根據(jù)2019年8月對(duì)汾河干流水文參數(shù)和碳酸鹽參數(shù)的調(diào)查,初步探討了溶解無(wú)機(jī)碳（DIC）及同位素值(δ¹³CDIC)的沿程變化及其影響因素.結(jié)果顯示,源頭水DIC為2756μmol/kg,δ¹³CDIC為-9.6‰,土壤CO2輸入和碳酸巖化學(xué)風(fēng)化可能是其主要來(lái)源;在太原市區(qū)上游的水庫(kù)影響區(qū),較強(qiáng)的初級(jí)生產(chǎn)使得水體DIC（平均值為2377μmol/kg）和CO2分壓（p CO2）（平均值為552μatm）偏低,δ¹³CDIC（平均值為-5.2‰）偏正,而在市區(qū)下游的水壩滯流影響區(qū),城市污水的大量輸入和有機(jī)物的降解使得DIC（>4900μmol/kg）和p CO₂（>5000μatm）顯著升高,δ¹³CDIC（<-10.3‰）偏負(fù);在流經(jīng)主要糧食產(chǎn)區(qū)的汾河下游,δ¹³CDIC偏正（～-8.0‰）于源頭,可能與C4植被（如玉米）的存在有關(guān).可見(jiàn),人為干擾已成為影響汾河DIC沿程變化的重要因素,表現(xiàn)為大氣CO₂強(qiáng)源的城市下游水... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)環(huán)境科學(xué). 2020,40(09)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

汾河干流溶解無(wú)機(jī)碳(DIC)和總懸浮物(TSS)沿程變化

由于不同碳庫(kù)的13C差別較大,δ13CDIC常成為研究河流中DIC來(lái)源、遷移和生物地球化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程的重要參數(shù).如圖4所示,汾河表層水δ13CDIC變化范圍為-10.5‰～-1.8‰,平均值為-7.7‰,沿途差異顯著.汾河流域位于黃土高原東翼,而黃土富含碳酸鹽,且作為風(fēng)成堆積物土質(zhì)疏松,地形破碎,強(qiáng)烈的機(jī)械侵蝕和化學(xué)風(fēng)化作用會(huì)導(dǎo)致河流水體DIC含量明顯偏高.河流源頭DIC(2756μmol/kg)處于較高水平,δ13CDIC偏負(fù)(-9.6‰).而河水補(bǔ)給主要來(lái)自于降水匯集而成的地表徑流和地下徑流,且沿岸多分布奧陶紀(jì)灰?guī)r(碳酸巖為主),因此,流域內(nèi)土壤CO2輸入和碳酸巖化學(xué)風(fēng)化可能是源頭水高DIC的重要來(lái)源.已有研究表明土壤CO2溶解于水后,水體的δ13CDIC理論平均值為-17‰[23-24];而碳酸巖化學(xué)風(fēng)化過(guò)程,由于其產(chǎn)生的DIC一半來(lái)自于碳酸巖自身(δ13CDIC理論值為0‰)[7],一半來(lái)自于水體中的CO2(-17‰),所以δ13CDIC理論值平均值為-8.5‰.汾河源頭水體δ13CDIC介于二者δ13CDIC理論平均值之間,加之該區(qū)域遠(yuǎn)離城市和農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū),人為干擾也可忽略,可近似認(rèn)為源頭DIC只有這兩種源的貢獻(xiàn).根據(jù)質(zhì)量平衡模式,利用土壤CO2溶于水中的δ13CDIC特征值(-17‰)和碳酸巖化學(xué)風(fēng)化的δ13CDIC特征值(-8.5‰)來(lái)計(jì)算源頭水體DIC來(lái)源的相對(duì)貢獻(xiàn)率.結(jié)果表明,汾河源頭水體DIC來(lái)自土壤CO2輸入的相對(duì)貢獻(xiàn)為13%,來(lái)自碳酸巖化學(xué)風(fēng)化過(guò)程的相對(duì)貢獻(xiàn)為87%.寨上站至汾河三壩站河段,水體δ13CDIC經(jīng)歷了明顯升高而后又顯著降低的過(guò)程,該河段的δ13CDIC和DIC分布呈現(xiàn)區(qū)域化特點(diǎn)(圖4,5a).在寨上站至蘭村站河段,δ13CDIC明顯偏正(平均值為-5.2‰),汾河二庫(kù)站更是達(dá)到-1.8‰.該河段位于太原市上游,沿岸多為險(xiǎn)峻山區(qū),無(wú)規(guī)模以上工業(yè),是太原市重要的水源地.該河段內(nèi)存在的汾河水庫(kù)和汾河二庫(kù)是山西省內(nèi)兩座蓄水量最大的水庫(kù),壩高分別為61和88m,控制流域面積分別為5268和2348km2.大型水庫(kù)截流蓄水,增加水體滯留時(shí)間,表層水體浮游植物生長(zhǎng)作用增強(qiáng),致使光合作用成為影響表層水體的主要過(guò)程[25],這一河段DO均明顯過(guò)飽和,超過(guò)105%(圖5b).光合作用吸收CO2,12C會(huì)優(yōu)先被吸收,使得水體中的DIC富集13C,導(dǎo)致δ13CDIC明顯偏正,DIC相比源頭明顯降低.相似的現(xiàn)象比如在阿根廷的Colorado河和Negro河[26],受水庫(kù)蓄水影響,河水δ13CDIC偏正(-6.3‰～-2.9‰),平均值為-4.75‰.又比如在烏江流域[25],庫(kù)區(qū)水體的δ13CDIC相比河流偏正約2.0‰,DIC偏低約230μmol/kg.至于晉陽(yáng)橋站,該站位于太原市汾河濕地公園內(nèi),人工生態(tài)濕地的修復(fù)使得河流兩岸植被較好,水體處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)[27],DO%高達(dá)150.9%,所以δ13CDIC也明顯偏正,DIC偏低(圖5b).

