Cambios antrópicos en el área de drenaje de cuencas hidrológicas determinan los procesos de erosión dominante y las fuentes de sedimento, movilizando ciertos reservorios (pools) de carbono. Además, estos cambios en el área de drenaje influyen en la dinámica sedimentaria con consecuencias en la morfología fluvial. Éstas, a su vez, pueden crear las condiciones para estabilizar carbono orgánico (CO) en los sedimentos por enterramiento, preservación de carbono, ralentización de la mineralización y colonización vegetal terrestre o acuática; causando todo ello un efecto importante en el sumidero o fuentes de carbono fluvial. Este trabajo explora el impacto de las alteraciones en el área de drenaje (reforestaciones, construcción de diques, abandono agrícola) en la morfología fluvial y en el sumidero de CO sedimentario, en una cuenca semiárida y de elevada erodibilidad. La aproximación metodológica combina el análisis cartográfico de los usos del suelo, la fotointerpretación geomorfológica del cauce y formas adyacentes en dos escenarios (1956 y 2016); y muestreos recientes de suelos y sedimentos para la determinación de las existencias (stock) de CO. La cobertura del suelo varió de un escenario principalmente agrario hacia un patrón forestal. Esa evolución alteró la dinámica sedimentológica de la cuenca que se tradujo en importantes cambios morfológicos en el cauce, disminuyendo la superficie de cauce activo (52%), incrementando la erosión lateral (77%) y las cárcavas adyacentes (11%), así como llanuras (31%) y abanicos aluviales (37%). Además, el cauce se revegetó ligeramente (16%). Todo ello propició un aumento del reservorio total de CO en los sedimentos fluviales (12%), ligeramente por encima del aumento del reservorio en los suelos de la cuenca (10%). La razón de las existencias (stock) de CO sedimentos/suelos fue >0.8, lo cual nos indica la gran capacidad de secuestro de carbono de los sedimentos, con existencias de CO por encima de los suelos agrícolas. Se constató que la dinámica geomorfológica fluvial juega un papel relevante en los flujos de CO, y en la capacidad de estabilizar sedimentos que generan sumideros de CO, en condiciones de estrechamiento del cauce activo y reverdecimiento del lecho. Estos procesos de secuestro de carbono en lechos secos y efímeros, tienen una gran relevancia para variados servicios ecosistémicos, y deberían ponerse en valor en la gestión de zonas sedimentarias fluviales.