青藏高原腹地不同植被下河流溶解性有机碳特征

青藏高原河流众多,为了解这一区域河流溶解性有机碳(DOC)的特征,选择三江源地区不同植被类型下的河流进行研究,在2016年夏季进行采样,并将DOC浓度与流域内的植被分布情况进行统计分析。结果表明,河流DOC浓度范围为5.948~1.511 mg/L,平均值为3.938 mg/L,不同植被类型下的河流DOC浓度大小依次为沼泽草甸草甸草原草原-荒漠。河流DOC浓度与沼泽草甸覆盖所占流域面积比例呈极显著正相关(R2=0.725,P0.000 1),相反,分别与流域内的草原和荒漠+裸地的覆盖比例呈极显著负相关;河流DOC的浓度分别与流域面积和流量也呈极显著负相关。此外,河流水体的p H值与DOC浓度负相关,植被退化严重的草原和荒漠地区河流总悬浮物固体浓度较高。因此,流域内的植被类型是河流DOC浓度大小的主要决定因素,且流域面积和流量大小对其也有一定的影响。     

南苕溪流域水体溶解性有机碳、氮时空变化及驱动机制

以太湖流域上游重要支流南苕溪流域河流水体为研究对象,于2019年7月—2021年5月持续监测河流溶解性有机碳(DOC)和有机氮(DON)浓度,探讨DOC和DON浓度的时空变化特征并揭示相关驱动机制.结果表明：研究期间该流域内水体DOC和DON浓度均值分别为(2.57±0.09)和(0.40±0.01) mg·L^-1,DOC/DON均值为9.43±0.46.流域内水体DOC和DON浓度均在夏季最高,DOC/DON值在春季和秋季显著高于夏季和冬季;DOC浓度与叶绿素a(Chl-a)和氮素浓度均呈正相关,DON浓度与颗粒态氮(PN)浓度呈正相关;夏季雨热条件和高氮污染物浓度促使浮游植物具有较高的初级生产力,进而释放更多的DOC和DON,这可能是夏季DOC和DON浓度最高的主要原因.研究期内农业和居民区水体DOC浓度和DOC/DON值均显著高于森林区水体,农业区水体DON浓度显著高于森林和居民区水体;森林区水体DOC以内源途径产生为主且有较高的生物可利用性,而农业和居民区水体中外源DOC所占比例增大,水体DON有更高的生物可利用性;上述空间差异主要受人为活动的影响,农业生...     

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.      

高寒山区典型小流域河流溶解性有机碳输出的年内变化及其成因

高寒山区河流溶解性有机碳(DOC)的输出可能有别于北极、亚北极地区,但却少有人研究。选取青藏高原黑河上游的典型高寒小流域——葫芦沟流域为研究对象,通过流域出口处河水DOC浓度的连续观测,分析了河水DOC输出的季节性变化规律,并探讨了流域水文过程对河水DOC输出的影响。结果表明:河水的DOC通量与河道径流量的变化趋势一致,从冬季至春季逐渐降低,夏季急剧增高,秋季又逐渐降低;河水DOC浓度的变化则恰好相反,冬季时最高,春季时略有下降,夏季时急剧降至最低值,秋季再次增高;河水DOC的输出主要集中在夏、秋两季,7~11月份的输出量占河水DOC年输出总量的80%。各水源和流动路径对河水贡献比例的变化是导致上述季节性差异的深层机制:在夏季,低DOC浓度的冰川融水和山区产流对径流有更高的贡献,故河水具有较低的DOC含量,但因其流量远高于其他季节,故DOC通量为全年最高;秋季至初冬,高DOC浓度的寒甸带冻土层上水对径流贡献比例逐渐增大,导致河水的DOC浓度增高;冬季时,河水全部源于秋季时储存在平原区含水层中的高DOC浓度的地下水,故河水的DOC浓度最高;春季中后期,除秋季时储存起来的地下水外,具有较高DOC浓度和极低溶解性无机碳(DIC)浓度的寒甸带融雪水对河水也有一定贡献,故河水DOC浓度变化不大,但其DIC浓度明显降低。     

