论文摘要
本论文通过2006年11月对黄河各主要站位表层水体碳参数的调查,在沉降分级法的基础上,结合激光粒度仪的粒度测定和多元线性回归分析的数据处理方法分析研究了黄河无机碳和有机碳的分布及输运特征,同时借助于水文、化学和生物等要素的同步观测资料,对黄河表层水pCO2的空间分布及其影响因素也进行了研究,并对黄河洪水期与平水期pCO2控制机制的异同进行了探讨。主要结论如下:1.黄河水体PIC输运特性的主要控制因素是悬浮物的含量及粒径,随着粒径的增大石英和长石含量对数增大,粘土和方解石含量指数减小;黄河不同区段悬浮物性质的差别使得样品相同粒级间PIC含量存在差别,但总体而言粒径﹤32μm的颗粒物承载了75%以上的颗粒无机碳,且黄河悬浮物中各粒级颗粒物所承载的PIC占样品PIC总量的比例在不同区段各样品间比较近似地一致。黄河流域强烈的化学风化作用使PIC溶解产生DIC,使得黄河DIC含量在世界各河流中处于最高值。悬浮物含量是控制黄河DIC/PIC输运比例的主要因素,一般黄河无机碳输运以溶解态为主。黄河清液碱度的变动主要取决于水体中[HCO3-]、[CO32-]的含量,水体悬浮物的存在使得浊液碱度明显高于清液碱度,ΔTA所对应的悬浮物中的PIC是悬浮物中较易反应的那部分颗粒碳酸盐,它的含量的高低表征着水体PIC转化为DIC的潜力。2.黄河水体POC输运特性的主要控制因素是悬浮物的含量及粒径,POC含量随着TSS含量的增大而线性增大随着TSS粒径的增大而指数减小;黄河不同区段各站位悬浮物性质的差别使样品相同粒级间POC含量存在明显的差异,但TSS粒径是控制黄河POC输运特性的主要因素:悬浮物中80%以上的POC集中在﹤16μm的TSS中,而粒径﹤32μm的TSS承载了95%以上的颗粒有机碳;浮游植物对POC的贡献在库区比重较大,但是在悬浮物含量较高的主流其贡献可忽略不计;黄河POC易降解率较低且随着POC含量的升高而对数下降。黄河悬浮物中有机物的溶解可能是水体DOC的一个重要来源,且DOC继承了POC难于降解的特性易降解率偏低。TSS含量是控制黄河DOC/POC输运比例的主要因素,当TSS>185 mg·L-1时,黄河有机碳输运以颗粒态为主,反之以溶解态为主。3.秋季黄河平水期表层水体pCO2值在7881638μatm之间,平均值1088μatm,且空间分布存在较大的不均匀性,中游高于上游和下游。流域强烈的机械侵蚀和化学风化作用使水体碳酸盐体系成为黄河水体pCO2的主要控制因素,生物好氧呼吸作用对pCO2的贡献较弱但在水体相对静止的库区其作用相对主流有所加强。此外,浮游植物的光合作用对CO2的消耗作用也有一定表现但是强度不大。洪水期与平水期水体pCO2的控制机制差异不大,平水期浮游植物的光和作用对水体CO2的消耗作用要略大于洪水期,生物好氧呼吸作用对pCO2的贡献要略低于洪水期,碳酸盐体系对pCO2的贡献强度要略强于洪水期,但总体而言黄河表层水pCO2在世界河流中处于中等偏下的水平。4.秋季黄河水体DIC侵蚀通量比PIC侵蚀通量要大一个数量级,POC侵蚀通量略大于DOC侵蚀通量。此外黄河无机碳通量所占比值明显偏高,水体有机碳与无机碳的含量比达到3:25。同时黄河水域是大气CO2的源区,水-气界面CO2交换速率为2.29×10-1μmol·m-2·s-1,CO20释放通量约为1.45×109 mol C.,相当于8.25×103km2草原或是1.12×102 km2森林一年的固碳量。黄河CO2释放通量与渥太华河相近但要远小于亚马逊河。