西江溶解無(wú)機(jī)碳時(shí)空變異特征及其物源的同位素示蹤

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河流水系由于對(duì)流域強(qiáng)大的碳匯集、輸移、改造及對(duì)近海水域的干擾而引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注。全球經(jīng)河流輸移入海的碳元素約45﹪以溶解無(wú)機(jī)碳(DIC)形式存在，年入海總量約3.8×10g，主要來(lái)源于碳酸鹽巖和土壤/大氣CO，其準(zhǔn)確測(cè)量是研究河流碳循環(huán)的基礎(chǔ)。河流DIC與流域巖性、氣候及水文等因素緊密相關(guān)，有研究指出，即使流域內(nèi)只存在少量碳酸鹽巖，它仍然是河流DIC的主要控制因素。西江流域位處濕熱的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，流域內(nèi)廣泛分布碳酸鹽巖，如此特殊的地質(zhì)氣候大背景勢(shì)必深刻影響流域DIC的產(chǎn)出，研究其河流DIC的濃度、來(lái)源、遷移轉(zhuǎn)化及對(duì)大氣CO的源/匯性質(zhì)意義重大。本研究選取西江流域下游西江段干支流水系，于2005年4月-2006年3月進(jìn)行了每月一次的周期性觀測(cè)采樣和洪水期間的加密觀測(cè)(2005年6月)，利用基本水文水化學(xué)參數(shù)和穩(wěn)定碳同位素來(lái)揭示西江DIC濃度及其物源的時(shí)空變異特征，并探討控制這些變異的主要過(guò)程和機(jī)制，估算流域DIC輸出通量、水一氣界面CO釋放通量及河水DIC主要物源貢獻(xiàn)率，進(jìn)而查明西江水系在區(qū)域碳平衡中所扮演的角色，結(jié)果表明： 1．觀測(cè)期間，西江段干流DIC濃度變化于1.16～2.40mML，支流桂江和賀江分別變化于0.83～1.78mML和0.74～1.79mML，呈現(xiàn)明顯的時(shí)空變異特征：干流DIC濃度明顯高于支流，且向下游呈減小趨勢(shì)，基本與流域碳酸鹽巖的分布格局一致；流域水熱條件的季節(jié)變化引起陸地土壤微生物活性及其CO含量，以及巖石/礦物化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度的季節(jié)變化，加之洪水期間降水的強(qiáng)烈稀釋作用，導(dǎo)致西江水體DIC濃度呈現(xiàn)汛期較高、非汛期較低而洪水期最低的季節(jié)變化特征。 2．大面積分布的碳酸鹽巖在濕熱氣候條件下發(fā)生強(qiáng)烈的風(fēng)化作用，自身溶蝕的同時(shí)還消耗大量土壤/大氣CO，極大地促進(jìn)了陸源無(wú)機(jī)碳的向海遷移，西江流域DIC輸出通量約12.95gCmyr，在已有研究的世界各流域中居中上水平。西江水系年輸出DIC達(dá)4.57×10gC，占全球河流DIC年輸出總量的1﹪。流量是控制西江流域DIC輸出的決定性因素，汛期和6月洪水期輸出的DIC分別占到了年輸出量的84﹪和40﹪。 3．西江段干支流表水pCO全年均處于超飽和狀態(tài)，變化于600～11000uatm，因受徑流量、河流水動(dòng)力及水體生物活動(dòng)等因素的影響而呈現(xiàn)明顯的時(shí)空變異特征：支流水體pCO季節(jié)變異模式基本吻合，非汛期波動(dòng)不大且整體較低，其波動(dòng)主要受控于水體生物呼吸/分解作用和光合作用的彼此消長(zhǎng)。汛期pCO受徑流影響波動(dòng)較大，初汛期較高而后汛期較低，洪水的稀釋作用及洪水期水-氣CO釋放作用的增強(qiáng)又使得年內(nèi)最低值出現(xiàn)在洪水過(guò)境期間。同一觀測(cè)時(shí)段水體pCO存在顯著空間變化，但向下游沒(méi)有觀察到明顯的變化趨勢(shì)。西江段干流水-氣CO釋放通量約8.3～15.6 MgC hayr，其作為大氣CO源的這一作用在區(qū)域性碳平衡預(yù)算中應(yīng)該予以重視。 4．西江段干支流實(shí)測(cè)δC值變化于-17.22～-8.25﹪0，呈現(xiàn)明顯的時(shí)空變異特征，流域水熱條件及地層巖性控制下碳酸鹽巖和土壤CO兩種物源對(duì)河水DIC貢獻(xiàn)比例的時(shí)空變化是其主要原因：水熱條件的季節(jié)變化使得土壤CO含量及巖石/礦物的化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度存在季節(jié)性差異，導(dǎo)致風(fēng)化產(chǎn)物“重”HCO和直接隨水排釋的“輕”土壤無(wú)機(jī)碳對(duì)河水DIC的貢獻(xiàn)比例發(fā)生季節(jié)變化，從而使河水δC汛期偏輕而非汛期偏重；干流δC明顯較支流偏重則體現(xiàn)了流域碳酸鹽巖的空間分布格局。此外，伴隨其它過(guò)程發(fā)生的碳同位素分餾也會(huì)影響河水DIC的同位素組成，干流δC向下游缺乏規(guī)律的空間變化趨勢(shì)即體現(xiàn)了河流水動(dòng)力及水體內(nèi)部生物活動(dòng)對(duì)河水δC的影響。 5．利用δC質(zhì)量平衡模型估算河水DIC兩大物源碳酸鹽巖和土壤CO的相對(duì)貢獻(xiàn)率，結(jié)果表明，西江段河水DIC兩種物源貢獻(xiàn)率的空間變化對(duì)應(yīng)于流域碳酸鹽巖的空間分布格局，干流DIC中由碳酸鹽巖溶蝕貢獻(xiàn)的約占30﹪～48﹪，明顯高于支流(24﹪～40﹪)，且向下游逐漸降低；流域水熱條件的季節(jié)變化則使得碳酸鹽巖溶蝕貢獻(xiàn)率冬春季節(jié)大于夏秋季節(jié)。 6．西江既是陸地碳匯向海轉(zhuǎn)移的媒介，每年輸出約2.60～3.20×10g由流域陸地巖石風(fēng)化作用消耗的大氣CO-C，又通過(guò)水．氣界面CO釋放而成為大氣CO的源，西江段和整個(gè)西江水系水．氣CO垂向釋放量分別約0.16～0.29x10gCyr和1.60～3.00×10gCyr。