黄土丘陵区不同坡向对土壤微生物生物量和可溶性有机碳的影响

选取黄土高原丘陵沟壑区延河流域两个典型植被区(森林植被区、草原植被区)下相同植被不同坡向(阳坡、阴坡)的土样进行分析,研究了不同坡向土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)、微生物生物量磷(SMBP)和可溶性有机碳(DOC)的含量及其相互关系.结果表明,森林植被区阳坡、阴坡0～10 cm土层SMBC分别为532.1～792.5 mg·kg-1、333.6～469.8 mg·kg-1,SMBN分别为53.66～87.31 mg·kg-1、47.58～61.38 mg·kg-1,两者均表现为阳坡高于阴坡,草原植被区SMBC分别为68.90～75.34 mg·kg-1、65.29～128.67 mg·kg-1,SMBN分别为13.94～18.61 mg·kg-1、13.00～20.10mg·kg-1,两者均表现为阴坡高于阳坡;两个植被区SMBP与SMBC、SMBN变化不一致;SMBC占SMBC与DOC之和(SMBC+DOC)的比例在森林植被区阳坡最高,达77.74%,在草原植被区按阴坡到阳坡、0～10 cm土层到10～30 cm土层的顺序依次递减.相同植被区不同坡向土壤水分、温度的差异对土壤微生物生物量产生重要影响,进而使SMBC占SMBC+DOC的比例不同,SMBC+DOC比SMBC更能反映土壤碳素有效性,森林植被区阴坡阳坡0～10 cm土层土壤微生物群落结构可能已发生明显改变.     

漓江地表水体有机碳来源

科学辨识河流有机碳来源是碳循环研究的关键.本文选取典型岩溶流域漓江流域为研究对象,通过同位素示踪法、相关分析法、端元混合模型,利用碳稳定同位素、C/N对其2016年7~9月有机碳来源进行研究.结果表明:(1)DIC浓度空间分布特征为:岩溶区岩溶区与非岩溶区的混合区非岩溶区;干流区DIC浓度从上游到下游递增,主要受控于流域碳酸盐岩的空间分布比例.(2)DOC是构成漓江水体TOC的主体,TOC来源以内源有机碳为主,内源碳浓度空间分布特征为:岩溶区混合区非岩溶区,可能与岩溶区水生植物丰茂、碳酸酐酶活性较强有关,TOC中内源碳的浓度介于1.02~5.14 mg·L~(-1),平均为2.54 mg·L~(-1);TOC中内源碳的比例空间分布差异不大,平均为73.07%.(3)POC浓度、POC中内源碳的浓度及POC中内源碳的比例空间分布差异不大,POC来源以外源碳为主,POC中内源有机碳浓度介于0.01~0.16 mg·L~(-1),平均为0.05mg·L~(-1),水生生物量对漓江流域POC贡献平均为17.31%.(4)DOC浓度及内源DOC浓度空间分布均为:岩溶区混合区非岩溶区,DOC主要来源于水生生物的初级生产力,DOC中内源碳的浓度介于0.97~5.10 mg·L~(-1),平均为2.48 mg·L~(-1);DOC中内源碳的比例空间分布差异不大,平均为79.51%.研究水生光合生物对流域有机碳的影响,可以为岩溶碳汇稳定性科学问题的解答提供基础.     

