水体 DIC/DOC δ¹³C：碳来源与碳循环怎么读

水体溶解无机碳（DIC）与溶解有机碳（DOC）的碳同位素 δ¹³C 是解析流域碳来源与碳循环过程的有力指纹。核心在于不同碳源（生物成因 vs 地质成因）的 δ¹³C 差异明显，且脱气、呼吸、光合等过程会进一步改变 δ¹³C。本文梳理面向研究设计的判读框架。

一、DIC 的主要来源与端元

河流/地下水 DIC 通常来自大气 CO₂、土壤 CO₂（微生物与根系呼吸）、有机质矿化与碳酸盐风化的混合。几个端元的 δ¹³C 差异是判读基础：

碳源端元	δ¹³C 特征
土壤 CO₂（C3 主导区，含扩散富集）	约 −23‰ ～ −25‰（源自 C3 有机质呼吸的约 −26～−28‰，经扩散富集约 +4.4‰）
大气 CO₂	约 −8‰
碳酸盐矿物	约 0‰
碳酸（土壤 CO₂）风化碳酸盐的 DIC	约 −12‰（生物 CO₂ 与碳酸盐各半的混合）

注：若由硫酸等非碳酸风化碳酸盐，DIC 会更偏正；实际河流 δ¹³C-DIC 常见约 −13‰ ～ −7‰，因流域岩性与过程而变化范围更宽。

二、改变 δ¹³C-DIC 的过程

CO₂ 脱气（evasion）：水体向大气释放 CO₂ 时，较轻的 ¹²C 优先逸出，残余 DIC 的 δ¹³C 偏正。
呼吸/有机质矿化：向水体加入 δ¹³C 偏负的 CO₂，使 δ¹³C-DIC 降低、pCO₂ 升高（常见于深水层与坝下）。
光合作用：优先摄取 ¹²C，使残余 DIC 的 δ¹³C 偏正（水生初级生产强的水体）。

三、DOC 的 δ¹³C 与碳源

DOC 的 δ¹³C 反映其有机碳来源：陆源（C3 植物与土壤有机质）DOC 约 −28‰ 附近；水体自生（藻类等）DOC 受偏负的水体 DIC 影响，常与陆源值重叠甚至更负，因此单靠 δ¹³C 往往难以区分陆源与内源，需结合 C/N 与光谱指标（SUVA₂₅₄、荧光组分）等联合判别。DIC 与 DOC 联测有助于刻画流域"有机—无机碳"的耦合与转化。

四、检测平台

δ¹³C-DIC 采用磷酸酸化—顶空平衡（Gasbench）在线制备 CO₂ 后导入同位素比值质谱（IRMS）测定； δ¹³C-DOC 则需先去除无机碳，再经氧化（湿法化学氧化或高温燃烧）将有机碳转化为 CO₂ 后测定，均以 VPDB 为参考标准报告。核素科技提供水体 δ¹³C-DIC 与 δ¹³C-DOC 检测；采样须现场过滤、满瓶不留顶空、冷藏，详见水样送样指南。

常见问题

河流/地下水 DIC 的 δ¹³C 由哪些端元决定？

主要来自大气 CO₂（约 −8‰）、土壤 CO₂（C3 主导区约 −23‰～−25‰，系 C3 呼吸 CO₂ 经扩散富集约 4.4‰ 后的稳态值）、碳酸盐矿物（约 0‰）与碳酸风化碳酸盐生成的 DIC（约 −12‰，生物 CO₂ 与碳酸盐各半）的混合。若由硫酸等非碳酸风化碳酸盐，DIC 会更偏正；实际河流 δ¹³C-DIC 常见约 −13‰～−7‰，范围更宽。

哪些过程会改变水体 δ¹³C-DIC？

主要三类：CO₂ 脱气时较轻的 ¹²C 优先逸出，使残余 DIC 偏正；呼吸/有机质矿化向水体加入偏负 CO₂，使 δ¹³C-DIC 降低、pCO₂ 升高；光合作用优先摄取 ¹²C，使残余 DIC 偏正。

δ¹³C-DIC 与 δ¹³C-DOC 的测定方式一样吗？

不一样。δ¹³C-DIC 采用磷酸酸化—顶空平衡（Gasbench）在线制备 CO₂ 后经 IRMS 测定；δ¹³C-DOC 需先去除无机碳，再经氧化（湿法化学氧化或高温燃烧）将有机碳转化为 CO₂ 后测定，均以 VPDB 为参考标准报告。