珠江流域河流碳输出通量及变化特征

研究河流碳运移对于研究全球碳循环以及探讨河流对全球气候变化的响应机制具有重要意义.2012年4月和7月选取珠江主流及支流11个代表性断面,分析悬浮颗粒物和碳组分的空间分布和季节变化,同时选取博罗、石角和高要这3个主控断面,对珠江流域的碳通量和侵蚀模数进行了估算.结果表明,珠江流域悬浮颗粒物(TSS)、颗粒有机碳(POC)以及溶解有机碳(DOC)随雨季的到来而质量浓度升高,西江上游TSS和POC的质量浓度增加显著;珠江流域河流碳的4种组分中,溶解无机碳(DIC)的所占质量分数最高,且西江、北江的DIC质量浓度明显高于东江;西江、北江和东江河流中外源POC分别占78%、72%和26%,三大支流的POC均受上游C3植物的影响;珠江流域的TSS、总碳(TC)、POC、颗粒无机碳(PIC)、DOC、DIC、以及颗粒碳(TPC)、总有机碳(TOC)的入海通量分别为134×1012、12.69×1012、2.50×1012、1.01×1012、1.13×1012、8.05×1012、3.51×1012和3.65×1012g·a-1,对应的侵蚀模数分别为:309×106、28.98×106、5.75×106、2.27×106、2.56×106、18.4×106、8.02×106和8.31×106g·(km2.a)-1.与全球主要河流碳侵蚀模数相比,珠江流域河流DOC、POC和TOC的侵蚀模数均高于全球平均值.     

龙川江楚雄站碳侵蚀通量的动态分析

选取龙川江楚雄水文站进行了为期3年的采样,分析了水体中各形式碳的含量,并估算各碳的输送通量.结果表明:楚雄站3年的碳通量(FTC)分别为27.12×106g·km-2·a-1、24.87×106g·km-2·a-1和10.34×106g·km-2·a-1,分析流域在对碳输送过程中,以输送无机碳为主,分别占输送总量的89.7%、90.3%及91.9%;而汛期碳输送量分别占全年总量的90.9%、84.9%和83.8%,表现出流域汛期对碳的搬运量远远高于非汛期;溶解性有机碳通量(FDOC)与颗粒有机碳通量(FPO C)平均比为0.82,不同季节表现情况不一,非汛期溶解性有机碳(DOC)与颗粒有机碳(POC)含量相当,汛期机械侵蚀作用增强,导致FPO C远远大于FDOC,反映汛期对流域侵蚀作用以机械剥蚀为主,化学侵蚀为辅.研究期内恰遇2008年一场洪水,11月碳的侵蚀通量为8.53×106g·km-2·a-1,其中溶解性无机碳(DIC)、溶解性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)的输送量分别为7.37×106、0.36×106、0.80×106g·km-2·a-1,分别占2008年全年相应形式碳总量的33.3%、34.4%和59.9%,为当年非汛期碳侵蚀总量的2.3倍,反映洪水期的碳输出量对流域碳输出总量及构成存在不可忽略的贡献.     

青藏高原楚玛尔河碳素赋存形态初探

为了解青藏高原楚玛尔河碳素赋存形态,于2013年4月至2014年3月采集水样,分析溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和颗粒态有机碳(particulate organic carbon,POC)的浓度、碳稳定同位素特征值和碳氮比值、以及总溶解性碳水化合物浓度和DOC的光谱参数。结果表明,2013年4月、7月、11月和2014年2月,DOC/POC比值1,其它月份水体有机碳均以DOC为主。δ~(13)C_(DOC)的2个峰值出现在夏季和冬季,表明DOC可能来源于土壤、冰川融水和地下水。此外,DOC碳氮比值较低,表明植物凋落物可能也是DOC的重要来源。碳稳定同位素特征值随着有机碳粒径的增大而增大,表明POC是DOC的重要来源。总溶解性碳水化合物在DOC所占比例没有明显季节变化规律,可能是低温下较弱的生物以及光降解引起。此外,冬季水体较低的紫外吸光度SUVA254(specific UV absorbance)值暗示DOC生物可利用性较其它季节要高。     

