亞熱帶不同地質背景水庫碳轉移過程的研究.pdf

1、在全球碳循環(huán)研究中，平衡全球碳收支一直以來都是研究的熱點問題。近年來的研究表明，巖溶作用積極參與了全球碳循環(huán)并在全球碳收支評價中發(fā)揮重要影響，但巖溶碳匯的穩(wěn)定性卻受到質疑。在引入“陸地水生生物碳泵”概念之后，耦合水生光合作用的巖溶作用碳匯及其穩(wěn)定性問題找到了解決途徑。水庫這一最重要的人工水體為“陸地水生生物碳泵”機制在陸地水體更好地發(fā)揮作用提供了必要條件。那么，巖溶區(qū)水庫在解決巖溶碳匯穩(wěn)定性這一重要科學問題上的角色以及其所能形成的碳匯效

2、應如何？哪些因素會影響其碳匯效應？本論文針對這些問題展開研究工作，研究成果可望對準確評價巖溶作用對碳循環(huán)的影響提供依據(jù)，為“減排增匯”的國家政策提供科技支撐。
　　本研究選取位于亞熱帶流域范圍內近乎全被碳酸鹽巖覆蓋的“碳酸鹽巖型/巖溶型”大龍洞水庫和庫區(qū)硅酸鹽巖覆蓋占優(yōu)勢的“硅酸鹽巖型”五里峽水庫為研究區(qū)。分別于2013年7月、8月、2014年3月、7月、8月在不同研究區(qū)開展了雨季、旱季、暴雨徑流過程等背景下的現(xiàn)場監(jiān)測、采樣工作。

3、現(xiàn)場測試指標包括水溫（T）、pH、電導率(EC)、溶解氧(DO)、透明度、濁度(Tb)、葉綠素a(chl a)、HCO3、Ca2+等。采集水體、沉積物等樣品，室內分析水體基本化學組成、總有機碳（TOC）、δ13CDIC，表層沉積物樣品的機械組成，柱狀沉積物的TOC、總氮(TN)、δ13CoC等指標。研究結果表明:
　　1.水氣界面碳交換:分析發(fā)現(xiàn)，大龍洞水庫水氣界面雨季(CO2通量:12.48mg(m2/h)）、旱季(68.17m

4、g(m2/h)）均為大氣CO2的“源”，但在雨季“源”效應極大減弱。五里峽水庫在雨季(-19.72mg/(m2/h)）及暴雨徑流過程(-2.51mg(m2/h)）影響下均為“匯”，但在徑流干擾下“匯”效應減弱。
　　2.水體溶解無機碳(DIC)分布:沿流程方向，大龍洞水庫雨季（DIC-平均含量:2.78→3.55mmol/L，全庫平均含量:3.41 mmol/L）及暴雨徑流影響下的五里峽水庫(0.91mmol/L)均存在增加的趨勢

5、。大龍洞水庫旱季（3.63→3.33 mmol/L，3.43 mmol/L）及五里峽水庫雨季(1.00→0.88 mmol/L，0.92 mmol/L)及存在從上游向下游減小的趨勢?？傮w上，大龍洞水庫HCO3-含量約為五里峽水庫的3.8倍。
　　垂直剖面上，在雨季，大龍洞水庫表層至10m深度處（DIC平均含量2.31→4.45 mmol/L）與五里峽水庫(DIC平均含量0.85→1.05 mmol/L)表現(xiàn)出隨深度增加DIC含量增

6、加的趨勢，而大龍洞水庫水深大于10m部分隨深度增加呈減小趨勢(DIC平均含量4.45→3.69 mmol/L)，暴雨徑流過程影響下五里峽水庫呈現(xiàn)與雨季相反的變化趨勢(DIC平均含量1.01→0.83mmol/L)，大龍洞水庫旱季變幅降低（DIC平均含量3.60→3.20 mmol/L）。
　　3.沉積物中的有機碳:大龍洞水庫表層沉積物有機碳含量平均為2.01％，五里峽水庫的為1.34％，前者為后者的1.5倍，碳酸鹽巖型水庫具有更高

7、的生產(chǎn)力。機械組成、T/N及有機碳同位素等證據(jù)表明大龍洞水庫庫底有機質的沉積以內源作用為主，且愈向下游這一作用越強烈;而五里峽水庫的則受降水徑流影響較大，以外源輸入為主，沿流程幾無固定變化規(guī)律。
　　4.水庫碳循環(huán)的影響因素:(1)流域范圍內巖性等地質背景在水庫碳循環(huán)中發(fā)揮了基礎性的作用。大龍洞水庫水體HCO3*-含量約為五里峽水庫的3倍。使得前者DIC含量過剩，除滿足浮游生物同化作用，形成豐富內源沉積物外，水氣界面全年存在脫氣;

8、而后者供給不足，庫底沉積物以外源為主，即便是暴雨徑流過程擾動的情況下也吸收大氣CO2。(2)全年熱量分配不均及相應出現(xiàn)的雨季熱分層對浮游生物分布產(chǎn)生直接影響，水溫較高、輻射較強的雨季及近表層水體光合作用強，雨季近庫底部位及旱季則弱。(3)浮游生物分布直接影響了DIC在水體中的分布及演化，在內生有機質沉積方面發(fā)揮核心作用。一般地，浮游植物量大的部位以同化作用為主，HCO3-含量減少;反之，異化作用占優(yōu)勢，HCO3-含量增加。(4)水庫的補

9、給方式會對庫底有機質的沉積產(chǎn)生直接影響。地下河水在進入大龍洞水庫前已基本完成所攜懸浮物質的沉降，外源作用對庫底沉積物影響較小，以內源沉積為主。而地表河補給的五里峽水庫則受降水徑流影響較大，外源作用影響顯著。
　　5.對水庫碳循環(huán)模式的初步認識:碳酸鹽巖型水庫，雨季浮游植物在水體上層一定范圍內聚集，DIC供應充足，光合作用充分進行，水體溶解氧含量達飽和甚至過飽和，產(chǎn)生了大量有機質向庫底沉積。生成有機質時對DIC的大量利用，致上層碳酸