钱塘江流域典型梯级水库群碳埋藏机制及通量研究

During the past decade, the carbon effect of manmade reservoir became an important scientific hotspot. Due to the differences in monitoring methods and angles of view, obvious divergent understandings appear in the current researches about the carbon emission from reservoirs and its role in global carbon cycle. China has large numbers of reservoirs with different types, but related researches are less documented. A propagable research mode hence has important scientific and realistic meaning. In this study, a series of reservoirs with different regulating capacity (from daily to yearly) in the drainage basin of the Qiantang Jiang will be investigated, in order to understand their flux of carbon burial and the preserving efficiency of carbon in sediment. Further work will focus on the relative contribution of the autochthonous and exogenetic carbon in reservoir sediment. The sedimentation and transformation processes of carbon and their fluxes will also be answered in this study. The major highlight of this study is that, we fully take the differences in hydrological retention time of various reservoirs into account, and demonstrate the source and sink effect of carbon of reservoir from an aspect of cascade exploitation. The research results will provide timely data for the evaluation of carbon effect of reservoir, and also benefit the further extrapolation of carbon burial in global reservoirs.

最近十多年来，人工水库的“碳效应”成为了科学界关注的热点问题。由于观测方法、关注角度存在差异，现有的研究工作对水库“碳排放”及其在全球碳循环中的作用出现明显的分歧认识。我国水库数量众多、类型丰富，但是涉及水库“碳效应”的研究仍然相当薄弱。建立可推广性的研究模式因此具有重要的科学意义和和现实需求。本项研究选择钱塘江流域内不同调节类型（日调节 - 年调节）水库作为研究对象，系统开展不同类型水库的碳埋藏能力、碳保存效率研究，并进一步区分出内源、外源碳的相对贡献。综合水文及历史资料的研究，重点揭示碳在水库中的沉积和转化过程，及其通量特征。项目的主要创新之处在于充分考虑不同类型水库水体滞留时间差异的影响，从梯级开发层面回答水库的碳“源/汇”关系。研究成果将水库“碳效应”的科学评估提供实时数据，并为进一步全球性推广提供可借鉴的研究方法。

河流的水能水资源开发为人类社会提供巨大福祉的同时也伴生了一系列环境后效问题。其中，由于人工水库存在碳排放的事实，这使得水电的清洁性受到严重质疑。但是现有的研究对水库的碳埋藏效应重视不够，这极大地忽略了水库在流域碳循环中的作用，也不利于全面认识水库的碳效应问题。因此，本项目选择了我国钱塘江流域内具有不同调节类型的梯级水库作为研究对象，详细调查了这些水库的沉积物分布状况、水库的碳埋藏特征、水库水环境的历史演变。在此基础上，本项目进一步讨论了影响水库碳埋藏效应的外部约束条件和影响水库自生有机碳通量变化的内部因素。.研究表明：受到人工水库复杂的水下地形的影响，研究区水库的沉积物分布呈现显著的空间异质性特点。采用高密度浅地层剖面走航观测技术结合沉积物柱子采集技术，能够获得水库的沉积物分布全貌和沉积物中碳的埋藏通量。水库沉积物分布的高度空间异质性也为沉积物计年造成了明显障碍。采用典型沉积物区的核素定年，结合事件定年的综合研究方法可以为水库不同区域的沉积物确定年代标尺。研究发现，建库后至1967年, 新安江水库OC埋藏速率较高，达到73.4-101.1g.m-2.yr-1。从1967年至2000年，新安江水库的碳埋藏速率却呈现缓慢下降趋势。这一时期碳埋藏速率仅为30.4-51.36 g.m-2.yr-1，远低于建库初期的碳埋藏速率。自2000年后碳埋藏速率呈现明显增加趋势，主要原因是这一时期库区初级生产力的增加。从全库平均来看，新安江水库的OC埋藏速率为43.42 g m-2 yr-1，平均OC埋藏通量为1.53×104t.a-1。湖南镇水库近十年来的有机碳埋藏通量平均为0.35×104t.a-1；黄坛口近十年的有机碳埋藏通量平均为0.14×104t.a-1。这些结果表明：水库是一个明显的“碳汇”，对于控制区域碳循环具有重大意义。水库的水力负荷（H）和形态（DR）对OC的累积速率有着重要影响。水力负荷越大的水库，沉积物中的OC累积速率越高。这主要反映了流域输入物质在水库中的堆积程度。水库OC的累积速率与DR成负相关关系，反映了水库形态对OC累积的影响。