夏季强降雨期间千岛湖有机碳的时空分布特征及影响因素

近年来,极端降雨事件在全球发生的强度和频率不断增加,这可能对大型深水水库水体有机碳的时空分布产生深远影响. 为探究强降雨事件对千岛湖有机碳的时空分布特征及影响机制,于2020年5—8月逐月采集了典型大型深水水库——千岛湖100个调查点位水样,分析了千岛湖夏季水体总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)浓度的时空分布特征和影响因素,重点探讨了强降水过程对有机碳浓度、通量和储量的影响. 结果表明:①2020年5—8月千岛湖TOC、DOC和POC浓度平均值分别为2.06、1.73 和0.33 mg/L,随着强降雨开始,5—7月TOC、DOC浓度呈逐渐上升趋势,而雨量急剧下降的8月(几乎无雨),浓度也随之显著下降;水平分布上,5—7月有机碳浓度高值在全库的分布范围逐渐扩大,整体具有河流区到湖泊区逐渐降低趋势. ②新安江入库碳通量(F_TOC、F_DOC、F_POC)约占全库25条主要河流总入库碳通量的69%,降雨期间5—7月总入库F_TOC分别是8月的11、36和41倍;5—8月有机碳储量(R_TOC、R_DOC、R_POC)平均值分别为44 611、38 452和6 159 t,6月、7月的总入库碳通量均占当月全库水体碳储量的1/5,所占比例分别8月的35和28倍. ③DOC和POC浓度与叶绿素a(Chla)、悬浮颗粒物(SS)、有机悬浮颗粒物(OSS)、无机悬浮颗粒物(ISS)、COD_Mn和TP浓度均呈极显著(P<0.01)正相关,与透明度(SD)呈极显著(P<0.01)负相关. 研究显示:千岛湖有机碳主要受浮游植物内源生产过程以及外源输入过程共同决定,而这两个过程受水文气象因素的综合影响,强降雨过程是千岛湖有机碳时空变化的关键驱动力;强降雨也是有机碳通量升高的关键控制因子,并且高入库碳通量会对全库水体碳储量产生强烈冲击.      

不同时期东洞庭湖水域碳素赋存特征及其影响因素

2022年4月平水期及2022年7月丰水期对洞庭湖区域进行调查采样,同步检测各环境因子;基于水体酸碱平衡、亨利定律及室内实验,计算水体各碳素赋存含量,并分析各影响因素.结果表明:不同时期东洞庭湖水域各碳素赋存含量均呈现出溶解性无机碳(DIC)>溶解态有机碳(DOC)>颗粒态有机碳(POC)>颗粒态无机碳(PIC)的特征.水位变动、水体理化因子、湘江来流和温室气体分压对东洞庭湖水域碳素赋存含量有较大影响;不同时期水温(Temp)、pH值、溶解氧(DO)与叶绿素a(Chl-a)含量对碳素赋存含量影响差异性显著.     

雨水中碳丰度季节性特征及对酸雨形成的贡献

针对广州市连续1 a内降雨展开碳丰度的研究,通过对雨水中总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒物有机碳(POC)和颗粒物元素碳(PEC)的测定,进一步探讨雨水中碳丰度的季节性特征及其对酸雨形成的贡献作用.结果表明,TOC年均含量7.10 mg/L,DOC年均含量3.58 mg/L,POC年均含量3.60 mg/L,PEC年均含量O.72 mg/L,证明广州市污染物排放对降雨影响较严重.雨水中碳丰度具有一定季节性特征,TOC和DOC含量春季最高,夏季较低,表明广州市春季的总污染物排放量相对大于其它季节;POC对TOC的贡献率夏季要明显高于其它季节,说明固体颗粒物的排放量在夏季达到最高;干季POC相对含量要明显高于湿季,表明由机动车尾气排放导致的有机污染物排放量在秋冬季节要明显高于其它季节.TOC、DOC含量与pH值具有一定负相关性.这些特征从碳丰度角度证明机动车尾气等有机污染物排放对酸雨形成有一定的贡献作用.     

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.      

长江大通站颗粒态黑碳和有机碳的季节变化及输出通量

近年来,随着碳循环过程认识的深入,陆源有机碳的水平迁移在河流和海洋两大生态系统中处于核心地位,厘清其输运通量具有重要意义。本研究于2018年1～12月在长江下游大通站进行月时间分辨率的水体采样,分析水体悬浮颗粒物中有机碳及黑碳浓度,研究其季节变化特征,估算截面通量。结果表明,长江大通站水体中总悬浮颗粒物(Total Suspended Solids, TSS)浓度范围为11.77～141.54 mg/L,平均值为44.07±32.80 mg/L;颗粒态有机碳(Particulate Organic Carbon, POC)浓度范围为0.37～1.52 mg/L,平均值为0.57±0.33 mg/L;颗粒态黑碳(Particulate Black Carbon, PBC)浓度范围为0.04～0.46 mg/L,平均值为0.10±0.11 mg/L。三个参数的季节变化一致,表现为夏季浓度最高,冬季最低,春、秋两季相当。PBC和POC与TSS呈显著的正相关关系,表明了长江流域降雨冲刷和径流携带颗粒物输入是影响大通站水体中PBC和POC浓度变化的主要因素。2018年流经长江大通站PBC和POC...     

