青藏高原冻土区是一个巨大的碳库，作为全球变化的敏感地带，其生态系统碳收支问题受到科学界的广泛关注。过去的认识是：增温将导致冻土碳以二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）形式释放，增加大气温室气体浓度，使冻土区成为碳源并形成正反馈效应；但另一方面植物又会通过光合作用吸收CO₂来固碳，从而作为重要碳汇减少大气CO₂，二者的权衡关系主导了生态系统是碳源还是碳汇。然而，河流等水体也会输送大量陆源有机碳和无机碳到下游区域并向大气释放可观的CO₂和CH₄等温室气体，是生态系统碳循环不可或缺的一环。因此，探究河流碳输出通量和规律以及河流碳如何影响冻土碳排放与植物碳固定之间的权衡具有重要科学意义。针对该问题，四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室生态水文研究中心王根绪研究员团队在青藏高原河流碳输出对生态系统碳平衡的影响方面开展了系列研究。

该团队发现了长江源区河流溶解态碳由溶解态无机碳（DIC）主导并首次揭示了长江源区DIC是来自地源而非生源这一重要认识，并进一步实现了河流DIC的五源划分，发现河流碳来源的时空变化受到活动层融化及冻土盖度、CO₂释放和径流的影响；温度、径流以及活动层冻融过程影响DIC及其δ¹³C值。δ¹³C-DIC同位素值从上游到下游逐渐升高，这一过程主要受到河流CO₂沿流程排放的分馏过程导致，同时也受到冻土覆盖度和植被的影响。利用基于水化学的端元混合模型MixSIAR方法发现DIC主要来自蒸发盐岩（44%）和硅酸盐岩（31%）风化及溶解过程，而碳酸盐风化来源较少，并利用不同数据源得到验证。本研究为气候变化背景下河流无机碳输出动态、迁移转化和变化趋势提供了重要科学依据，为厘清河流碳输出对冻土区陆地碳汇的影响和评估冻土变化对河流水环境影响提供了有效的数据和理论支撑。相关论文（1）发表在Water Resources Research（IF 5.240）。

团队进一步利用放射性碳同位素定年和¹³C和¹⁴C双同位素混合模型法对长江源区河流碳输出年龄、老碳通量及其来源构成进行了研究，发现青藏高原河流老碳来源比例高于北极典型冻土流域，首次确定了青藏高原冻土河流碳输出中来自冻土层和活动层不同年龄组成土壤碳的比例，证明了活动层融化和冻土退化导致的老碳释放。定量核算了长江源区老碳输出通量，提出了季风气候引起的水热同期现象是导致高原冻土区河流老碳输出通量远大于北极典型冻土流域主要原因的新思想。本研究是认识冻土流域河流碳输出特殊机制的重要前提，揭示了青藏高原河流碳过程不同于北极河流的特征，对高原季风区冻土河流碳组成及老碳输出有重要启示，为厘清河流碳输出对冻土碳库的影响提供了有效的数据和理论支撑。相关论文（2）发表在Environmental Research Letters (IF 6.793)。

同时，研究团队在选取青藏高原风火山流域具有典型多年冻土分布的高寒草甸生态系统，利用陆地和水体综合观测体系同步观测流域尺度从水体到陆地单元再到大气的碳交换通量，发现风火山流域在生长季为碳汇，但是非生长季为碳源，扣除水体碳通量之后全年依旧表现为碳汇，年生态系统净碳收支（Net Ecosystem Carbon Budget，NECB）为27.7 g/m²。水体碳通量对NECB有重要影响，抵消了生长季14%和全年30%的陆地碳汇，且在非生长季对陆地碳固定的影响程度大于生长季。该研究对于寒区流域生态系统水体碳输出如何以及在多大程度上影响流域碳平衡有重要意义。相关论文（3）发表在Agricultural and Forest Meteorology（IF 5.734）。

此外，基于上述研究结果，研究团队针对近期有学者发表的《青藏高原植物吸收的二氧化碳量超过冻土和植物呼吸碳损失》一文进行了讨论。团队肯定了青藏高原高寒生态系统整体是碳汇的发现，同时指出了该文未能考虑水体碳输出这一重要碳分量，可能会导致生态系统碳汇的高估以及未来预测的不确定性，因为河流等水体的碳流失会削弱陆地碳固定强度，而这种削弱作用往往无法被涡度相关等陆地碳通量观测系统捕捉到。青藏高原作为亚洲水塔，其水文过程正在发生剧烈变化，这势必影响水体碳输出过程和通量，从而影响流域生态系统净碳收支以及碳汇强度，未来应加强对青藏高原水体碳通量及其迁移转化机制的研究。该文章（4）以Letter形式发表在国际顶级综合性学术期刊《美国科学院院刊》（PNAS，IF 11.205）。

这些研究得到了国家自然科学基金项目、第二次青藏高原综合科学考察研究、中国科学院-青海省人民政府三江源国家公园联合研究专项等项目资助。生态水文研究中心宋春林博士为上述研究论文第一作者，王根绪研究员为通讯作者，其他合作者包括耶鲁大学Peter A. Raymond教授、苏黎世联邦理工学院Negar Haghipour博士、贵州大学毛天旭博士和张涛博士、山西农业大学陈晓鹏博士、长江勘测规划设计研究有限责任公司黄克威博士、中国科学院成都山地灾害与环境研究所常瑞英博士、四川大学孙向阳博士和胡兆永博士以及博士生李阳。

相关论文信息：

（1）Chunlin Song, Genxu Wang*, Tianxu Mao, Kewei Huang, Xiangyang Sun, Zhaoyong Hu, Ruiying Chang, Xiaopeng Chen, Peter A. Raymond (2020). Spatiotemporal variability and sources of DIC in permafrost catchments of the Yangtze River source region: insights from stable carbon isotope and water chemistry. Water Resour. Res., 56(1): e2019WR025343. https://doi.org/10.1029/2019WR025343

（2）Chunlin Song, Genxu Wang*, Negar Haghipour, Peter A. Raymond (2020). Warming and monsoonal climate lead to a large export of millennial-aged carbon from permafrost catchments of the Qinghai-Tibet Plateau. Environ. Res. Lett., 15(7): 074012. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab83ac

（3）Chunlin Song, Genxu Wang*, Zhaoyong Hu, Kewei Huang, Tao Zhang, Xiaopeng Chen, Yang Li (2020). Net ecosystem carbon budget of a grassland ecosystem in central Qinghai-Tibet Plateau: integrating terrestrial and aquatic carbon fluxes at catchment scale. Agric. For. Meteorol., 290, 108021, https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2020.108021

（4）Chunlin Song and Genxu Wang* (2021). Land carbon sink of the Tibetan Plateau may be overestimated without accounting the aquatic carbon export. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 118(46), e2114694118, https://doi.org/10.1073/pnas.2114694118