全球河流入海颗粒有机碳通量增加中国科学报

河流连接陆地、海洋与大气，是全球碳循环中最活跃也是观测最稀缺的关键环节。全球河流每年向海洋输送约 1 Pg C 的碳，约相当于陆地生态系统净碳汇的三分之一。这些碳在“陆地—海洋连续体”中会经历矿化、沉积、形态转化和跨圈层迁移等复杂过程，进而影响全球碳收支平衡。然而，过去几十年，全球不同区域、国家河流入海碳通量是否发生变化，以及这些变化如何影响全球碳预算评估，长期缺乏全球尺度的观测证据。

6月29日，北京大学环境科学与工程学院李东锋课题组在《自然·地球科学》发表论文。针对全球河流碳通量长期连续观测不足的难题，研究团队整合约10万条全球河流颗粒有机碳（POC）实测数据与120万幅Landsat卫星影像，研发了Aqua-OC动态机器学习框架，使人工智能能够从海量卫星影像中识别不同河流的有机碳信号，并把零散地面观测拓展为覆盖全球河网的长时序连续监测。基于这一技术，研究重建了全球2,409条河流过去近四十年的逐年POC通量变化，发现全球河流POC入海通量在过去四十年间净增加约20%。

“该研究表明，河流碳输出并不是IPCC和全球碳预算报告中可以简单处理为固定多年均值的稳定背景通量，而是一个持续响应气候变化和人类活动的动态过程，”论文通讯作者、李东锋研究员告诉《中国科学报》，“这为修正传统碳预算评估中对河流入海碳通量的静态处理提供了新的视角。”

卫星拍摄到的河流三角洲颗粒有机碳入海输送过程（课题组供图）

研究结果揭示了全球河流POC入海通量变化的强烈区域差异。结果发现，全球约33%的河流POC入海通量呈显著增加趋势，主要分布在北极和热带地区；约14%的河流呈显著减小趋势，主要集中在欧洲、北美东部和中国东部等大坝密集区域。进一步分析表明，北极冻土退化增强了有机碳向河流的输入，热带毁林加剧了陆源有机碳的侵蚀和输移，而大坝建设则通过拦截POC减小了部分区域的入海通量。总体而言，冻土退化和热带毁林带来的增强效应超过了大坝拦截的削弱作用，推动全球河流POC入海通量快速增加。

研究进一步指出，当前全球碳收支核算中存在河流入海碳通量“动态核算缺口”，即过去的碳预算通常把河流碳通量视作相对固定的背景值。然而，研究表明，冻土退化、热带毁林和大坝建设等气候和人为扰动正在不断改变“陆地-海洋连续体”碳循环过程。基于上述发现，研究团队提出了“卫星监测-过程识别-AI约束-风险评估”的河流碳研究新范式，以实地监测和卫星观测为基础，以机器学习、多模态数据融合和物理约束为手段，为河流碳通量动态核算、陆海连续体碳循环机制研究以及海岸带生态环境风险评估提供更加系统的观测与分析框架，同时也为下一代全球碳预算和海洋生物地球化学模型提供动态陆源碳输入约束，有助于提升对全球碳源汇核算及其气候反馈的认识和预测能力。