亚热带流域13C、15N输出分异特征及其水文驱动机制

C, N and H2O cycle in terrestrial environment and its respond and adaption to global environmental change is one of the hottest topic in earth science field in the future, so the C and N matter and energy exchange in watershed scale under hydrological process drive in terrestrial ecosystem would be helpful for us to further understand the hydrological and biogeochemical cycle coupling process from landscape scale level. The typical subtropical watershed in red soil area in South China is selected as study area in the project. The aims of this study are to estimate the 13C and 15N loads and contribution in the watershed under base flow and rain-runoff process through monitoring the C and N transport and its isotopic characteristics, investigate the 13C and 15N distributing characteristics in the watershed, precisely analyze the C and N transport source from watershed by using C and N isotopic tracing method, quantificationally describe the 13C and 15N loads in different hydrological route and classify the C, N driving mechanism under hydrological process, which provide scientific basis for improving watershed management, reducing NO3-N pollution in water and securing water quality safe.

生态系统C-N-H2O耦合循环及其对全球变化的响应是未来十年地球科学研究的热点之一，从流域尺度揭示陆地生态系统在水文过程驱动下的C、N物质与能量交换，有助于我们从景观水平尺度提高对生物地球化学循环与水循环耦合过程的理解。本项目拟选择南方红壤区典型亚热带流域为研究对象，通过研究流域尺度C、N及其同位素输出分异特征，评估13C和15N在流域基流和降雨-径流过程中的分流机制与输出贡献，分析流域内13C、15N同位素空间分布特征，精确解析流域C、N输出的主要来源，定量描绘不同水文路径下13C、15N同位素迁移通量，阐明水文过程对流域C、N输出的驱动机制，为改善流域生态系统管理，保障流域水质安全提供科学依据。

本项目拟选择南方红壤区典型亚热带流域为研究对象，通过研究流域尺度C、N及其同位素输出分异特征，评估13C和15N在流域基流和降雨-径流过程中的分流机制与输出贡献，分析流域内13C、15N同位素空间分布特征，精确解析流域C、N输出的主要来源，定量描绘不同水文路径下13C、15N同位素迁移通量，阐明水文过程对流域C、N输出的驱动机制，为改善流域生态系统管理，保障流域水质安全提供科学依据。主要成果如下：流域氮湿沉降年负荷达43.64～630.59kg，氮沉降通量为0.44~6.43 kg•hm-2，呈现出极大的季节变异性；流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%，说明降雨对流域氮流失影响巨大，并以硝酸盐为主，流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5mg•L-1)存在发生富营养化的隐患。同时，雨水中的C浓度在夏季达到峰值，溶解性总碳(DTC)的浓度最高可达16.5 mg L-1， 降雨径流输送C量达到7440 kg km-2，约占流域碳湿沉降的57％。 亚热带流域的森林生态系统被认为是碳汇，生态系统的净二氧化碳交换量(NEE)为-5.11×105 kg C km-2，而7月的NEE最低为-8.93×104 kg C km-2。