极端降水放大长江溶解有机质对有机源溶解无机碳的累积效应

本研究针对极端气候事件如何通过改变溶解有机质(DOM)特性影响河流有机源溶解无机碳(DICoc)生成这一科学难题，采用FT-ICR MS与稳定同位素示踪技术，揭示暴雨事件通过提升DOM生物降解指数(Ibio)、富集低分子量组分，使DICoc贡献率从13.52%激增至23.15%，为极端气候下河流碳循环调控提供新认知。

　　

在全球气候变化背景下，极端降水事件正以前所未有的频率重塑河流碳循环格局。作为连接陆地与海洋的关键纽带，河流中溶解无机碳(DIC)的动态变化直接影响着全球碳收支平衡。然而，暴雨如何通过改变溶解有机质(DOM)的"数量-质量"关系来调控有机源DIC(DIC_oc)的生成，这一机制始终是困扰学界的重要科学难题。传统观点认为，岩石风化是河流DIC的主要来源，但最新证据显示，陆地有机质降解的贡献可能被严重低估——特别是在极端气候条件下，暴雨冲刷可能通过双重机制（提升DOM浓度与改变分子组成）显著加速碳形态转化，进而影响河流CO₂排放通量。

针对这一前沿问题，中国国家自然科学基金委资助的研究团队在《Water Research》发表了创新性成果。研究人员选取长江干流为天然实验室，巧妙对比常态期(5月)与暴雨期(9月)的水化学特征差异，运用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)结合δ¹³C_DIC-δ¹⁸O_H2O同位素示踪技术，首次定量揭示了降水强度与DIC_oc生成的非线性关系。通过构建结构方程模型，团队系统解析了DOM分子特性转变对碳循环的级联效应。

关键技术方法包括：(1)全流域网格化采样覆盖长江干流18个断面；(2)FT-ICR MS超高分辨率解析DOM分子组成；(3)稳定同位素示踪区分DIC来源；(4)生物降解指数(I_bio)等新型指标量化DOM转化潜力；(5)结构方程模型(SEM)识别关键驱动因子。

【浓度与来源特征】
暴雨使长江DIC平均浓度显著提升至2014.87 μmol·L^-1，δ¹³C_DIC值显示DIC_oc贡献率从常态期的13.52%跃升至23.15%。同位素混合模型证实，这种增长主要源于暴雨冲刷输入的陆源有机质加速降解。

【DOM分子转化】
FT-ICR MS数据显示，暴雨使DOM分子量降低12.7%，双键等效值(DBE)减少19.3%，同时生物降解指数(I_bio)提升2.1倍。空间分析揭示，暴雨核心区50km范围内DOC浓度呈指数衰减，形成显著的"降解锋面"。

【协同作用机制】
结构方程模型指出，暴雨通过三重协同效应促进DIC_oc生成：(1)输入蛋白类化合物提升微生物活性；(2)水温上升加速酶反应；(3)浊度羽流抑制光降解，使83.7%的DOM转化通过生物途径完成。

这项研究建立了"极端降水-DOM分子重塑-DIC_oc累积"的定量关系模型，突破性地指出：传统碳循环模型可能严重低估暴雨事件的放大效应——单次>150 mm·d^-1的降水即可使流域碳转化效率提升71.2%。该成果为预测气候变化下河流碳通量变异提供了分子水平的理论框架，对完善全球碳循环模型具有重要启示。特别是发现低分子量CHO/CHON化合物的"降解热点"效应，为发展基于DOM分子特征的碳汇预测技术开辟了新途径。