怒江流域生源要素地球化学循环及其主要影响因素

Nutrient element biogeochemical cycling within the river basin involves the interaction between lithosphere, pedosphere, atmosphere, hydrosphere and biosphere, which is affected by combined effect of climate change and human activities. Therefore, it is the key component in the Critical Zone research, and the basis for understanding the evolution of regional and global water-environment ecological system. Nujiang River, locating at eastern Tibet plateau, is the only large river that has not been exploited in China. However, cascade hydropower development project will start soon according to some governmental policy releasing. It is an idea basin and now it is a great timing to explore the river bio-elements transformation and transport impacted by of cascade hydropower development. The proposed project will focus on chemical and isotopic composition, existence form, time and spatial variation of biogenic elements in the Nujiang River basin, using multiple elemental and isotopic tracers to quantitatively recognize the sourcing and transformation processes of dominant bio-elements (mainly C, N, S, P and Si). One dominant aim of this proposed project is to reveal how the environmental factors, such as climate, topography and runoff variation, control biogenic element cycling and flux variation in the Nujiang River basin. The other expected achievement is to evaluate the extent and mechanism how cascade hydropower project impacts biogenic element cycling and ecosystem evolution in the river basin , to provide an academic foundation for policy formulation and assessment for environment effect of cascade hydropower development.

流域元素地球化学循环涉及地表岩石-土壤-生物-水-大气各圈层相互作用，受气候变化和人类活动共同影响，是地球关键带过程研究的重点内容，也是认识理解区域乃至全球水环境生态系统演化的科学基础。怒江地处青藏高原，是我国目前唯一没有开发的大河，梯级水电开发工程启动在即，是探索全球变化和人为扰动影响下生源要素迁移转化及控制机理的理想对象。本项目拟利用水化学、环境和同位素地球化学等多学科理论与方法，通过对流域生源要素（碳、氮、磷、硅等）物质循环各环节上不同物质载体的化学和同位素组成、赋存状态、时空变化规律的研究，揭示生源物质来源、迁移转化和通量变化规律及其与流域地质、地形地貌、气候和筑坝拦截等自然和人为因素之间的响应机制，深化地球表层系统科学的理论认识；进而探求河流生源要素循环变化与流域环境演变的关系，为河流水电开发产生环境效应的科学评估和预测提供理论基础和依据。

流域元素地球化学循环涉及地表岩石-土壤-生物-水-大气各圈层相互作用，受自然变化和人类活动共同影响，是地球关键带过程研究的重点，也是认识理解区域乃至全球水环境生态系统演化的科学基础。怒江是青藏高原目前唯一没有被大规模开发的大河，是探索气候变化和人为扰动影响下生源要素迁移转化及控制机理的理想对象。为此，该项目运用元素和同位素地球化学理论与方法，在开展高时空分辨率观测，查明怒江生源物质及其有关地球化学指标时空变化特征的基础上，取得了河流生源物质的主要来源及其物质贡献量的定量认识；揭示了流域系统内生源物质迁移转化过程及其控制机制与主要影响因素；阐明了河流生源物质输移通量变化规律及其对气候变化和人类活动（筑坝）的响应。研究发现：怒江河流碳以DIC为主，受流域碳酸盐岩风化过程控制，并受到硫化物氧化产生的硫酸参与风化的显著影响，同时构造活动带热泉输入的深源碳对河流DIC含量和同位素组成有重要影响，DOC与POC主要来自土壤侵蚀过程，各种形式碳通量主要受径流变化的控制。河流硝态氮主要来自土壤源，在枯水期污染源氮贡献增加；与以往认为的温度升高促进土壤硝化作用进而影响河流氮组成的认识不同，水文条件是调节青藏高原流域尺度N循环最关键的因素，并据此提出了适合高原流域的硝酸盐通量的概念新模型。河流硫酸盐主要来源于硫化物氧化，该过程产生的硫酸通过参与岩石风化无机碳过程，进而对河流碳的地球化学过程和流域碳源汇效应产生十分重要的影响。河流磷酸盐主要来自沉积岩中含磷矿物的风化，其通量随降雨和径流增强导致的侵蚀过程增强而增加。通过与相邻河流澜沧江梯级水库的对比研究发现，筑坝对TSS和POC通量具有显著的影响，对其他生源物质的影响则体现出较为复杂的地球化学过程。该项研究的开展可为完善流域生源物质循环与环境变化科学认知提供理论依据，为怒江流域生态保护及水资源利用开发提供科学支撑。