岩溶流域河流有机碳来源与岩溶碳汇稳定性研究

A new model which is considering the combined action of carbonate dissolution, the water cycle and photosynthetic uptake of DIC by aquatic organisms provides a new direction to the stability of karst carbon sink. Photosynthetic uptake of HCO3- by aquatic organisms can transfer the HCO3- to the organic matter which is more stably, and also make the karst carbon sink witch related to the HCO3- more stably. This process has been proved by the study on aquatic organisms, and the organic matters sourced by this process can be transport through the rivers. However the study on riverine organic carbon for the stability of karst carbon sink is few, therefore, we do the research on the riverine organic carbon. Comparing the geochemistry such as carbon and nitrogen abundance, carbon isotope and biomarkers of riverine organic matter and aquatic organisms in different areas and seasons, the variation of organic carbon sourced from photosynthetic uptake of HCO3- can be shown in space and time. And then, combined the sources of riverine organic matter and the geological and hydrology setting, the main factors of the variation of organic carbon sourced from photosynthetic uptake of HCO3- will be discussed, to provide theoretical basis and data support for the research on the stability of karst carbon sink.

基于水-岩-气-生相互作用的碳酸盐风化模式为岩溶碳汇稳定性的解决提供了方向。水生植物对HCO3-的光合利用将岩溶作用形成的HCO3-转化为相对稳定的有机碳，是岩溶碳汇稳定的关键过程。前人通过对水生植物的研究证实了这一过程，河流输送的有机碳中记录了这一过程的相关信息，但国内外从河流有机碳角度开展的研究较少。本项目拟通过桂江流域不同地区、不同季节河流有机碳元素、碳同位素、生物标志物等地球化学特征的分析，并结合流域内水生植物地球化学特征，分析河流有机碳的来源，揭示河流有机碳中与岩溶碳汇稳定性相关的，源自水生植物光合利用HCO3-来源有机碳在空间上和时间上的变化特征。并结合地质背景和水文条件，分析水生植物作用下，水体HCO3-向有机碳转化的主要影响因素，为岩溶碳汇稳定性的研究提供理论基础和数据支撑。

为解决岩溶碳汇稳定性问题，基于岩溶流域水-岩-气-生相互作用的碳酸盐岩风化碳循环模式，选取漓江流域，通过不同地区、不同季节和洪水过程河水各主要离子、无机碳和有机碳含量及碳同位素变化特征，分析了水生植物光合作用对无机碳的影响，以及河流输出有机碳中水生植物光合利用碳酸氢根来源有机碳比例，并通过阳朔断面一个水文年的监测数据，初步估算了岩溶碳汇通量、硅酸盐岩风化碳汇通量、水生植物光合利用碳酸氢根来源有机碳通量。.漓江流域9个采样点四季采样测试结果表明，漓江流域河水无机碳主要来源于岩石风化，并以碳酸风化碳酸盐岩为主，无机碳含量与岩溶区面积比例密切相关；无机碳受水生植物光合作用影响显著，季节上春秋季更为显著，位置上利于水生植物生长的漓江干流桂林至阳朔段更为显著；溶解有机碳和颗粒有机碳都以内源有机碳为主。.漓江流域阳朔断面洪水过程和非洪水过程动态监测和对比研究结果表明，洪水过程无机碳来源与非洪水过程一致，仍以碳酸风化碳酸盐岩为主，硫酸/硝酸风化碳酸盐岩比例有所增加；水生植物光合作用被抑制，对无机碳影响不显著；溶解有机碳和颗粒有机碳中外源有机碳比例急剧增加，以外源有机碳为主。.岩溶流域因水生植物光合作用碳源不同，内源有机碳同位素值差异显著，因而重新建立了有机碳来源的识别方法。据此计算了非洪水过程中水生植物光合利用碳酸氢根来源有机碳的比例为内源有机碳的60%，总有机碳的50%。基于阳朔断面一个水文年的监测数据，结合无机碳和有机碳来源，估算出漓江流域碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化的碳汇强度分别为69.2和4.8 tCO2·a-1·km-2。而水生植物光合作用稳定的岩溶碳汇强度为4.96 tCO2·a-1·km-2，为岩溶碳汇的7%。