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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5591(2023) 이 기사 인용

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남미와 중미의 대규모 열대 강의 생태 형태역학적 활동을 분석하여 강기슭 식생에서 내륙 수역으로의 탄소 흐름을 정량화합니다. 우리는 2000~2019년 기간 동안 신열대 지역의 모든 가장 큰 강(즉, 폭 > 200m)에 대한 위성 데이터에 대한 다중 시간 분석을 30m 공간 해상도에서 수행했습니다. 우리는 매우 효율적인 카본 펌프 메커니즘의 정량화를 개발했습니다. 강의 형태역학은 강기슭 지역에서 탄소 수출을 촉진하고 범람원 재생 및 식민지화를 통한 통합 과정을 통해 순 1차 생산을 촉진하는 것으로 나타났습니다. 이 펌핑 메커니즘만으로도 열대 강에서 연간 890만 톤의 탄소 이동을 설명하는 것으로 나타났습니다. 우리는 하천 활동과 관련된 탄소 동원 능력에 대한 프록시를 제공하는 하천 생태 형태학적 활동의 특징을 식별합니다. 우리는 하천 이동, 즉 탄소 동원 넥서스와 신열대 지역의 계획된 수력 발전 댐의 탄소 집약도에 미치는 영향에 대해 논의합니다. 우리는 이들 하천에 대한 미래의 탄소 중심 수자원 정책에 유사한 분석이 포함될 것을 권장합니다.

하천은 단순히 물과 퇴적물을 상류에서 바다로 전달하는 수동적이고 정적인 운송 시스템이 아니라, 글로벌 탄소 예산에 적극적으로 영향을 미칩니다1,2. 육상 생태계로부터의 탄소 측면 수출이 생지화학적 탄소 순환3의 핵심 경로로 인식되고 있지만, 하천 역학에 의한 탄소 이동의 정량화는 일반적으로 간과되어 왔습니다4,5,6,7. 미국 열대 지역의 퇴적물 부하(하천 역학)와 탄소 플럭스 결합을 탐구함으로써 우리는 강의 형태역학이 육상 시스템, 강 통로 및 대기 사이의 탄소 플럭스의 중심이라는 것을 보여줍니다.

ATTZ(Aquatic-Terrestrial Transitional Zone) 내의 역학 및 식생 밀도에 대한 전 지구적 규모의 평가를 통해 우리는 신열대 지역의 가장 큰 열대 강이 매년 살아있는 목본 강기슭 식생에서 바이오매스로 890 ± 84만 톤의 탄소를 모집한다는 것을 보여줍니다. 환경 형태역학적 탄소 펌핑 메커니즘의 탐구를 통해 우리는 이러한 모집이 주로 범람원에 퇴적되지만 아마도 가장 먼 바다에 퇴적되는 탄소 흡수원의 선순환을 촉진할 수 있음을 확인했습니다.

River Continuum Concept8의 고전적 관점에 따르면 범람원에서 배출된 거친 미립자 유기물은 하류로 이동하면서 조각화되고 분해되어 결과적으로 미립자 및 용해 유기물(각각 POM 및 DOM)로 변환된 후 가스가 방출됩니다. 그러나 하천수에 의해 모집된 LWD의 운명은 완전히 설명되지 않습니다. 예를 들어, 퇴적물 부하가 높은 강에서는 최소한 하구로 수출되는 목재와 동일한 비율로 목재를 쉽게 묻는 것으로 나타났습니다9. 여러 연구에서 일단 채널에 의해 모집되면 LWD가 매우 오랫동안 충적층에 묻혀 있을 수 있다는 증거를 제공했습니다10,11. 이는 하천 탄소 예산 책정에서 일부 프로세스가 간과되었음을 시사합니다7. 실제로 강변 퇴적물 저장은 생지화학적 순환의 핵심 측면입니다12. 왜냐하면 생물권 유기탄소의 일부가 해양 유역의 궁극적인 저장소에 도달하기 전에 천년 기간에 걸쳐 육상 저수지에 저장되기 때문입니다13.

식물성 플랑크톤 순 생산과 궁극적인 해양 낙하가 탄소를 대기에서 해양 내부 및 해저 퇴적물로 유도하는 생물학적 탄소 펌프14와 마찬가지로, 우리는 강기슭 식생에 의한 광합성 고정, 강기슭 식생의 모집, 수송 및 매장이 서로 잘 들어맞는다고 추측합니다. 강이 대기에서 장기 저장량(예: 범람원과 바다)으로 탄소 펌프를 구동하는 통합된 연결체입니다. 우리는 탄소 동원이 2단계 펌핑 메커니즘에 의해 촉발된다고 추측합니다. 첫 번째 단계는 범람원으로부터의 생태 형태역학적 탄소 수출(이하 종합적으로 eCE라고 함)을 의미하는 반면, 두 번째 단계, 즉 ENPP(Enhanced Net Primary Production)는 맨땅의 식생 침식에 의해 촉진되는 C-고정으로 구성됩니다. 형태역학적 활동에 의해 생성된 강기슭 지역. 따라서 우리는 생태형태역학적 탄소 펌프(eCP)를 계단식으로 작동하고 주로 구불구불한 강의 수로 이동(그림 1b)과 다중 범람 및 범람에 의해 에너지를 공급받는 이 두 프로세스의 조합으로 정의합니다. -스레드 강. 전자는 시간에 따라 움직이고 진화하는 일련의 규칙적인 곡선(사행)으로 구성된 구불구불한 평면 형태를 가진 단일 채널입니다. 사행 이동은 곡선 수로의 외부 제방의 제방 침식과 내부 제방의 점 막대 및 범람원 생성으로 인해 발생합니다. 후자는 수로 중간 막대나 식생으로 잠식된 섬으로 분리된 여러 개의 상호 연결된 수로가 발생하는 것이 특징입니다.

