西江源区梯级水库溶解无机碳稳定同位素特征

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溶解无机碳在水生态系统的生物地球化学中起着关键作用,是碳收支重要组成部分。水电开发改变了天然河流的DIC循环过程,河流拦截筑坝形成水库后,水库逐渐向“湖泊型”生态系统演化,加强了生物地球化学循环并进一步影响水体碳循环。为了更准确地进行全球碳循环的预算并预测碳循环变化,必须确定对河流系统产生影响的碳来源。因此,确定DIC来源,理解其生物地球化学循环十分必要。本文选取西南岩溶山区南盘江的万峰湖水库、北盘江的光照水库及红水河的龙滩水库进行研究,通过分析水体理化参数、DIC及其δ13C的变化特征,探究了三座水库中DIC的主要来源及其影响因素,理解水库中碳是如何受河流内过程的控制并随着时间变化。通过研究得出以下结论:1.万峰湖水库:(1)表水层:由于稀释效应,EC、pCO2与DIC的最低值均出现在夏季高径流量阶段。水柱面上:夏季Eh和NO3--N随水深增加无显著变化,其余指标则变化明显且在温跃层变异程度最大。两季节的T、pH与Eh均随水深增加而降低,pCO2与之相反。两季节的DIC在水柱面上与pH、Eh呈负相关、与EC、pCO2为正相关。(2)DIC和δ13CDIC时空差异显著,夏季DIC为2.66 mmol·L-14.9mmol·L-1,而冬季水体垂直混合充分,DIC范围变窄,为3.38 mmol·L-14.52 mmol·L-1。夏季δ13CDIC为-7.71‰-1.38‰,表明碳酸盐矿物溶解占优势。冬季,δ13CDIC为-16.93‰-9.44‰,生物源CO2的输入和有机质矿化是DIC的主要来源。水体热分层期间,DIC和δ13CDIC在温跃层的变化梯度最大,DIC与δ13CDIC在夏季表水层为正相关。两个季节水柱面上及冬季表水层,DIC和δ13CDIC均呈负相关,但冬季DIC和δ13CDIC随水深变化趋势不明显。2.光照水库:(1)DIC在1.80 mmol·L-15.02 mmol·L-1之间,δ13CDIC为-7.45‰-1.26‰。DIC与EC和TA均呈正相关,与水温均为负相关。表水层δ13CDIC与TA、EC、DIC均为负相关;而水柱面上δ13CDIC与EC、pCO2、TA和DIC均成正相关。(2)表水层各指标变化明显:从上游至下游,TA、EC、SIc和DIC整体上为降低趋势,δ13CDIC则逐渐升高,受碳酸盐矿物溶解影响显著;水柱面上,热分层和化学分层对水体碳循环影响显著。有机质分解在深水层释放大量CO2使DIC、pCO2随着水深升高、δ13CDIC则逐渐降低,DIC及其δ13C在整个水柱面上表现出显著的空间异质性。碳酸盐矿物风化所产生的HCO3-形式的DIC是夏季光照水库DIC的来源主要。3.龙滩水库:(1)两季节DIC的主要影响因素和来源并不相同。夏季的DIC及其δ13C的范围分别为2.04 mmol·L-14.12 mmol·L-1和-5.60‰0.04‰;冬季的DIC为3.33 mmol·L-14.61 mmol·L-1、δ13CDIC为-15.90‰-9.12‰。夏季,稀释效应显著降低了DIC浓度,水体热分层使DIC在水柱剖面上差异显著,而冬季由于混合作用的影响,差异则较低。(2)夏季δ13CDIC较冬季明显偏正,碳酸盐岩强烈风化输入大量HCO3-是DIC的主要来源。DIC和δ13CDIC在冬季为负相关,大部分DIC来自生物源的土壤CO2和有机物呼吸产生的CO2。冬季水体热分层消失,混合作用使得底部具有较低δ13C的含碳体上涌,并与表水层混合导致其δ13CDIC低于夏季。
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