本文關(guān)鍵詞：水生光合生物對(duì)漓江流域水化學(xué)和巖溶碳匯的影響

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【摘要】：全球氣候變暖以及全球氣候的變化越來(lái)越受到科學(xué)界的關(guān)注。對(duì)碳循環(huán)的過程、機(jī)制的研究,特別是致力于減少大氣CO_2濃度的碳匯和封存技術(shù)的研究仍是本世紀(jì)全球變化研究的核心問題之一。巖溶碳匯曾經(jīng)被認(rèn)為速率小,是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間尺度的地質(zhì)過程而在碳循環(huán)過程中被忽略。最近數(shù)十年的研究證明碳酸鹽巖風(fēng)化是一個(gè)快速而敏感的反應(yīng)過程,已被科學(xué)界所接受,IPCC第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告將其從萬(wàn)年—億年尺度調(diào)整為千年尺度。但碳酸鹽巖溶解是一個(gè)可逆的過程,Curl認(rèn)為巖溶地質(zhì)作用是一個(gè)碳遷移過程,而不是碳匯。而基于水-巖-氣-生相互作用的碳酸鹽巖風(fēng)化模型是回應(yīng)這一質(zhì)疑的關(guān)鍵。即水生光合生物對(duì)水體中碳酸氫根的光合利用,可以將巖石風(fēng)化形成的溶解無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳,使地質(zhì)碳匯,特別是巖溶碳匯,以有機(jī)碳的形式穩(wěn)定下來(lái),起到與海洋過程類似的“生物碳泵”作用。這一過程已在實(shí)驗(yàn)室條件和巖溶小流域研究中被證實(shí),且比例可觀,而對(duì)較大巖溶流域的研究較少。因而,本文選取一個(gè)較大的典型巖溶流域—漓江流域,通過對(duì)河流水化學(xué)特征,無(wú)機(jī)碳、有機(jī)碳地球化學(xué)特征的研究,分析水生光合生物對(duì)河流水化學(xué)、無(wú)機(jī)碳和有機(jī)碳影響的季節(jié)性變化特征及主要影響因素,進(jìn)而估算流域水生生物“生物碳泵”作用對(duì)巖溶碳匯穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。本文在漓江流域自上游到下游選取了華江、靈渠、大溶江、桂林水文站、潮田河、冠巖、興坪、遇龍河和陽(yáng)朔水文站9個(gè)采樣點(diǎn),并分別于2015年4月、2015年7月、2015年10月、2016年1月進(jìn)行采樣分析,研究水生光合生物作用的季節(jié)性變化。并在2015年11月8日至2015年11月12日,在陽(yáng)朔水文站斷面進(jìn)行了一次暴雨晝夜監(jiān)測(cè),分析洪水過程中無(wú)機(jī)碳、有機(jī)碳的變化特征及水生光合生物的作用。研究結(jié)果表明,漓江流域水化學(xué)類型為HCO3-Ca型。非洪水過程中,水化學(xué)主要參數(shù)受降雨和水生生物作用,表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性,Ca2+、HCO3-等主要離子表現(xiàn)為冬季最高,夏季最低的特征。Ca2+、Mg2+、HCO3-主要來(lái)源于巖石風(fēng)化,特別是碳酸鹽巖的風(fēng)化;K+與Na+的變化主要受降雨、硅酸鹽巖的風(fēng)化及人類活動(dòng)的影響;而Cl-、SO42-和NO3-主要受降雨和人類活動(dòng)的影響。漓江流域水化學(xué)主要受控于碳酸鹽巖的風(fēng)化,因而在空間分布上,TDS以及最主要的Ca2+、Mg2+、HCO3-濃度隨碳酸鹽巖分布比例的增加而增大。而對(duì)于水生光合生物而言,春、秋季水生生物的光合作用對(duì)河流水化學(xué)影響顯著,而在空間上,HCO3-濃度較高的巖溶區(qū)支流和流域干流(桂林至陽(yáng)朔段)水生生物作用更為突出,相應(yīng)的河流有機(jī)碳含量(主要為DOC)也相對(duì)更高。而在洪水過程中,水化學(xué)指標(biāo)主要受控于流量的變化。Ca2+、HCO3-和DOC有著一致的變化趨勢(shì),其濃度的動(dòng)態(tài)變化主要受流量的稀釋作用影響,經(jīng)歷了一個(gè)先劇烈下降后緩慢上升的過程,其濃度最低值較洪峰到來(lái)的時(shí)間滯后10小時(shí)。而POC和TSM值受流量控制,與流量的增減相一致,并較非洪水過程有著急劇的增加,這與地表徑流對(duì)土壤的強(qiáng)烈侵蝕有關(guān)。漓江流域水生光合生物對(duì)水體無(wú)機(jī)碳的利用普遍存在,且表現(xiàn)顯著。該過程可以產(chǎn)生δ13CDIC值的分餾,使其偏正。水生光合生物對(duì)無(wú)機(jī)碳的影響存在顯著的季節(jié)差異,春、秋季水生生物生長(zhǎng)茂盛,光合作用利用碳酸氫根,從而使的δ13CDIC值偏正,分餾可達(dá)3‰。冬季因水溫低,水生植物生長(zhǎng)緩慢,分餾不顯著。夏季因水動(dòng)力條件強(qiáng),水氣交換強(qiáng)烈,水生植物直接利用HCO3-占總無(wú)機(jī)碳的比例較小,分餾不顯著,再加上夏季偏負(fù)的土壤CO_2的影響,使得δ13CDIC值在夏季偏負(fù)。而洪水過程中δ13CDIC值的變化與夏季相類似,洪水過程前因水生光合生物對(duì)HCO3-的利用,δ13CDIC值偏正。洪水過程中,水生光合生物所利用的HCO3-在無(wú)機(jī)碳中的比例減小,分餾減弱,δ13CDIC值變負(fù),再加上偏負(fù)的土壤CO_2的參與,使δ13CDIC值更負(fù),整個(gè)洪水過程前后,δ13CDIC值變輕達(dá)3‰。漓江流域洪水過程和非洪水過程有機(jī)碳來(lái)源存在顯著差異,非洪水過程中有機(jī)碳以DOC為主,并主要來(lái)自水生生物的初級(jí)生產(chǎn)力。且來(lái)自水生光合生物光合利用碳酸氫根離子生成的有機(jī)碳的比例占總內(nèi)源有機(jī)碳的60%。而在洪水過程中,有機(jī)碳中DOC和POC含量基本相當(dāng),POC略高,并且外源有機(jī)碳比例顯著增加。在漓江流域總出口陽(yáng)朔水文站2015年度一個(gè)水文站的數(shù)據(jù)表明,漓江流域水化學(xué)特征表現(xiàn)為碳酸鹽巖風(fēng)化占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),比例為97.5%。其中碳酸風(fēng)化碳酸鹽巖對(duì)河水的貢獻(xiàn)比例最大,平均79.2%;其次為硫酸風(fēng)化碳酸鹽巖,平均18.3%。碳酸鹽巖風(fēng)化、硅酸鹽巖風(fēng)化和生物碳泵作用的碳匯強(qiáng)度分別為69.2,4.8和14.5t CO_2·a-1·km-2。本年度因更為豐富的降水,其碳匯強(qiáng)度顯著高于往年,但各碳匯類型間的相對(duì)比例差別不大。生物碳泵作用穩(wěn)定的碳匯量大致相當(dāng)于巖溶碳匯的20%,數(shù)量可觀。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P342;P642.25

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