1.2 樣品采集與處理本研究于2019年8月9日～14日(豐水期)沿汾河干流共采集12個(gè)站點(diǎn)水樣(圖1),其中包括1個(gè)庫(kù)區(qū)水樣(汾河二庫(kù))和2個(gè)水壩壩后水樣(汾河二壩和汾河三壩).采集水樣時(shí),借助船舶、路橋等條件選擇河流中部流動(dòng)性較好的水體,利用有機(jī)玻璃直立式采水器(SC-01A,北京市格雷斯普科技開(kāi)發(fā)公司)通過(guò)繩吊的方法采集表層水(水面以下0.2m),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水溫、溶解氧飽和度(DO%)和p H值參數(shù).其中水溫和DO%采用YSI-5000溶氧儀(膜電極法)(YSI Corporation,Yellow Spring,Ohio,USA)測(cè)定,水溫讀數(shù)精確至0.01℃,DO%同時(shí)用溫克勒法進(jìn)行測(cè)定校正,DO%讀數(shù)精確至0.1%.p H值采用Orion-StarA211型(Ross電極)酸度計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定平行雙樣,所用標(biāo)度為NBS標(biāo)度(25℃下4.00;6.86;9.18),精確度為±0.01.總懸浮物(TSS)水樣經(jīng)孔徑為0.45μm的醋酸纖維膜過(guò)濾,濾膜在烘箱中45～50℃低溫烘至恒重,以萬(wàn)分之一電子天平稱(chēng)重,平行樣品的誤差不超過(guò)0.5mg/L.DIC及δ13CDIC樣品于現(xiàn)場(chǎng)采用注射器自采水器直接取樣,經(jīng)一次性針孔過(guò)濾器(0.45μm)過(guò)濾,以盡量減少與空氣的接觸,然后濾液中加入飽和HgCl2(飽和HgCl2溶液占濾液體積的0.2‰)并在4℃下保存.DIC采用DIC分析儀進(jìn)行測(cè)定(AS-C2,Apollo SciTech,USA),并用美國(guó)Scripps海洋研究所生產(chǎn)的國(guó)際通用的CRMs標(biāo)準(zhǔn)海水進(jìn)行質(zhì)量控制,平行樣品測(cè)定精度小于0.1%.δ13CDIC樣品采用GasbenchⅡ在線(xiàn)提取裝置,結(jié)合Finnigan MAT 253質(zhì)譜儀進(jìn)行分析,測(cè)定結(jié)果用相對(duì)于PDB標(biāo)準(zhǔn)的13C/12C的千分偏差表示.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的δ13C重復(fù)測(cè)定結(jié)果優(yōu)于0.1‰,平行樣品的測(cè)定誤差多數(shù)小于0.05‰.水體原位CO2分壓(p CO2)采用通用的碳酸鹽體系互算軟件CO2SYS[18],由現(xiàn)場(chǎng)p H值和DIC計(jì)算得到.室內(nèi)參數(shù)的測(cè)定均于自然資源部第一和第三海洋研究所中進(jìn)行.

【參考文獻(xiàn)】：
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