溶解有机碳(DOC)沉降输入人工林生态系统，从而影响净生态系统碳平衡(NECB)，然而地球关键带框架下河源小流域(Headwater catchment)DOC输入和输出通量，以及从冠层到基岩、从降水到溪流的DOC迁移过程及调控机制(图1)尚不清楚。本研究选择CERN/ChinaFLUX站点千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站的河源小流域为研究对象，监测了小流域土壤输入过程水量（降水、穿透雨、树干径流）和输出过程水量（土壤溶液、地表径流、壤中流、溪流和地下水），以及上述水文过程的DOC浓度，量化了河源小流域尺度DOC输入和输出通量。本研究发现了植物源DOC沉降过程对小流域DOC输入通量的主导作用，以及土壤缓冲外源DOC输入(降水、穿透雨、树干径流)和径流DOC输出(溪流、地下水)形成的碳汇机制，对准确评估河源小流域净生态系统碳平衡具有重要贡献。
研究发现，土壤通过缓冲河源小流域尺度DOC输入和输出过程形成碳汇。植物源DOC输入通量(22317 kg C km-2 yr-1)是降水DOC净输入通量(4966 kg C km-2 yr-1)的4.5倍，二者分别占3.88%和0.86% NEP。植物源DOC主导81.8%的DOC总输入通量，在净生态系统碳平衡评估中不可忽视。溪流和地下水DOC输出通量分别为5912和3905 kg C km-2 yr-1，因此土壤缓冲DOC通量高达17466 kg C km-2 yr-1，占3.04%NEP。土壤缓冲DOC过程成为河源小流域重要的碳汇，而在以往流域碳平衡研究中往往被忽略。
此外，从降水到溪流和地下水DOC浓度差异揭示土壤对外源DOC的缓冲和固持过程。表层土壤有机质含量高，仍表现为DOC净释放过程，而10cm以下土壤表现为DOC净吸附过程。
穿透雨和树干径流DOC浓度和pH相关性揭示冠层截留和冠层离子交换作用对DOC来源的调控作用。土壤溶液DOC浓度和水化学性质相关性揭示了酸碱度和离子强度是调控土壤吸附DOC的主导机制。
图1.地球关键带视角下河源小流域从降水到溪流和地下水的DOC迁移过程
该研究由广西大学林学院、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院大学等院所科研人员共同完成，得到国家自然科学基金重点项目(41830860)、面上项目(42171035、42077302)的支持。参考论文信息：https://authors.elsevier.com/c/1eYYC52cuXVIn(2022年3月29日前免费链接)或者https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.127557