10 cm in diameter and 1 m in length); (c) Sediments, litter humus, and soil organic carbon (SOC); (d) In-stream biomass which decomposition process produces Particulate Organic Matter (POM) and Dissolved Organic Matter (DOM). In this paper, we refer to carbon fluxes of live woody vegetation as the wood directly recruited from compartment (a) and delivered to the other compartments through bank erosion, flooding, uprooting and burial. We do not focus on SOC, whose dynamics have already been well explored elsewhere16,17./p> 200 m) in the Neotropics (i.e., South and Central America). Yellow-to-red arrows refer to ENPP (see main text). SCW: atmospheric $\hbox {CO}_2$ uptake from Silicate and Carbonate Weathering; ICW Inorganic Carbon input from Weathering; Bu: Burial; PF: Photosynthetic fixation; RZ: Riparian Zone. Meaning, definitions, source literature of fluxes F1–F4 and of all other arrows are reported in Supplementary Table S1. (b) In meandering rivers, channel-migration-driven capture of woody biomass is exported from the outer bank into the stream (eCE). Young biomass then colonizes the inner newly deposited point bar, driving further $\hbox {CO}_2$-fixation from the atmosphere (Enhanced Net Primary Production - ENPP), stabilizing the bar and promoting further river migration (feedback effect). Hydraulic energy (dashed blue arrows) drives morphodynamics and channel migration, while solar energy (dashed yellow arrows) drives the consequent $\hbox {CO}_2$-fixation from the atmosphere. The output of the pump is the mobilization of LWD and POM, which is eventually stored in river channel sediments downstream (sediment spiralling) or farthest in oceans./p> 0.3 TgC/year. The areas dynamically affected by these rivers occupy 35$\%$ of the total area considered. They include: (1) Extensive Exporters (eCEA < 50 MgC/ $\hbox {km}^2$ year), which are major contributors due to their large fluvial corridors, such as the Rio Negro; (2) Intensive Exporters (eCEA > 90 MgC/ $\hbox {km}^2$ year) with less extensive fluvial corridors but high migration rates (Mr > 4 $\times $ 10$^{-2}$ channel widths per year, Ref.25) such as the Ucayali River./p> 95%, after Ref.33). See Supplementary Discussion for details about the analysis of an additional group of rivers (defined as moderately altered by Ref.33, not considered in the main analysis). (f) Magnified view of Andean-foreland forest basin and distribution of planned new large hydroelectric dams (>1 MW, see Ref.36) shown by pink triangles. (l) Correlation between sediment transport, migration rate, and carbon export (data on migration rate and sediment transport from ref.25, in the river marked with * the migration rate was derived from the relationship Mr = 0.043.$\hbox {TSS}^{0.28}$, as suggested by Ref.25, where TSS is the total suspended sediment. (h) The longitudinal sequence of signatures in the frequency distribution (FD) for Amazon River corridor biomass density (NS, negatively skewed; MM, multimodal; PS, positively skewed.)/p>

In terms of areal efficiency, the eco-morphodynamic Carbon Pump of lowland tropical rivers is a high-performance machine. In the Amazon basin, the carbon exported annually per unit area of river-driven forest loss may be computed as eCE/$\hbox {A}_{RDFL}$ = 218–275 MgC/$\hbox {km}^2$ year (Table 1). This value is higher than other widely known fluxes of the carbon cycle, such as POC fluxes from eroded peatlands (< 78 MgC/$\hbox {km}^2$ year, Ref.53), the rate of carbon storage in upland blanket peatland (55 MgC/$\hbox {km}^2$ year, ref.54) and mass wasting in tropical steep lands (3–39 MgC/$\hbox {km}^2$ year, Ref.55). Furthermore, by examining the mineral weathering of silicate soils, we may refer to angiosperm-deciduous systems, which induce an estimated average loss rate of calcium ions of 4 Mg/$\hbox {km}^2$ year$$ > 2.3.CO;2 (1989)." href="/articles/s41598-023-32511-w#ref-CR56" id="ref-link-section-d345714672e2241"56. This corresponds to 2.4 MgC/$\hbox {km}^2$ year for the Urey reaction stoichiometry, a value 100 times smaller than the present process. Net oceanic upwelling C-flux per unit area due to thermohaline and Ekman circulations is instead a thousand times smaller57./p>0\), forest loss anticipated the non-RDE. Albeit counter-intuitive, even in this case, a positive causal connection can be possible. For example, a slow land conversion (e.g., from forest to cropland) that takes some years to cover a portion of territory observable through a MODIS-based dataset (coarse resolution 500 m) while was suddenly detected as forest change in the Landsat-based products (resolution of 30 m). In each plot performing a forest loss during the observation window, fire events were detected by using the MODIS-based dataset75. We set/p> 400\) MgC/$\hbox {km}^2$./p> 0.4) provides PS, negatively skewed (Sk $> -$ 0.4) provides NS, whereas moderate skewness (− 0.4 < Sk < 0.4) provides BS distributions. If only one of either (i) or (ii) is satisfied (i.e., just one sub-sample mode is detected to be distant from the median) the difference D = $\hbox {F}_{MR} - \hbox {F}_{ML}$ is computed to distinguish between NS (D < 0) and PS (D > 0) distributions. If the condition related to D is not satisfied the algorithm uses again $\hbox {S}_k$ to classify biomass density distributions in NS, PS or BS classes./p>

\)2.3.CO;2 (1989)./p>

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