河流(这里理解为从最小的源头溪流到大河的所有流动的水)被组织成"分形"的网络，这些网络通过水、能量和物质的横向转移将陆地和海洋生态系统连接起来。河流网络代表了大陆、海洋和大气之间最大的生物地球化学联系。

目前，我们对河流在全球碳循环中的作用的了解仍然有限，这使得很难预测全球变化是如何改变河流碳封存和温室气体排放的时间和空间分布。最近，瑞士洛桑联邦理工学院大学的科研人员于2023年1月18日在Nature期刊上发表文章，回顾了河流生态系统代谢研究的现状，并综合了目前对河流生态系统代谢的最佳估计, 展示了河流在全球碳循环中的核心作用，并主张建立一个全球河流观测系统。

研究人员通过汇编全球河流生态系统呼吸和植物光合作用的数据，发现了河流生态系统新陈代谢和全球碳循环之间的明确联系。当水流向海洋时，河流生态系统的新陈代谢会消耗来自陆地生态系统的有机碳，从而产生排放到大气中的二氧化碳。未被代谢的残余有机碳与未被排放到大气中的二氧化碳一起进入海洋。这些河流输入的碳会影响沿海水域的生物地球化学。

该文量化了从陆地到全球河流的有机和无机碳通量，并表明它们的净生态系统生产和二氧化碳排放，改变了从陆地到沿海海洋，有机到无机的碳平衡。此外，研究者讨论了全球变化如何影响河流生态系统代谢和相关的碳通量，并确定了有助于更好地预测全球变化对河流生态系统过程影响的研究方向。

作者在文章的最后强调了全球河流观测系统(RIOS)的必要性，以更好地量化和预测河流对全球环境的作用。全球河流观测系统将整合河流中传感器网络的数据卫星图，利用数学模型生成与河流生态系统新陈代谢相关的几乎实时的碳通量。全球河流观测系统将作为一个诊断器，能够‘把握’河流生态系统的脉搏，并对人类的干扰做出反应。全球河流观测系统将在理解全球碳收支背景下的河流网络及其未来演变方面发挥关键作用。

 

图1:河流生态系统的新陈代谢。

图2:从陆地通过河流网络到大气和沿海海洋的碳通量。

图3:全球变化对河流生态系统新陈代谢以及CO2和CH4排放影响的复杂性。

图4:全球河流观测系统。

论文信息：Battin, T.J., Lauerwald, R., Bernhardt, E.S. et al. River ecosystem metabolism and carbon biogeochemistry in a changing world. Nature 613, 449–459 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05500-8