干旱区农业对流域溶解有机质迁移转化影响研究

The watershed exports of dissolved organic matter (DOM) plays a key role in water quality maintenance, material exchanges and energy flows, which is very important for the scientific management of ecological environments. The objective of this project is to identify significant effects due to agricultural activities for the migration and transformation of DOM in arid basins. The middle Heihe River Basin in northwestern China is chosen as the study site and the hydrological cycle process is used as a clue to figure out rules of watershed exports of DOM, based on sampling work, laboratory measurements and other methods like the parallel factor analysis. The PARAFAC method will be improved to identify fluorescent components of DOM firstly, combining published data. Thereafter, the agricultural control of watershed exports of DOM into surface water will be interpreted. Finally, the end-member mixing analysis will be used to figure out the patterns and control mechanisms of groundwater mixing processes in the irrigated zone. Moreover, the impact of alterations of hydrological processes caused by agricultural activities on the migration of DOM in groundwater will be evaluated. The conclusions of this study are of great significance to enhance the DOM component decomposition method, understand the effect of agricultural activities on the watershed exports of DOM in the large arid area, and provide an indicator of the scientific management strategies of the basin-scale ecological environment.

干旱区流域溶解有机质（DOM）的迁移转化因其在水质保护及物质和能量流动之中发挥的重大作用，对生态环境的科学管理十分重要。本项目以农业活动在影响干旱区流域DOM迁移转化中所起到的关键作用为出发点，并以水文循环过程为线索，把我国西北地区黑河流域中游作为研究实例，基于野外采样工作，结合实验室测试手段和平行因子分析等数据解析方法，研究受农业活动干扰下的流域DOM迁移转化规律。首先通过改进平行因子分析方法，进行DOM的来源及组分信息的定量识别；然后探讨农业活动影响下地表水DOM的迁移规律和特征变化；最后采用混合端元分析法识别灌区地下水中DOM的混合过程及农业活动在其中的控制机制，进而评价灌溉造成的水循环模式改变对DOM的迁移影响。研究结果对完善DOM源解析方法，理解干旱区农业活动对DOM行为的影响机制，规划科学的流域生态环境管理策略具有重要意义。

干旱区流域溶解有机质的迁移转化过程对水质保护及流域尺度的物质和能量流动十分重要。本项目以农业活动在影响干旱区流域DOM迁移转化中所起到的关键作用作为关键研究对象，以与农业活动紧密相关的流域水文循环过程为线索，把我国第二大内陆河流域黑河流域的中游作为研究实例，结合野外采样、实验室测试以及平行因子分析、主成分分析、聚类分析等数据统计分析方法，研究受农业活动干扰下的流域DOM迁移转化规律。首先改进了平行因子分析的算法，使得多次采样测试获取的三维荧光光谱的结果可以进行联合模拟，对DOM荧光组分进行分离及定量识别，最终获取了一个三组分模型，其中C1及C2组分被认定为陆生来源的类腐殖质组分，C3被认定为水生来源的类蛋白组分。然后探讨了农业活动影响下，河岸带农田空间分布与丰、枯水期的河流DOM的陆源、内源组分与营养物质之间的变化关系，发现丰枯水期的DOM浓度并没有明显区别，但是陆生来源组分含量在丰水期因水土流失过程更显著而明显更高，而河岸带农田占比的增加，也会造成河水丰水期陆生组分的增加以及枯水期类蛋白组分的增加。最后，利用主成分分析、聚类分析等方法识别灌区受灌溉作用影响的地下水样点，并将其与未受灌溉影响的地下水样点的DOM特征进行分析，发现灌溉回流会造成地下水中DOM含量以及陆生来源组分的明显增加，该过程只存在于细土平原带的潜水含水层中，并且该过程会随着地下水的出露而传递到河流的潜流带中。本项目的研究结果对完善DOM源解析方法、理解干旱区农业活动对DOM迁移行为的影响机制，以及科学规划流域生态环境管理策略具有重要的科学意义。