在全球氣候變化加劇的背景下，極端天氣-氣候事件頻發(fā)，深刻影響著地表的侵蝕風(fēng)化和碳循環(huán)過程。黃土高原無機(jī)碳儲(chǔ)量巨大，但該區(qū)風(fēng)化過程的季節(jié)和年季變化特征及其對極端氣候事件的響應(yīng)機(jī)制還不清楚。針對這一問題，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所金章東研究團(tuán)隊(duì)利用黃河中游潼關(guān)水文站為期三年的高分辨率（每周）河水和懸浮物樣品采集，系統(tǒng)揭示了其化學(xué)風(fēng)化過程及其與極端氣候事件的耦合關(guān)系。

研究表明，黃河中游化學(xué)風(fēng)化過程呈現(xiàn)顯著的季節(jié)與年際波動(dòng)（圖1）。河水呈弱堿性，溶質(zhì)主要源自蒸發(fā)鹽巖溶解和碳酸鹽巖風(fēng)化。碳酸鹽巖風(fēng)化貢獻(xiàn)了約70%的總CO?消耗量，是流域核心碳匯途徑。在季節(jié)尺度上，蒸發(fā)鹽溶解速率和碳酸鹽巖風(fēng)化速率受徑流量調(diào)控，呈現(xiàn)出典型的季風(fēng)驅(qū)動(dòng)特征；而受化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制的硅酸鹽巖風(fēng)化，其季節(jié)性變化則相對較弱。在年際尺度上，流域年徑流量從2014年的235億m3降至2016年的165億m3，伴隨凈CO?消耗量同步下降，揭示了氣候振蕩對陸地碳匯能力的顯著調(diào)控作用。尤為關(guān)鍵的是，極端降雨事件（S1、S2和S3）對風(fēng)化通量具有瞬時(shí)放大效應(yīng)。暴雨事件雖僅持續(xù)數(shù)日，卻能貢獻(xiàn)全年17-60%的物理侵蝕通量和6-9%的CO?消耗量，主導(dǎo)短期碳循環(huán)過程。另外，本研究捕捉到一次人為污染事件（A1），該事件中外源酸的加入顯著加速了化學(xué)風(fēng)化速率，顯示出人類活動(dòng)的直接影響。潼關(guān)水文站2001-2022年水化學(xué)數(shù)據(jù)的分析進(jìn)一步揭示了蒸發(fā)鹽巖與碳酸鹽巖風(fēng)化對氣候變化的敏感性顯著高于硅酸鹽巖風(fēng)化（圖2）。進(jìn)一步的模型預(yù)測表明，全球變化背景下，流域徑流量增加與極端事件頻發(fā)可能協(xié)同增強(qiáng)碳匯能力。該研究為全球變化背景下的碳循環(huán)研究提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

該成果于2025年7月10日發(fā)表在Journal of Hydrology。柴寧磐博士研究生為第一作者，肖軍研究員為通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院西部之光-西部交叉團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)（xbzg-zdsys-202309）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDB40050502）和陜西省杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目（2020JC-030）的聯(lián)合資助。

Chai, N.P., Lv, G.R., Xiao, J*., Jin, J.D., 2025. Seasonal and interannual variations of hydrochemistry in the middle Yellow River. Journal of Hydrology. 662, 133891.

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.133891.

圖1 潼關(guān)水文站徑流、含沙量、溫度、物理侵蝕速率和化學(xué)風(fēng)化速率的季節(jié)和年際變化特征

圖2?潼關(guān)水文站2000年-2022年徑流、泥沙含量、溫度、降雨量及化學(xué)風(fēng)化速率的變化特征