青藏高原东缘山地小流域有机碳的来源及转化机制研究

Only a small fraction of carbon, the terrestrial ecosystem transporting into the inland waters, is discharged into the ocean, and the reminding carbon is lost under various biogeochemical processes. Organic carbon is one of the most important intermediate products in these processes. However, few studies have focused on the temporal and spatial variations of organic carbon. Mountainous rivers, originating from Qinghai-Tibetan Plateau, are ideal study area of organic carbon variations, where are sensitive to climate variability, less affected by anthropogenic activities, and have large spatial range of geological variability. Spatial and temporal samples will be collected in the Bailong River, and the C/N ratios of suspended matters, spectral characters, lignin, as well as the stable and radiocarbon isotopes will be analyzed in this study. Combined with geographic variations and land use, the spatial variations of organic carbon sources and the control mechanisms will be investigated. Based on the seasonal variations of organic carbon behaviors, the transform mechanisms of organic carbon under various hydrological and temperature conditions will be explored. Finally, the temporal and spatial sources of organic carbon will be quantified based on multiplex mixed equations, the biogeochemical processes such as, transform and degradation, will be clarified, in order to provide the scientific proof for understanding the biogeochemical processes and carbon budget of mountainous rivers, originating from Qinghai-Tibetan Plateau.

陆地生态系统输入内陆水体的碳中仅有很小部分通过河流最终到达海洋，其余部分在运移中遗失，河流有机碳是碳转换的重要中间产物，对其不同时空变化规律的研究还比较缺乏。青藏高原山地河流对气候变化响应非常敏感，空间地理条件变化大，受人为活动影响小，是探讨有机质自然变化的理想对象。因此，本申请拟对高原东部小流域白龙江中有机碳的时空动态变化，特别是有机碳的降解和新生成等机制展开研究。通过对流域时空序列采样，分析河流中溶解有机质光谱特征，悬浮物C/N，颗粒态及溶解木质素的组成及13C及14C，结合地形变化、土地利用解析河流中有机碳的来源空间分布规律及控制因素，基于季节变化下有机碳的行为，尤其是不同水动力和温度条件探讨有机碳输送过程中的转换机制和规律。最后拟建立多元混合方程量化解析有机碳的来源份额的时空变化，阐述有机碳在山地河流中的降解和其它转化过程，为准确理解区域/全球碳循环提供科学基础。

青藏高原流域生物地球化学循环对全球气候变化有敏感的响应，其中青藏高原流域碳的运移变化机制和变率是核心问题。本项目以青藏高原东缘白龙江流域为研究对象，在2019年8月至9月对白龙江流域进行空间采样，并对样品的主量元素浓度、溶解有机碳（DOC）浓度及溶解有机质（DOM）分子特征（紫外及荧光光谱特征），及DOC与溶解无机碳（DIC）的稳定及放射性碳同位素（13C与14C）进行分析，以探究青藏高原河流中碳来源及转换机制。本项目通过空间序列DOC含量及地理条件分析，阐明了青藏东缘流域DOC的分布规律；结合DOM的分子特征，探究了不同海拔、温度及土地利用条件对DOM组成的影响机制；基于DOC及DIC的13C与14C，辨析了溶解性碳的来源。研究结果表明白龙江流域河水中DOC有较大的变化范围（0.4 mg L-1～4.1 mg L-1），总体上在上游含量高，下游含量低，受土地利用等多种因素影响。在白龙江中，DOC浓度与DOC的芳香性（SUVA254）成正相关关系，表明陆源有机质是河流中高DOC的主要来源。通过三维荧光光谱分析发现，在白龙江上游DOM以类腐殖质组分（C1、C2）为主，下游则以蛋白类组分（C3）为主。在白龙江流域，上游温度低，土壤有机质是上游DOM的主要来源，下游温度较高，主要微生物活动强，导致下游DOM中类蛋白组分增加。白龙江流域内δ13CDOC与14CDOC变化范围分别为-31.9~-25.7‰及-186.9~34.2‰，主要受C3植物及土壤老碳的影响。而流域内δ13CDIC与14CDIC则有较大变化范围，分别为-13.1‰~1.3‰及-581‰~-73‰，主要受土壤CO2，碳酸岩风化及CO2排放的而影响。本项目通过同位素地球化学、地理学等学科理论及技术手段，阐明了高原流域碳转换的关键过程及作用机理，明确了不同地质、地理条件下碳的分布特征及转化规律，揭示了各形态碳的控制及转换机制。

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