【摘 要】
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河流有机碳输运是全球碳循环和水生态系统中至关重要的组成部分,也是陆地和海洋生态系统碳循环过程的枢纽,其中溶解性有机碳(DOC)是碳循环过程中极为敏感和重要的环境指标,因此成为现今全球双碳背景下研究的热点问题。地处高海拔和高寒区的黄河上游生态系统较为脆弱且极具环境特异性与敏感性,在全球气候变化的背景下,其河流生态系统发生了很大的变化,并进一步影响了流域碳循环的输移转化。目前对于黄河流域碳循环的研究多
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:“黄河上游高寒区梯级开发对溶解性有机碳输移转化过程的影响及其累积效应研究”基金(编号:5197091442);
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河流有机碳输运是全球碳循环和水生态系统中至关重要的组成部分,也是陆地和海洋生态系统碳循环过程的枢纽,其中溶解性有机碳(DOC)是碳循环过程中极为敏感和重要的环境指标,因此成为现今全球双碳背景下研究的热点问题。地处高海拔和高寒区的黄河上游生态系统较为脆弱且极具环境特异性与敏感性,在全球气候变化的背景下,其河流生态系统发生了很大的变化,并进一步影响了流域碳循环的输移转化。目前对于黄河流域碳循环的研究多集中在梯级水库开发段(龙羊峡-刘家峡),而对上游源区河流段的研究较少。因此,研究黄河上游源区河段溶解性有机碳的输运对认识区域乃至全球碳循环有着重要意义。本研究选取中国黄河上游源区从鄂陵湖口至龙羊峡库尾(唐乃亥水文站)河段为研究区域,分别针对枯水期、丰水期两期水文特征,对鄂陵湖-龙羊峡库尾河段表层水体进行取样,同时监测河段现场环境数据。采用多元统计学分析方法,探究了研究区DOC和其他水环境要素的分布特征;采用紫外-可见光吸收光谱法和三维荧光光谱-平行因子模型分析法,解析了研究区水体中DOC组分及来源;运用生源物质箱式模型结合实测数据,定量估算了典型年河流DOC输移通量,揭示了流域DOC的输运特征。本研究的主要内容和结论如下:(1)探究了河流水环境要素的时空分布特征。黄河上游源区鄂龙段DOC浓度均值在枯水期为2.60±1.47 mg/L,在丰水期为5.59±1.28 mg/L,时间分布上表现为丰水期大于枯水期,降雨径流量增加和上游源区冰川与冻土消融是丰水期河流DOC含量高于枯水期的重要因素。空间分布上自鄂陵湖至唐乃亥整体呈现降低趋势,这主要是由于上游河段更多的受到冰川和高原冻土中储存的DOC消融释放以及草地、湿地中有机质的释放的大量DOC渗透输移至河网的影响。为了进一步揭示DOC与河流其他水环境指标之间的响应关系,本文对河流水化学、理化指标进行了分析。结果表明,研究区水化学性质以碱土金属和弱酸为主,水化学类型为重碳酸盐-钙组水。黄河上游从鄂陵湖至唐乃亥,枯水、丰水两期水体中DO、T、ORP含量总体呈上升趋势,EC含量总体呈降低趋势,pH值在枯水期总体呈现为升高趋势,在丰水期呈现为降低趋势,两期水体中TN含量总体呈上升趋势,TP浓度变化呈现自鄂陵湖至黄河沿呈下降趋势,随后自黄河沿至唐乃亥呈波动上升趋势。(2)明确了河流DOC的组分特征,解析了河流DOC的来源分布。CDOM吸收系数α(355)在时间分布上表现为丰水期>枯水期,河流CDOM在枯水期主要以内源为主,在丰水期由于降雨冲刷和径流量的上升,导致河流水体CDOM以外源为主。枯水期FDOM主要由3种荧光组分构成,其中组分C1、C2为类腐殖质,组分C3为类蛋白。丰水期FDOM主要由4种荧光组分构成,4种组分均为类腐殖质,丰水期水体类腐殖质含量、类蛋白含量和总荧光强度均高于枯水期。两期水体FDOM主要以外源输入为主且存在少量自生源特征,枯水期新近自生源特征较丰水期明显,有机质腐殖化程度较丰水期弱。(3)估算了典型年河流DOC的输移通量,揭示了流域DOC的输运特征。在丰、平、枯三个典型年里,黄河上游鄂龙段DOC总输移通量分别为75.91、48.40、36.24(×10~3t)。三个典型年内,丰水期黄河上游鄂龙段DOC输移通量约占全年总输移通量的75%以上,主要是丰水期充足的径流量和上游冰川冻土和草地湿地释放大量DOC的原因。空间分布上,DOC输移通量特征具有一致规律,总体表现为自上游鄂陵湖至下游唐乃亥呈上升趋势。黄河上游源区鄂龙段总体表现为该区域河流体系DOC的“源”,研究区流经冻土、冰川、草地和湿地成为河流体系DOC输移通量增加的重要原因。
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