青藏高原多年冻土区流域河流有机碳输出特征及来源解析

Riverine organic carbon (OC) is an important component of the global carbon cycle. Organic carbons transported by rivers have changed significantly in quantity and quality under the global warming. Especially, the study of OC in the permafrost regions is one of the most popular issues of hydrological research in the cold area. However, few studies were conducted on OC in the permafrost region of the Qinghai-Tibet Plateau, and a lack of systematic understanding of its output process, source and influencing factors. Based on high frequency sampling of OC and long-term observation of runoff, this study attempts to analyze the seasonal dynamics of OC export and seasonal variation in its sources, study the effects of meteorological factors, hydrological factors, environmental factors and soil freezing and thawing on OC export, and establish the relationships between the process of OC export and hydrological processes, freeze-thaw process of soil activity layer. The research results try to reveal OC export fluxes and its influencing mechanism on a permafrost catchment scale, these investigations could provide a scientific basis for evaluating the important role of OC in the regional and global carbon balance research under the background of climate change.

河流有机碳是全球碳循环的重要组分。全球变暖的背景下，河流输送的有机碳在数量和性质上发生了显著变化，特别是多年冻土区河流有机碳是寒区水文研究的热点领域之一。目前，青藏高原多年冻土区河流有机碳的研究较少，对其输出过程、来源和影响因素缺乏系统的认识。本项目以青藏高原风火山流域为研究对象，基于河流有机碳的高频度采样分析和径流的长期定位观测，分析河流有机碳输出的季节动态以及来源的季节变化规律，研究河流有机碳输出与气象因子、水文因子、环境因子以及土壤冻融作用之间的关系，建立河流有机碳输出过程与流域水文过程、冻土活动层冻融过程的相互关系。在此基础上，揭示多年冻土区流域河流有机碳输出通量及影响机制，以期为正确评估河流有机碳在气候变化背景下区域乃至全球碳平衡研究中的重要作用提供科学依据。

河流碳是全球碳循环的重要组分。全球变暖的背景下，河流输送的碳在数量和性质上发生了显著变化，特别是多年冻土区河流碳是寒区水文研究的热点领域之一。本项目以青藏高原风火山流域为研究对象，基于高频度采样分析和长期定位观测，分析了河流碳浓度、通量、季节动态及来源，研究了河流碳输出与气象、水文、环境因子及土壤冻融作用之间的关系，探讨了多年冻土区河流碳输出过程与流域水文过程、活动层土壤冻融过程的耦合机制。在研究期内，风火山流域河水中DIC浓度为30.54±9.60mgl-1，DOC浓度为2.69±0.81mgl-1，DIC输出通量介于5.32-14.79gCm-2yr-1，DOC输出通量介于0.62-1.15gCm-2yr-1，DIC和DOC的输出通量主要受控于流域的水文过程，长江源区DIC输出浓度和通量分别为25mgl-1和3.51gCm-2yr-1；时间尺度上，风火山流域河水DIC浓度从5-8月呈增加趋势，而雁石坪、沱沱河和直门达断面DIC浓度无明显变化趋势。春季河水中δ13C-DIC值比较高，5-8月逐渐降低，最低值一般出现在径流量最大的时候。蒸发溶解作用对风火山流域和长江源区河水中HCO3‐（占到DIC的95%以上）贡献比例最大，其他依次是硅酸盐风化、地下水补给、大气降水，碳酸盐风化作用贡献比例最低。风火山流域内河水DIC、DOC浓度与植被盖度呈正相关，与地表裸露率、平均海拔高度以及控制面积呈负相关。河水中δ13C-DIC值与多年冻土覆盖率、径流深及二氧化碳分压（pCO2）和脱气通量（FCO2）呈显著负相关，与植被盖度无明显关系。研究结果表明多年冻土区河水DIC、DOC浓度与活动层土壤融化和冻结深度呈正相关，DIC、DOC通量与融化深度呈正相关，与冻结深度呈负相关。本项目的研究结果加深了对青藏高原多年冻土区河流碳输出及影响机制的认识，为评估气候变化背景下河流碳在区域乃至全球碳平衡研究中的重要作用提供科学依据。