本研究结合稳定同位素示踪技术及MixSIAR模型，揭示了近百年来湖泊沉积有机碳的来源及其驱动机制。研究发现，洞庭湖沉积有机碳主要来源于芦苇和农田，且人类活动（如农业扩张、城市化）对碳源动态的影响显著强于气候变化，气候变化影响较弱但其长期不可忽视。该研究明确了人类活动对碳循环的主导影响，为流域土壤侵蚀管控和湖泊生态治理提供了科学依据，同时为全球开放型湖泊的碳源动态研究提供了方法参考。
中文标题：人类活动主导了湖泊中侵蚀有机碳来源：基于稳定同位素示踪的证据
英文原题：Human activities control the source of eroded organic carbon in lake sediments over the last 100 years: Evidence from stable isotope fingerprinting
通讯作者：
李忠武， 湖南师范大学
聂小东, 湖南师范大学
第一作者：
王诗兰， 湖南师范大学
关键词：侵蚀有机碳；来源示踪；湖泊沉积物；气候变化；人类活动
背景介绍
土壤侵蚀通过驱动有机碳的横向迁移与再分配，显著改变陆地-水生系统的碳通量，进而影响了全球碳平衡与气候变化进程。湖泊作为流域环境信息的天然“档案”，其沉积物记录了侵蚀有机碳的来源与埋藏历史，是解析陆地碳输移过程的关键载体。通过追踪湖泊有机碳来源能够为反演及预测流域土壤侵蚀及湖泊治理提供重要科学依据。随着气候变化及人为干扰加剧，然而，现有研究在气候变化与人类活动交互作用下对有机碳源变化的定量分析仍显不足，特别是在不同时间尺度上，两者如何协同驱动、相互影响有机碳来源演变的机制尚缺乏系统深入的认识。因此，亟需通过高分辨率沉积记录与多模型融合，定量厘清气候-人类耦合驱动下碳源动态的长期演变规律，为流域碳管理提供理论支撑。
研究成果
湖南师范大学李忠武教授团队以中国第二大淡水湖——洞庭湖及其主要入湖河流沅江流域为研究区域，聚焦过去100年湖泊沉积物中有机碳来源的时空演变及其驱动机制。研究通过采集湖区不同位置的沉积柱样品，结合流域内不同土地利用类型（如林地、农田、城市用地、芦苇等）作为潜在碳源（图1），利用稳定同位素指纹技术（δ¹³C 和 δ¹⁵N）和MixSIAR贝叶斯混合模型，定量解析各类碳源对沉积有机碳的贡献。同时，结合PLS-PM和随机森林分析，系统评估了气候变化与人类活动（如农业扩张、城市化、土地利用变迁）对碳源动态的影响，为湖泊碳循环机制及流域环境治理提供了科学依据。
研究发现洞庭湖沉积有机碳的主要来源为内源性芦苇（30.34%）和外源性耕地（21.48%），其中耕地和城市土地的碳输入占据重要地位，充分反映了土地利用模式对碳循环的深刻影响（图2）。同时研究发现洞庭湖沉积有机碳来源具有明显的的空间分异特征。随着靠近湖泊中心，内源碳的贡献逐渐增加，而外源碳的贡献逐渐减少，这一分布格局与湖泊的水动力条件和内外源碳的混合效应密切相关。时间上，近百年来人类活动对洞庭湖沉积有机碳来源的影响逐步超越气候变化。早期（20世纪上半叶），农业扩张和大规模土地开垦加剧了土壤侵蚀，耕地成为主要外源有机碳来源，占总贡献的21.48%（图2）。特别是在1950-1980年间，耕地面积迅速扩大，土壤侵蚀率显著上升，导致大量泥沙携带外源有机碳进入湖泊，推动了沉积有机碳的快速积累。自2008年后，城市化进程显著加速，地表硬化与污水排放改变了碳的输送模式，同时显著提升了内源性有机碳的生产力。虽然人类活动对洞庭湖沉积有机碳的影响占据主导地位，但气候变化（如降水和温度）依然发挥了长期作用（路径系数为-0.41至0.29）（图3）。
未来方向
未来可进一步建立湖泊—流域耦合的碳通量模拟体系，预测在不同气候情景与人类活动干预下，有机碳的演变趋势与碳汇潜力，为流域生态保护政策提供更精细化的科学支撑。
引用本文
Shilan Wang, Xiaodong Nie, Fengwei Ran, et al., Human activities control the source of eroded organic carbon in lake sediments over the last 100 years: Evidence from stable isotope fingerprinting. Fundamental Research, 5(3) (2025) 1097-1106.
原文链接（复制到浏览器中查看）：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266732582300136X
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