龙川江流域碳侵蚀特征的初步研究

选取龙川江楚雄站断面,于2007年9月至2009年9月对水体内悬浮颗粒物及各形态碳的含量进行连续采样分析.结果表明,汛期水体内总有机碳(TOC)含量主要取决于颗粒有机碳(POC)含量,非汛期水体内总有机碳主要源于溶解性有机碳(DOC),而溶解性无机碳(DIC)的季节变化不明显.洪水过境过程中,POC随即表现出"峰值现象";DOC峰值出现的时间较晚,反映出DOC化学侵蚀的溶出相对于POC的机械侵蚀作用所需时间较长;DIC在洪水发生过程中呈现出与流量变化相反的趋势,说明其主要受稀释作用的影响.在对碳含量随悬浮颗粒物(TSS)变化的分析中发现,POC与TSS之间呈现出显著的正相关关系,但悬浮泥沙中有机碳的质量分数与TSS之间却存在显著的负相关关系,DOC与TSS间的相关性较弱,表现出吸附作用和释放作用的共同影响.     

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.     

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.     

长江有机碳通量的季节变化及三峡工程对其影响

2003年6月～2005年7月在长江口每月采集表层水样,测定溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC).结果表明,DOC和POC平均浓度分别为1.59±0.21和0.91±0.42mg/L,其中枯季的DOC浓度较洪季高,而POC则呈相反趋势.POC浓度与水体中总悬浮颗粒物(TSM)浓度有显著性正相关关系,在TSM中的POC%随着TSM浓度的增加而减小.2003,2004年长江的DOC通量分别为1.32×10⁶t和1.20×10⁶t,POC通量分别为2.69×10⁶t和1.63×10⁶t,约76%的总有机碳在洪季输送入海,组成以颗粒态为主.2003～2004年间POC通量急剧减少,DOC通量与POC通量的比值迅速增大,可能与三峡水库对颗粒物的拦蓄、改造及富营养化有关.     

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.      

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.     

云南抚仙湖主要入湖河流有机碳来源辨识

通过对云南抚仙湖流域土壤、植被和主要入湖河流有机碳含量和碳同位素组成的对比研究,探讨了抚仙湖主要入湖河流有机碳来源、空间分布特征及其影响因素。结果表明,抚仙湖入湖河流溶解有机碳(DOC)含量较高,变化范围为2.79~38.02mg/L,且呈西部(19.20mg/L)北部(13.82mg/L)东部(3.37mg/L)的分布特征;河流颗粒有机碳(POC)含量较低,变化范围为0.22~2.68mg/L,且北部(0.84mg/L)西部(0.56mg/L)东部(0.40mg/L)。抚仙湖主要入湖河流水体δ~(13)C_(DOC)值变化范围为-12.6‰~-25.5‰,且随DOC含量增大而略呈偏负趋势,表明抚仙湖入湖河流DOC除来源于流域土壤侵蚀外,农业面源污染和生活污水排放也是重要的贡献源。抚仙湖入湖河流水体δ~(13)C_(POC)值主要分布范围为-23.2‰~-27.0‰,与流域土壤及植物δ~(13)C一致,远离内源POC的δ~(13)C范围,指示河流POC主要来源于流域土壤侵蚀和植物碎屑输入。     

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.      

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.     

桂江主要离子及溶解无机碳的生物地球化学过程

河流水体的化学组成记录了流域内各种自然过程与人类活动的信息.对西江一级支流桂江化学径流的分析结果表明,桂江水体的离子组成主要受碳酸盐岩化学风化过程的控制,CO2是这一过程的主要侵蚀介质;H2SO4对碳酸盐岩的风化影响桂江河水的化学组成.大气沉降、人类活动、碳酸盐岩和硅酸盐岩化学风化对桂江水体贡献的溶解物质分别占总溶解物质的2.7%、6.3%、72.8%和18.2%.河流溶解无机碳(DIC)的稳定同位素组成(δ13CDIC)揭示桂江河水中的DIC明显被浮游植物的光合作用所利用.浮游植物初级生产力对桂江颗粒有机碳(POC)的贡献达22.3%~30.9%,这表明岩石风化来源的DIC经浮游植物的光合作用转化为有机碳,并在迁移过程中部分沉积水体底部,进而形成埋藏有机碳.     

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.     

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.     

珠江三角洲表层水中多环芳烃的季节分布、来源和原位分配

分别于2011年4月(春季)和2011年9月(夏季)采集珠江广州河段及东江东莞河段表层水体样品,对该区域表层水体中优控多环芳烃(PAHs)的时空分布、固液分配及其来源进行了分析和讨论.结果表明,珠江广州河段及东江东莞河段表层水体中多环芳烃浓度春季高于夏季.藻类有机碳是该水环境有机碳的主要成分.溶解有机碳(DOC)、颗粒态有机碳(POC)以及叶绿素a(Chl a)含量是控制水体PAHs浓度的主要因素,说明水环境的富营养化程度可以通过增长的浮游生物量来影响多环芳烃的生物地球化学过程,继而影响其环境行为和归宿.多环芳烃在水/颗粒物间的有机碳归一化分配系数(log Koc)与辛醇/水分配系数(log Kow)间存在明显的线性关系,其斜率是夏季大于春季,可能与多环芳烃的非平衡吸附有关.多环芳烃同系物比值法和主成分分析(PCA)的结果表明,研究区域水体中PAHs主要来源于石化燃料、煤和生物质的混合燃烧,并且PAHs的来源未体现出明显的季节变化.通过本研究我们能够比较全面的了解该流域多环芳烃的时空分布状况,固液分配及其可能的来源,并且为珠江广州河段及东江东莞河段多环芳烃污染的控制和生态风险评价提供科学依据.     

珠江三角洲河流沉积物中的壬基酚

对珠江三角洲河流表层沉积物中的壬基酚(NP)进行了分析.结果表明,NP在所有样品中均有检出,其含量范围在110～7808ng/g之间.其中,珠江广州河段污染水平最高,狮子洋水道明显低于上游珠江广州河段,东江位居其后,西江最低.沉积物中总有机碳(TOC)的分布特征与NP相似,相关分析显示TOC与NP之间显著性相关.     

北江流域水化学时空变化及化学风化特征

为了研究我国南方湿润地区河流水化学时空变化特征及控制因素,选择珠江流域第二大水系的北江为研究对象,通过分析2015年6月（汛期）和12月（非汛期）干流和支流河水基本水质参数及主量离子,利用化学计量法及质量守恒法定量评估了自然过程及人类活动共同影响下的流域化学风化特征及其通量.结果表明:①北江河水主量离子浓度非汛期高于汛期.岩石的区域分布和矿山活动构成了河水离子浓度和水化学类型的空间异质性,其中北江干流和支流连江为Ca-HCO₃型,而支流滃江则以Ca-SO₄型为主.②岩石对北江流域化学风化贡献率依次为碳酸岩（78.44%）>硅酸岩（14.43%）>降水源（5.42%）>蒸发岩（1.71%）.基于碳酸岩是北江径流水化学的主要控制因素,滃江流域的矿山开采活动加速了碳酸岩的风化,其对北江流域化学风化的贡献为7%.③汛期与非汛期的碳酸岩风化速率分别为7.49和5.29 t/（km2·月）,年化学风化速率为87.63 t/（km2·a）.研究显示,由于受水热条件、流域面积以及岩性的影响,北江流域年化学风化速率略大于西江流域,远高于东江以及全球流域化学风化平均值,北江对整个珠江流域的风化贡献较大.      

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。