典型岩溶地区岩溶泉溶解性碳浓度变化及其通量估算

溶解性无机碳(DIC)和溶解性有机碳(DOC)是岩溶作用、碳汇与碳循环研究的重要指标.为增进对小流域岩溶泉DIC和DOC运移特征的认识,提升离散、有限的水质监测数据条件下碳通量的估算精度,研究了贵州普定陈旗岩溶泉DIC和DOC浓度的变化特征,采用LOADEST模型建立了估算DIC和DOC日通量的回归方程,并估算了陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度.结果表明,陈旗岩溶泉DIC和DOC的浓度分别为16. 47～42. 31 mg·L~(-1)和0. 87～6. 89 mg·L~(-1),它们分别随瞬时径流量的增加呈指数减小和增加.从LOADEST模型构建的回归方程可知,DIC日通量主要受径流量的影响,DOC日通量受径流量和时间的影响;陈旗岩溶泉DIC和DOC的估算通量分别为9 490. 01 kg·a~(-1)和1 704. 87 kg·a~(-1),陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度为3. 40 g·(m~2·a)~(-1). LOADEST模型是低频率水质监测条件下估算岩溶泉DIC和DOC通量的有效工具.     

活性炭滤池中微生物特征及其对溶解性有机碳的去除作用

采用异养菌总数计数（HPC）法检测了北京地区J水厂活性炭滤池中微生物量,并分析了活性炭滤池进出水中有机物的组成、活性炭的吸附作用及微生物作用对溶解性有机碳(DOC)去除的贡献率.结果表明,不同炭龄、不同运行周期活性炭滤池中的微生物量有显著的差异.由于溶解性可生物降解有机碳（BDOC）占溶解性有机碳（DOC）的比例较小,且受微生物数量、活性等因素的影响,微生物对DOC的去除效果极为有限,在1.5年和5年炭龄活性炭滤池中对DOC的去除率仅占总去除率的18.8%和26.4%.此外,微生物对较为敏感的嗅味物质2-MIB和geosmin去除作用也不显著,去除率在15%以下（初始浓度为100ng·L-1）;在使用5年活性炭滤池中,微生物对2-MIB和geosmin去除率为12%和14%,分别占总去除率的32%和29%.因此,北京地区地表水净水厂活性炭滤池中微生物对有机物控制的贡献率较低,对DOC的去除主要以活性炭的吸附为主.     

白龙江溶解有机碳的空间分布、来源及其控制因素探究

流域碳循环是全球碳循环的重要组成部分,也是研究的热点,但是目前对于高原流域碳循环的认识仍然不足。白龙江流域位于青藏高原东缘,是研究高原流域碳循环的理想地区之一。为了研究白龙江流域河流水体中溶解有机碳(DOC)的空间分布特征、来源及其影响因素,我们对白龙江流域河流水体进行了系统的空间序列采样并对河流水体水温、p H、电导率(EC)、DOC浓度、DOC的稳定碳同位素组成(δ~(13)C_(DOC))及紫外-可见光吸收光谱特征等进行测试分析。分析结果显示,白龙江流域DOC浓度为0.4～4.1 mg/L,平均值为1.4 mg/L,δ~(13)C_(DOC)变化范围为-27.2‰～-26.2‰。研究结果表明白龙江源区高海拔区域DOC含量在全流域内最高,自源区至下游,DOC含量逐渐降低,干流中、下游DOC浓度值基本相同,南部DOC含量由上游支流至下游支流逐渐减少。白龙江流域DOC含量与土壤有机碳含量和α(254)之间明显的正相关性,以及δ~(13)C_(DOC)的分布范围等,均表明DOC主要来源于以C3植物为主的陆源有机质,其空间分布受到海拔(温度)和土地利用控制。     

