全球河流溶解碳中生活污水的被忽视来源与贡献量

本研究揭示了生活污水对全球河流溶解碳(DC)的重要贡献。研究人员通过量化处理与未处理生活污水在国家和流域尺度上对溶解无机碳(DIC)和溶解有机碳(DOC)的影响，发现全球生活污水每年排放21.4 Tg DC，占全球河流DC输出的3.13±0.46%。该研究首次系统评估了污水碳对全球碳循环的影响，为完善碳预算评估提供了关键数据。

　　

在全球碳循环研究中，河流作为连接陆地与海洋的重要碳输送通道，其溶解碳(DC)的动态变化一直备受关注。然而，长期以来，生活污水这一人为因素对河流溶解碳的贡献却被严重低估。随着全球城市化进程加速，污水处理厂(WWTPs)排放的废水已成为许多河流的重要补给源，但这些"被处理过的水"是否正在悄然改变着河流的碳循环格局？

中国科学院地球化学研究所和路易斯安那州立大学的研究人员在《Nature Communications》发表的研究，首次在全球尺度上量化了生活污水对河流溶解碳的贡献。通过分析中国七大流域和全球232个国家的污水排放数据，研究人员发现了一个令人惊讶的事实：看似"清洁"的污水处理厂出水，其溶解碳浓度显著高于自然河水，其中DIC浓度是河流平均值的4.2倍，DOC是1.8倍。

研究采用了多尺度分析方法：通过Meta分析整合全球138个DIC和459个DOC污水处理厂出水浓度数据；利用联合国人居署全球污水排放数据库计算国家尺度碳通量；基于中国城乡建设统计年鉴获取流域尺度污水处理设施运行数据；应用Pearson相关性分析探讨影响因素。

污水出水DC浓度特征

Meta分析显示，全球污水处理厂出水中DIC浓度中位数为43.80 mg C L^-1，DOC为7.50 mg C L^-1，分别达到河流背景值的4.2倍和1.8倍。中国北方流域出水DOC显著高于南方，可能与饮食结构差异有关。

污水DC通量估算

全球生活污水每年排放21.4 Tg DC，其中处理污水贡献7.59 Tg(6.42 Tg DIC+1.17 Tg DOC)，未处理污水贡献13.85 Tg(9.64 Tg DIC+4.21 Tg DOC)。东亚和南亚贡献了全球55%的污水碳负荷。

污水对河流DC的贡献

在全球尺度，污水DC占河流输出总量的3.13%，其中处理污水贡献1.37%的DIC和0.60%的DOC。区域差异显著：在海河流域，污水处理厂出水贡献了高达36.2%的河流DOC输出；在欧洲和北美，处理污水的DIC贡献是未处理的3.5倍。

影响因素分析

出水DOC浓度与气温呈负相关，北方低温可能抑制微生物代谢效率。人口密度、GDP与污水碳通量显著正相关，表明社会经济因素是驱动污水碳排放的关键。

这项研究首次系统量化了生活污水在全球河流碳循环中的作用，揭示了传统认知中缺失的关键人为碳源。研究结果对完善全球碳预算模型具有重要意义：一方面，高浓度的污水DIC可能增强河流CO₂释放；另一方面，污水DOC含有大量易降解有机物，可能改变下游微生物代谢路径。随着2050年全球城市化率预计达68.4%，污水碳对河流系统的影响将进一步放大，这要求在未来碳循环研究中必须纳入污水处理系统这一关键人为因素。研究同时指出，在气候变化背景下，干旱区河流对污水处理厂出水的依赖度增加，这种"以污水养河流"的模式需要重新评估其生态代价。