著錄項(xiàng)

作者
姚冠榮;
展開(kāi)▼
作者單位

中山大學(xué);

展開(kāi)▼
授予單位中山大學(xué);
學(xué)科自然地理學(xué)
授予學(xué)位博士
導(dǎo)師姓名高全洲;
年度 2007
頁(yè)碼
總頁(yè)數(shù)
原文格式 PDF
正文語(yǔ)種中文
中圖分類水文分析與計(jì)算;
關(guān)鍵詞
西江; 碳酸鹽巖; 無(wú)機(jī)碳溶解; 碳循環(huán); 同位素示蹤;

相似文獻(xiàn)

中文文獻(xiàn)
外文文獻(xiàn)
專利

1. 西江下游溶解無(wú)機(jī)碳含量的時(shí)空變異特征及其輸出通量 [J] . 姚冠榮 ,高全洲 ,王振剛 . 地球化學(xué) . 2008,第003期
2. 珠江流域西江、北江河流溶解無(wú)機(jī)碳及其穩(wěn)定同位素組成特征 [J] . 焦樹(shù)林 ,高全洲 ,劉昆 . 中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） . 2009,第002期
3. 基于MISOHRM模型的非一致性洪水頻率計(jì)算方法及應(yīng)用II: 西江中游水文要素時(shí)空變異規(guī)律 [J] . 李析男1 ,謝平1 ,許斌1 . 水資源研究 . 2012,第005期
4. 龍灘水庫(kù)溶解無(wú)機(jī)碳來(lái)源及變化特征 [J] . 趙宗權(quán) ,張潔 ,焦樹(shù)林 . 山地學(xué)報(bào) . 2020,第001期
5. 煤層氣井產(chǎn)出水溶解無(wú)機(jī)碳特征及其地質(zhì)意義 [J] . 楊兆彪 ,秦勇 ,秦宗浩 . 石油勘探與開(kāi)發(fā) . 2020,第005期
6. 基于MISOHRM模型的非一致性洪水頻率計(jì)算方法及應(yīng)用(Ⅱ):西江中游水文要素時(shí)空變異規(guī)律 [C] . Xinan Li ,李析男 ,Ping Xie . 第十屆中國(guó)水論壇 . 2012
7. 西江源區(qū)梯級(jí)水庫(kù)溶解無(wú)機(jī)碳穩(wěn)定同位素特征 [A] . 趙宗權(quán) . 2020

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