长江感潮河段有机碳的潮汐和季节变化规律

以长江感潮河段─南通段为研究对象,于2019年逐月采集涨潮和落潮期间分层水体样品. 测定了颗粒有机碳（particulate organic carbon, POC）和溶解有机碳（dissolved organic carbon, DOC）浓度,并同步进行了不同营养盐添加的室内模拟实验,测定了生物可降解溶解有机碳（biodegradable DOC, BDOC）的浓度. 研究结果表明,底层POC浓度最高,中层POC浓度最低. POC浓度与潮高呈显著负相关,与水温没有显著相关性. 表层、中层和底层DOC浓度没有显著差异,DOC浓度均值为（7.55 ± 1.50） mg·L^-1. 涨潮和落潮DOC浓度没有显著差异,DOC浓度与水温呈显著正相关. BDOC在DOC中的占比为40.88% ± 13.91%,不同营养盐添加处理的BDOC在DOC中的占比没有显著差异. BDOC浓度和潮高呈显著正相关. 这些研究结果表明,与POC 不同, DOC和BDOC具有显著季节变化规律. 长江下游潮汐作用对有机碳的分布具有重要影响,涨潮对POC产生稀释作用,但促进了DOC生物可降解性的升高.     

Dissolved Organic Carbon in Upland Forested Watersheds Underlain by Continuous Permafrost in Central Siberia

Hydroclimatic variability and plant species ecology cause mosaics in forested watersheds in permafrost zones. Measurements of organic matter accumulation, stock of dissolved organic carbon (DOC), DOC concentrations in litter leachates, subsurface flow, stream and seasonal and annual export were made in two contrasting slopes and valleys in the northern taiga of Central Siberia. Increased organic carbon accumulation in litter was found in poor hydroclimatic conditions of the north-facing slope and bottom valleys. In contrast, DOC contents and its export to soil were almost two-fold higher in warmer well-drained sites of the south-facing slope. The overall DOC flux to mineral soil from the beginning of June to mid-September was 17 g C m⁻² in the south-facing slope sites and only 9 g C m⁻² in the north-facing slope sites. DOC export was positively correlated with precipitation stimulating leaching of mobilizable organic matter. Accordingly intra-seasonal and inter-annual variability of the DOC fluxes was tightly coupled with water input. Meanwhile DOC export in Sphagnum and feathermoss sites showed different behavior in dry and wet years. The presence of permafrost preventing deep seepage of organic solutes results in higher stream DOC fluxes compared to permafrost-free or island permafrost regions. However, thawing of seasonally frozen soil layer during the growing season led to the decreasing concentrations of DOC in the stream from June to September. For two seasons of continuous stream water sampling (June and August–September), the riverine DOC flux constituted about 14% of DOC entering mineral soil on both slopes. The ratio of hydrologic DOC loss to NPP of larch forests of the region was estimated to be 1.1%.     

巢湖溶解性有机物时空分布规律及其影响因素

为研究巢湖溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)的时空分布规律及其影响因素,于2013年4月至2014年4月每月在巢湖3个不同湖区17个点位采集表层水样,测定了水体溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)浓度.结果表明,东部、中部和西部这3个湖区DON浓度具有显著差异(P0.01,n=13),这可能与西湖区入湖河流的外源输入以及DON的可利用性有关.水华期间,水体总氮总磷比、总溶解性氮磷比以及溶解性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)与溶解性活性磷(soluble reactive phosphorus,SRP)比值迅速降低,其中西湖区DIN/SRP在2013年8月降至5±7,表明水体出现氮限制.此外,DON浓度迅速降低,西部湖区叶绿素浓度与DON显著负相关(r=-0.265,P0.05,n=91),表明在氮限制条件下,DON具有一定生物可利用性.DOC浓度不存在显著空间差异,水温是控制这3个湖区DOC浓度变化的重要因素.东部和中部湖区DOC浓度还受叶绿素和硝态氮浓度的影响.此外,巢湖DOC/DON变幅较大,由于含氮化合物更易降解,因此DON是影响碳氮比值的主导因子,是表征DOM可利用性的重要组分.     

