乌鲁木齐河源区颗粒有机碳的产出输移及冰川消融的影响机制研究

Global warming results in an ablation of the glaciers and ice sheet, particulate organic carbon (POC) is being released from the glaciers, which will eventually affects the ecological systems and river carbon cycles. However, how do the glaciers melting affect the release and transportation processes of POC, and how do the release of POC affect regional, even global ecology and environment? We still unclear at present. The head of Urumqi River has suffered profound alteration under the effect of global change, and is an idea area to study the glaciers melting and its ecological and environmental influence. Based on the observations of glacier, hydrology and meteorology at the head of Urumqi River, together with the investigation of plants coverage and soil, this program will collect the samples from different sources and analyze them in laboratory during annual cycle. All the data will be used to study the spatial and temporal change of POC and their impact factor, determine their sources, explore the output and transportation of POC and estimate their fluxes; construct the feedback mechanism among glacier ablation, hydrological variation and POC output, further for revealing the influencing mechanism of the glacier change process on the release and transportation processes of POC at the head of Urumqi River.

全球持续变暖导致冰川消融，冰川中的颗粒有机碳（POC）加剧释放，对河流碳循环及区域生态环境产生重要影响。然而，POC的产出/输移如何响应冰川消退过程，其生态环境效应的影响机制是什么？目前尚不清楚。乌鲁木齐河源区是冰川退缩及生态环境效应研究的理想地区。本项目依托天山冰川观测试验站、源区水文气象站，结合植被、土壤调查，对一个完整年度内端元样品进行连续采集和实验室分析，研究POC的时空变化特征及影响因子，判别流域POC的来源、揭示POC的产出/输移及通量变化规律；分析冰川消融、水文变化、POC释放三者之间的互反馈机制；通过与其他流域的对比研究，揭示冰川消融过程对乌河源区POC产出/输移的影响机理及其生态环境效应。

全球持续变暖导致冰川消融，冰川中的溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳（POC）加剧释放，对河流碳循环及区域生态环境效应产生重要影响。然而，DOC/POC的产出/输移如何响应冰川消退过程，其生态环境效应的影响机制是什么？目前尚不清楚。本项目依托天山冰川观测试验站、源区水文气象站、黄河源和长江源水文气象站，结合植被、土壤调查，对一个完整年度内端元样品进行连续采集和实验室分析，研究DOC/POC的时空变化特征及影响因子，判别流域DOC/POC的来源、揭示DOC/POC的产出/输移及通量变化规律；分析冰川消融、水文变化、DOC/POC释放三者之间的互反馈机制。基于上述背景和目的，我们收集了长江源区冬克玛底冰川（DG）和天山的乌鲁木齐河源1号冰川（UG1）的DOC资料，研究估算了冰川源DOC的通量为786 Gg/年，这个估算值是近期Hood等人基于全球有限的DOC样本量（n=55）的估算结果的1.4倍。冰川源DOC浓度的季节变化过程显著，季节变化过程与冰川消融过程关系密切。其空间变化呈现出明显的由浓度向下游逐渐增加，说明土壤冲刷和矿物风化作用影响显著，可抵消河道清除作用。该研究结果进一步强调了冰川源DOC可能在全球碳循环中扮演着重要角色。我们利用河水和降水中DOC浓度的三年数据，探索了黄河源区中DOC的沉积和迁移过程。结果表明，河流DOC的年平均浓度在2.03至2.34 mg L−1之间，其季节变化与降水和温度影响下的径流密切相关。据估算，黄河源区DOC沉降通量每年约为88318吨，河流每年输送的DOC通量在24629到37539吨之间。尽管黄河源区的多年冻土退化正在加剧，但DOC产量并不像人们想象的那么显著。基于长江源的DOC数据，我们分析了不同端元DOC浓度的关系，研究表明，DOC在三个端元的平均浓度表现为地下水>降水>河流，这与水量、循环周期和河流流速有关。在沱沱河和日门达，分别有459吨和6751吨DOC通过河流运输。尽管DOC的湿沉降通量几乎是河流通量的十倍，但河流DOC仍然主要来源于流域的土壤侵蚀。我们的研究结果认为，多年冻土退化和冰川退缩对河流中的DOC浓度有很大影响。