近日，兰州大学资源环境学院牟翠翠教授团队在北半球多年冻土区河流CO₂排放方面取得重要进展。成果以“北半球多年冻土区河流CO₂排放加剧”（Recent intensified riverine CO₂emission across the Northern Hemisphere permafrost region）为题，于2025年4月16日在线发表于《自然•通讯》（Nature Communications）。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58716-3。兰州大学资源环境学院牟翠翠教授为论文第一和通讯作者，硕士研究生李婫和博士研究生魏玉国、母梅等参与了研究。此项研究得到北京师范大学、四川大学、华东师范大学、于默奥大学等单位的支持，受到国家重点研发计划（2024YFF0810900）、国家自然科学基金（42371132）等资助。

河流释放的CO₂约占全球内陆水体CO₂排放总量的85%，是全球碳循环的重要组成部分。北半球多年冻土区面积达2100万平方公里，其碳储量约占全球土壤碳库的50%，是陆地生态系统最大的碳库。全球变暖加速了多年冻土的快速退化，导致地温升高、地下冰融化。这在一定程度上加速了碳向邻近水生态系统的横向输移，其部分被矿化并以温室气体形式释放到大气中，进一步强化了冻土碳—气候反馈效应。目前，北半球多年冻土区陆地生态系统表现为碳汇，但内陆水域的CO₂排放显著抵消了这一碳汇作用，而现有陆地碳预算模型很少考虑河流碳过程，且北半球多年冻土区河流CO₂排放的时空动态特征、机制及其对陆地碳汇的影响仍缺乏精确量化。

图1：北半球多年冻土区河流CO₂排放的影响因素

研究团队通过在青藏高原东北部的野外监测以及文献数据搜集，聚焦北半球多年冻土区5685条河流CO₂分压数据，采用机器学习方法，综合考虑了气候、冻土、地形、土壤、植被和人类等环境因素，对2000-2020年环北极和青藏高原地区河流CO₂排放进行了年度空间扩展。结果表明北半球多年冻土区河流CO₂排放巨大（200 ± 15TgC yr^-1），并以0.42 ±0.16Tgyr^-1速率增加。结合CMIP6的NEP模式数据，量化了河流CO₂排放对陆地生态系统的影响，北半球多年冻土区河流CO₂排放抵消了该区域陆地碳汇的28.1 ± 2.1%，且不同冻土区河流CO₂排放抵消的陆地碳汇具有明显差异。进一步分析河流CO₂排放年际变化的驱动机制，发现气候因素（尤其是降水）和多年冻土退化是北极和青藏高原河流CO₂排放增加的主控因素，分别解释了CO₂排放变化的57.3%和55.0%。

图2：2000-2020年北半球多年冻土区河流CO₂排放量和陆地碳吸收量

图3：北半球多年冻土区河流CO₂排放变化的环境驱动因素

该研究揭示了环北极与青藏高原地区河流CO₂排放的差异性特征，指出其分别受降水和多年冻土退化主控。同时表明全球变暖加速了河流碳释放，进而强化了冻土碳对气候变化的正反馈作用，为深入理解气候变暖背景下河流碳排放的变化及其对全球碳-气候反馈提供了重要的科学依据。

Mu, C. C.*, Li, K., Liu, S. D., Wei, Y. G., Mu, M., Shang, X. X., Liu, F. M., Zhang, C. L., Liu, H. B., Gao, T. G., Song, C. L., Zhang, L. W., Karlsson, J.2025.Recent intensified riverine CO₂emission across the Northern Hemisphere permafrost region. Nature Communications 16(1): 3616.