太湖西北湖区表层水体颗粒态有机碳含量的季节变化及其来源解析

以太湖重度蓝藻水华发生的西北湖区为研究对象,从河口到湖心区设置5个采样点,于2012年9月—2013年8月逐月采集表层水体样品,测定了水温、蓝藻生物量和总细菌丰度,并分析了颗粒态有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)含量及颗粒态有机物(POM)的碳稳定同位素特征值(δ~(13)C_(POM))和碳氮比(C/N).结果表明,与DOC相比,太湖西北湖区表层水体POC含量变化范围较大,为(0.49±0.03)~(30.86±2.00)mg·L~(-1),冬季POC含量较低,春季和夏季POC含量达到最大值.降雨冲刷作用产生的悬浮物随着地表径流进入水体可能是引起汛期POC/DOC升高的重要原因.鉴于太湖水体风场影响下表层湖流作用会引起蓝藻在西北湖区堆积,5个采样点的蓝藻生物量没有显著差异.POC含量的差异仅存在于靠近陈东港的河口区S5与湖心S4之间(p0.05,n=10).蓝藻生物量与POC含量(r=0.634,n=48,p0.01)、δ~(13)C_(POM)(r=0.500,n=48,p0.01)均显著正相关,表明蓝藻是太湖西北湖区表层水体POC的来源之一.西北湖区秋、冬季δ~(13)C_(POM)显著低于春、夏季(p0.001,n=57),均值(-25.9‰±6.37‰)介于太湖δ~(13)C微囊藻(-20.9‰)和外源来源端元的碳稳定同位素特征值(-27‰)之间,表明内源和外源来源都是太湖西北湖区表层水体POC的来源,夏季表层水体POC的主要来源是内源,冬季河口区S5的主要来源是外源.POM碳氮比有显著季节变化规律,秋、冬季较春、夏季高(p0.001,n=55),平均值(9.36±2.80)较低,可能是内源来源POC及外源POC被细菌生物降解的结果.     

贵州百花湖分层期水体有机碳及其稳定碳同位素组成分布特征与控制因素

研究湖水溶解有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)和颗粒有机碳(Particle organic carbon,POC)的空间变化特征有助于揭示湖泊有机碳的来源、迁移转化过程与控制因素。本文通过对贵州百花湖分层期水体DOC和POC浓度及其碳稳定同位素组成的对比研究,揭示了百花湖分层期水体有机碳浓度及稳定碳同位素的空间分布特征。研究结果表明,百花湖夏季分层期水体DOC和POC的浓度范围分别为1.97~3.26mg/L(平均值2.58mg/L)和0.60~2.43mg/L(平均值1.14mg/L),且呈现出"上层高、下层低"的特征。水体DOC和POC浓度主要受藻类活动控制。水体δ13 CDOC值随深度增加呈偏正趋势,这可能是由深层水体溶解有机质发生矿化作用和分解作用所致。水体δ13 CPOC值随水体深度增加呈偏负趋势,上下层水体藻类生产力差异和沉积物再悬浮作用可能是导致该现象的主要原因。受光降解作用影响,百花湖水体δ13 CDOC较δ13 CPOC偏正。     

天津地表水中有机碳来源的同位素示踪研究

地表水中的有机碳是陆地水生生态系统的核心组分之一,可以反映流域生态环境概况,也是全球生物地球化学循环研究的重要组成部分.本研究通过系统采集天津地区地表水体的水样和水体颗粒物样品,完成了稳定碳同位素及相关组分测定,对天津地表水中的颗粒有机碳和溶解有机碳的来源进行了探讨.研究结果显示,天津地表水体颗粒有机碳的δ13值主要分...     

北江流域有机碳侵蚀通量的初步研究

选取北江的河口站断面,对径流进行了5个季节的采样分析.结果表明,北江径流中颗粒有机碳含量随总悬浮物含量的变化而同步变化;溶解有机碳含量与总悬浮物含量之间有时表现微弱的正相关,有时表现微弱的负相关.随着水体总悬浮物含量的增加,总悬浮物中有机碳的质量分数呈对数趋势降低.洪峰时期径流对有机碳的搬运是全年总搬运量的主要部分,这种现象对于溶解有机碳更为显著.初步估算,北江流域的有机碳侵蚀通量为10.01×10⁶g·km^-2·a^-1,其中以颗粒有机碳为主,达到6.54×10⁶g·km^-2·a^-1,溶解有机碳的侵蚀通量为3.47×10⁶g·km^-2·a^-1.北江流域有机碳侵蚀通量的总量和组成特点与多数季风流域具有更大的一致性.     