夏季高原河流CDOM光学特性、组成及来源研究

对高原河流有色溶解有机物(CDOM)光学特性、组成及来源进行研究,有利于更好的了解高原河流水体生态环境,为高原河流生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究提供数据参考.利用2017年夏季无定河和湟水流域河流的实测数据对CDOM的吸收特性、荧光特性、水质参数以及它们之间关系进行分析,进而对高原干旱地区河流CDOM光学特性及其组成与来源进行研究.研究结果表明:两流域河流中CDOM吸收系数随波长的增加呈衰减趋势,但吸收光谱曲线差别较大;两流域CDOM在440 nm处的吸收系数[a(440)]与溶解有机碳(DOC)具有显著相关性(p0.01),而与叶绿素a浓度(Chla)不存在相关性.无定河a(440)与Chla浓度的相关性说明其河流现场产生(生物活动)作用较小.通过对比分析S_(275-295)、SUVA_(254)发现,无定河分子量和芳香性程度均大于湟水,且湟水与无定河CDOM的分子量变化要高于其它河流的研究.根据CDOM三维荧光光谱分析发现,类腐殖质荧光峰是两流域河流CDOM荧光的主要贡献者;通过荧光指数FI、腐殖化指数HIX、生物源指数BIX的研究发现,湟水以陆源输入为主,腐殖化程度高,无定河以陆源输入为主的同时存在一定的自生成分,人为生产活动干扰是其陆源输入的主要影响因素.通过冗余分析发现,湟水DOC、Chla、pH对类腐殖质荧光峰及荧光强度影响较大(p0.01);无定河DOC、电导率(EC)、浊度(Tur)与类腐殖质荧光峰及荧光强度显著正相关(p0.01).     

Biodegradable dissolved organic carbon shapes bacterial community structures and co-occurrence patterns in large eutrophic Lake Taihu

Interactions between dissolved organic matter (DOM) and bacteria are central in the biogeochemical cycles of aquatic ecosystems; however, the relative importance of biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) compared with other environmental variables in structuring the bacterial communities needs further investigation. Here, we investigated bacterial communities, chromophoric DOM (CDOM) characteristics and physico-chemical parameters as well as examined BDOC via bioassay incubations in large eutrophic Lake Taihu, China, to explore the importance of BDOC for shaping bacterial community structures and co-occurrence patterns. We found that the proportion of BDOC (%BDOC) correlated significantly and positively with the DOC concentration and the index of the contribution of recent produced autochthonous CDOM (BIX). %BDOC, further correlated positively with the relative abundance of the tryptophan-like component and negatively with CDOM aromaticity, indicating that autochthonous production of protein-like CDOM was an important source of BDOC. The richness of the bacterial communities correlated negatively with %BDOC, indicating an enhanced number of species in the refractory DOC environments. %BDOC was identified as a significant stronger factor than DOC in shaping bacterial community composition and the co-occurrence network, suggesting that substrate biodegradability is more significant than DOC quantity determining the bacterial communities in a eutrophic lake. Environmental factors explained a larger proportion of the variation in the conditionally rare and abundant subcommunity than for the abundant and the rare bacterial subcommunities. Our findings emphasize the importance of considering bacteria with different abundance patterns and DOC biodegradability when studying the interactions between DOM and bacteria in eutrophic lakes.     

黄土高原高浑浊水体CDOM光学特性及影响因素

为确定黄土高原地区高浑浊水体有色溶解有机物(CDOM)组成来源及研究环境因素对其的影响,本文基于2018年5月陕蒙黄土高原地区河流与湖泊(咸水湖和淡水湖)的实测数据对CDOM光学吸收特性,各组分对水体吸收的贡献,光谱斜率S_275～295及水质参数与CDOM光学特征参数的相关性进行分析.结果表明,陕蒙黄土高原区河湖CDOM吸收光学特性差异显著(P<0.01),湖泊CDOM吸收系数a_CDOM(440)(8.45 m^-1)高于河流(2.70 m^-1),咸水湖CDOM浓度(13.52 m^-1)高于淡水湖(3.38 m^-1),淡水湖对光的有效利用率高于咸水湖和浑浊河流.河流与湖泊、咸淡水湖之间酸碱度(pH)和溶解有机碳(DOC)差异均呈显著水平(P<0.01);河湖水体电导率(EC)、浊度(Tur)和总悬浮物浓度(TSM)差异显著;排除极大值点,咸水湖与淡水湖叶绿素a(Chla)相接近.基于S_275～295分析发现,湖泊CDOM分子...     

