陆和流域尺度上（图1），这些差异尤为明显。

为了改进全球河流碳通量估算，研究团队编制了一个河流多形态碳观测数据集，并将其与现有模型的估算进行比较，以评估各模型的表现。在此基础上，研究人员结合现有观测数据和模型估算，开发了一个网格化的集合平均算法，将以往的模型估算整合为一个连贯框架（图2），从而提高碳通量估算的准确性和减少不确定性。此外，颗粒无机碳（PIC）和淡水地下水向海洋的碳输出常常被以往模型忽略。该研究不仅纳入了颗粒无机碳（PIC）的估算，还基于观测数据评估了地下水入海的DIC和DOC通量。

研究结果表明，全球河流碳入海通量（1PgCyr^-1）比2021年IPCC评估报告中所报告的数值高出约20%。这一碳通量包括0.30PgCyr^-1的DOC，0.18PgCyr^-1的POC，0.52PgCyr^-1的DIC，以及0.03PgCyr^-1的PIC。碳输出量排名前50的河流贡献了全球通量的约一半。研究还发现，地下水碳输出对全球碳预算的贡献相对较小。总体而言，该研究表明，当前IPCC评估报告可能低估了陆地到海洋的碳通量约0.24PgCyr^-1。

该研究进一步指出，由河流和地下水碳排放及矿化作用引发的海洋CO₂排放可能比先前认为的更加显著。这一发现可能对海洋碳汇的评估产生重要影响，因为若要准确约束陆地和海洋对人为碳的吸收，就需要修正河流碳路径引发的自然CO₂排放。此外，本研究的改进将有助于更好地评估陆地碳输出在确定陆地碳汇方面的重要性。准确量化陆地到海洋的碳通量对完善气候模型、改进气候变化影响的预测，以及制定更有效的碳管理和减缓战略至关重要。

该研究汇集了来自多个领域和国家的专家，展现了多学科思路和方法在执行这项研究中的关键作用。相关研究成果以“Global riverine land-to-ocean carbon export constrained by observations and multi-model assessment”为题发表于《自然·地球科学》（Nature Geoscience）。刘茂甸研究员为论文唯一的第一和通讯作者，城环学院已毕业博士生张倩茹（现杜克大学博士后）和在读博士生肖昌昊、耶鲁大学Peter Raymond教授、布鲁塞尔自由大学Pierre Regnier教授、巴黎萨克雷大学Ronny Lauerwald博士等为论文重要合作者。该研究得到国家青年人才计划（海外）、基金委（42476127）、44118太阳成城集团学科建设项目（7100604309）、欧洲地平线计划等资助。

Nature Geoscience在线发布research briefing：https://www.nature.com/articles/s41561-024-01526-x

本文作者：刘茂甸研究员、Pierre Regnier教授

相关论文信息：Global riverine land-to-ocean carbon export constrained by observations and multi-model assessment. Nat. Geosci. (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01524-z

文章链接：https://rdcu.be/dS3XG

图1. 来自不同模型估算的全球和大陆河流碳输出的差异。

图2.全球河流碳入海空间分布。