2008年南黄海西部浒苔暴发区有机碳的分布特征及浮游植物的固碳强度

根据2008-08-09～2008-08-13在南黄海西部绿潮(浒苔)暴发区取得的溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)和颗粒氮(PN)的分析数据,结合同步获得的水文环境要素资料,研究了该区域有机碳的分布特征、来源、影响因素以及浮游植物的固碳强度.结果表明,DOC的浓度范围为1.55～3.22mg/L,平均值为2.44mg/L;POC的浓度范围为0.11～0.68mg/L,平均值为0.27mg/L.DOC与POC的分布特征基本一致,呈现近岸高,外海低;表层高,底层低的趋势.POC与TSS的相关分析表明,POC与TSS整体上呈显著正相关,表明TSS的浓度和来源是控制POC浓度高低的重要因素.通过建立POC与PN的一元线性回归模型,估算了样品中PIN的含量.扣除样品中PIN的影响后,沿岸大部分海域POC/PON的平均值8,结合POC/Chl-a比值,表明沿岸海域POC主要是海洋有机质来源,并且存在降解有机物,这可能是调查期间处于绿潮暴发后期,部分浒苔开始腐烂被降解所致.应用初级生产力估算的浮游植物固碳强度的结果表明,南黄海西部绿潮(浒苔)暴发区浮游植物的固碳强度变化范围为167～2017mg/(m2·d),平均为730mg/(m2·d),该区域日固碳量达到2.95×104t.换算至整个黄海,日固碳量为28.03×104t.     

2015年秋季长江口有机碳的分布特征及其影响因素

依据2015年11月对长江口及其邻近海域的综合调查,分析了秋季长江口颗粒有机碳（POC）和溶解有机碳（DOC）的分布特征及其与环境因子的关系。结果表明:2015年秋季长江口POC的质量浓度为0.65~8.25 mg/L,均值为1.34 mg/L,整体呈现近岸高、远岸低,表层低、底层高的分布趋势;DOC的质量浓度为0.77~2.69 mg/L,均值为1.49 mg/L,整体表现为近岸高、远岸低,表层高、底层低的变化特征。有机碳与总悬浮颗粒物（TSM）的线性回归关系表明,陆源输入对POC含量分布贡献很大;有机碳和盐度（S）的极显著相关性说明,S对有机碳的影响主要体现在海水对有机碳的稀释作用及促进POC向DOC转化两个方面;DOC与COD的显著相关性,揭示了DOC的来源与长江径流和河口沿岸工农业排污输入密切相关。     

黄河不同粒径悬浮物中POC含量及输运特征研究

悬浮物(TSS)粒径与颗粒有机碳(POC)含量关系的研究,是河流POC形态变化及输送过程和输运通量研究的基础.本研究在沉降分级法基础上,结合激光粒度仪粒度测定和多元线性回归分析的数据处理方法,对2005-06-29黄河利津站、2005-09-27黄河口低盐度区以及2006年11月兰州、潼关、花园口各站TSS样品分析发现：黄河TSS中POC与其对应的中值粒径存在良好的负指数关系,POC的极限值为0.56%,普遍低于世界其它河流;黄河不同区段站位TSS性质不同使各样品相同粒级间POC存在明显的差异,黄河口站>花园口站>兰州站>潼关站>利津站,如<8 μm粒级TSS中POC依次是0.661%、 0.627%、 0.550%、 0.505%、 0.493%;黄河各粒级TSS所承载的POC量占样品POC总量的比例在不同区段各样品间极其相近,POC随TSS粒径增大显著递减, 80%以上的POC集中在<16 μm的TSS中,而粒径<32 μm的TSS承载了95%以上的POC.可见虽然黄河自西向东横跨5　000　km之多,落差达4　000　m以上,但POC的输运规律具有一致性,TSS粒径是控制POC输运特性的主要因素.     

Relationship between nutrients and plankton biomass in the turbidity maximum zone of the Pearl River Estuary

Nutrients, dissolved and particulate organic carbon and plankton (bacterio-, phyto- and zoo-) were compared in the turbidity maximum zone (TMZ) and adjacent areas (non-TMZ) in the Pearl River estuary. Our results showed that high levels of suspended substances had marked effect on dynamics of nutrients and plankton in the TMZ. Based on the cluster analysis of total suspended solids (TSS) concentrations, all stations were divided into two groups, TMZ with average TSS of 171 mg/L and non-TMZ of 45 mg/L. Suspended substances adsorbed PO₄^3 − and dissolved organic carbon, resulting in higher particulate phosphorus and organic carbon (POC) and lower PO₄^3 − and DOC in the TMZ, compared to the non-TMZ. However, suspended substances had limited effect on nitrogenous nutrients. Phytoplankton growth was light-limited due to high concentrations of suspended substances in the TMZ and a peak of phytoplankton abundance appeared in the non-TMZ. In contrast, the highest bacterial abundance occurred in the TMZ, which was likely partly responsible for low DOC levels. Two peaks of zooplankton abundance observed in the TMZ and non-TMZ in the Pearl River estuary were primarily supported by bacteria and phytoplankton, respectively. Our finding implied that high levels of suspended solids in the TMZ affect the trophic balance.