河流湖泊碳循环研究进展

围绕河流湖泊的碳循环,明晰了不同水生生态系统中的颗粒有机碳（POC）、颗粒无机碳（PIC）、溶解有机碳（DOC）等各类碳组分的迁移转化过程,进而梳理了影响河流湖泊碳通量的关键因素,归纳了目前可用于水体碳组分测定的仪器和实验室技术.重点探讨了遥感技术在河湖碳循环组分反演和估算方面的应用,系统归纳了近年来利用遥感数据估算POC、DOC、有色溶解有机物（CDOM）以及叶绿素a（Chla）等河湖碳组分的相关研究进展,并进一步对目前国内外已经建立的内陆水域碳循环模型进行了全面的对比分析.研究发现,不同纬度与类型的河流湖泊碳通量和碳循环的影响因素不同,主要由当地水循环过程以及水-气交换过程决定.传统实验室测定是精确测量水体碳组分的技术手段,卫星遥感则可全方位监测河湖水体中CDOM、DOC、POC以及浮游植物等碳组分,实现大区域的水质和碳循环过程监测.河流湖泊碳循环模型可进一步分析碳组分的来源与特征,准确揭示生物地球化学循环过程,但现有模型的适用性和稳健性仍有待进一步提高.     

夏季闽江CDOM的空间分布与降解特征

利用三维荧光光谱-平行因子分析技术(EEMs-PARAFAC)以及微生物和光降解实验等方法,分析夏季闽江下游-河口区有色溶解有机质(CDOM)的组成、分布及其降解特征.结果表明,闽江下游-河口区CDOM存在三类荧光组分:类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸;类腐殖质是河段CDOM的主要荧光组分,在河口区随着盐度增加主要的荧光组分逐渐变为类蛋白质.CDOM的丰度变化呈现出明显的空间分布格局:河段CDOM的吸收系数a(280)较低,进入市区后有所增加,到了郊区呈现下降的趋势,而在河口区迅速下降;保守估计福州市区对闽江CDOM的贡献为8%.河段a(280)易被微生物降解和光降解,降解率分别为(28±8)%和(44±7)%,其生物可利用性和光化学活性远高于受海源CDOM影响的河口区;类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸荧光组分在河段具有较高的光化学活性,降解率分别为(75±0.5)%、(58±21)%和(73±3)%,但不易被微生物降解,而且在28 d微生物培养后出现类腐殖质的累积.     

不同面源强度影响下城市河流溶解性有机质光谱特征变化

采用紫外-可见吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱结合平行因子法（EEMs-PARAFAC）研究两条面源输入强度不同的城市河流春夏两季水体中溶解性有机质（DOM）含量和组成变化.结果表明,两条河流夏季水体DOM腐殖化程度和相对分子质量均显著高于春季（P<0.01）. PARAFAC模型共解析出C1（UVC类富里酸）、 C2（类色氨酸）、 C3（类胡敏酸）和C4（UVA类富里酸）这4个化学组分,C1[（31±6）%]和C2[（31±4）%]为水体DOM中主要荧光组分.高面源输入水平的河流春季各组分荧光强度均低于夏季,而低面源输入水平的河流与之相反.随机森林回归模型表明,C3%对河流水质变化敏感度最高（R²=0.75,P<0.001）,具有很好的指示作用;水面覆盖率（Cover）对C4%有显著预测重要性（P<0.001）, C4%易受光化学氧化作用影响.主成分分析（PCA）和Adonis检验表明,氮和磷为水体自生源过程的重要推动力,面源输入强度和季节变化对城市河流水体状况有显著影响（R²=0.775,P<0.001）.城...