地球表面上岩石风化产生的细粒泥质颗粒(Mud)对全球碳循环产生重大影响。这些颗粒可以与有机碳（OC）结合并保护其免受重矿化作用的影响。这些赋存于泥质颗粒有机负载控制着沉积物和土壤中有机碳封存的量、沉积时间跨度和途径。人类活动通过改变有机物的输入和有机碳反应性等因素对在多种环境中泥质颗粒的累计量和与其相关的泥质有机碳（Mud-OC）负载造成影响。这种影响可能直接由人类活动例如筑坝和修堤、或间接由人为引起的气候变化引起。本文总结了人类活动对泥质有机碳从生产、转移到储存的过程，并发现人类引起的气候变暖导致大部分系统中的泥质有机碳净通量增加。这一研究对于理解过去的地球系统气候变化以及未来气候动态、以及为气候减缓和适应策略提供至关重要的信息。
研究方法
1.收集并总结多种地貌中泥质颗粒及泥质有机碳由源到汇路径的迁移和储存状态的知识（见图1）；2.结合人类世以来的人类活动开展数据分析和建模估算。
研究内容
1.评估全新世-人类世泥质有机碳产生的主要驱动因素和变化；2.概述泥质有机碳从陆地到海洋迁移过程中发生的重要时空变化，以及其对碳循环产生的潜在影响；3.探讨泥质有机碳循环如何帮助预测加速释放的有机碳到生物圈的情况。
研究结果
泥质颗粒（Mud）是土壤中、悬浮和沉积下来的沉积物中的细颗粒 (<63 μm) 成分，而泥质有机碳（Mud-OC）指的是物理上与这些泥质颗粒相关的有机碳。有机碳可以通过被泥颗粒物理吸附在其表面或内部的方式结合在一起，其他也包括与矿物结合的有机碳（MAOC）和部分颗粒有机碳（POC）（图1c）。有机碳浓度会随着土壤、沉积物和岩石中的泥质颗粒矿物分数的增加而增加（图1b），而泥岩主导地球上大部分的沉积物，因此，泥质有机碳主导着全球沉积有机碳储量，它们存在于许多环境中，可以包括陆地、海洋和岩石源。
人类活动对现代泥质有机碳输入的影响
在不同的地貌中，泥质颗粒从陆地输入至内陆水系及海洋的途径多种多样，在这里我们用颗粒有机碳通量变化来对泥质有机碳输入量情况进行代表。由于地貌和作用因素的差异，人为导致的有机碳通量变化的程度不同。其中，在人为活动的影响下，大部分系统中泥质有机碳的净通量是增加的，其中通过B陆地侵蚀方式增加的碳量最多达375 (TgC yr−1 ，百万吨/年)、其次为F河流输出（210 TgC yr−1）和I边缘埋藏（120-180 TgC yr−1）等；而在E泛滥平原和K潮滩等地带其增减存在不确定性；在J沿海湿地地带其净通量甚至约减少为60 TgC yr−1。
图1. 主要地貌过程控制的泥质颗粒和泥质有机碳通量（黑色文本）和之后受人类活动影响由源到汇梯度式影响的泥质有机碳通量（红色缩写及数字）及其增减（+/–/?）。
人类活动对有机碳输入的扰动大部分发生在其由源到汇的过程中，并可以通过多种途径实现，其中，人为导致的全球气候变化及CO2的增加（CC）是主要途径之一，其他直接人为因素包括土地利用变化（LUC）、对水生系统的营养物质增加（NUT），水工程管理（HYD）及沿海利用变化（CUC，例如沿海植被覆盖区的减少）等。
人类对陆地源有机碳的影响
人类在陆地上对土地利用情况的变化是造成有机碳输入改变的重要原因。人类农业发展大幅增加了全球土壤的剥蚀量。北美地区在经历欧洲殖民后的表层沉积物的运动速率比殖民前高出约10倍（通过农业和河流改造）。相比之下，在欧洲，气候变化被认为是未来几十内土壤侵蚀性增加的主要驱动因素。整合植被动态的全球陆地表面模型表明，由增加的大气CO2导致的植物生长增加可能通过土壤稳定部分缓解气候变化的侵蚀效应。预计全球许多地区的人为诱发的极端降水/洪水事件也将增加，影响侵蚀速率和泥质有机碳的输入。
对有机物由源-内陆水系/海洋的输入的影响
人类活动例如水工程管理包括修建大坝等会影响泥质颗粒在不同系统中的滞留时间，从而导致泥质有机碳的输入发生变化。20世纪50年代以来由于森林砍伐等土地利用变化原因，南美、非和大洋洲等地河流的沉积物运输增加了39%。但实际上全球河流向海洋输送的河流沉积物量减少了49%。其原因归结于大坝对泥质有机碳的捕获作用，其程度取决于特定的环境和水文条件。
自然洪泛平原通过滥水沉积和河道迁移/河岸侵蚀以及其他气候驱动事件（例如，拉尼娜和厄尔尼诺事件）储存和释放泥质颗粒，而堤防建设通过减少河流与其洪泛平原间的连通性打断这一过程。沿海三角州地区建立的大坝（如，面积>1,000 km2的三角洲，如密西西比河等）使得大多数北美沿海沉积中心的沉积速率翻倍，这得益于大坝下游的加剧侵蚀。海平面的上升和广泛的海岸开发导致温带和低纬度地区泥滩面积的净减少。
气候变暖使得泛北极纬度地区多年冻土的解冻和沿海地区的热蚀，它们使土壤重新悬移。气温和海温升高、海平面上升以及开放水域季节变长，使泛北极地区的侵蚀和悬移增加了14 TgOC yr−1。
人类活动对泥质有机碳反应性的影响
有机碳（OC）的反应性在碳循环中具有重要作用，是指其在特定环境条件下的降解或转化速率。集成的有机碳（OC）反应性与其暴露于氧化或矿化条件之间存在强烈的反向关系。在世纪尺度上，不同环境中（例如，湖泊沉积和湿地）的OC反应性的数量级变化（图3中的y轴）在x轴的各个地点看起来是一致的（线性变化）。人类活动如修筑大坝可能会将某些特定年龄的泥质颗粒从在海岸环境中充当氧化剂的地方转移至河流水库中的泥质有机碳（Mud-OC）中。因此，人类活动造成的结果可以使OC反应性的回归线发生变化使其向上或向下移动。也就是说，通过添加年轻的OC（例如，自养OC），可以改变OC的表观“年龄”。然而，预测这将最终如何影响图3中的x-y回归仍然非常困难，因为这些效应的强度可变。
图2 泥沙-有机碳反应性的梯度。a.泥质有机碳在不同环境中运输的时间跨度。沿y轴列出的垂直下沉区域如下：大陆架（0–200 m）、斜坡（200–3,000 m）和深渊（>3,000 m）。b.来自观测、模型拟合和/或实验室实验的POC和溶解OC（DOC）在不同环境中的表观OM反应性分布。
原文
链接：
Bianchi, T.S., Mayer, L.M., Amaral, J.H.F. et al. Anthropogenic impacts on mud and organic carbon cycling. Nat. Geosci. 17, 287–297 (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01405-5
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解译：姜梦婕
编辑：刘丹娜
审核：陈中强
