黄河干流碳输运及人类活动对其影响

发布时间：2020-10-01 14:24

　　河流是陆源物质向海洋输运的主要通道。当今，以水库修建、农业灌溉引水等为主的人为影响日益加剧，改变了河流自然状态下的物质输运规律，对河流流域的碳收支平衡以及源/汇格局产生重要影响。黄河是中纬度干旱半干旱地区高浑浊度河流的典型代表，也是受人类活动影响最为严重的河流之一。对其碳输运规律及影响因素的探讨，对于讨论同类河流碳输运行为具有重要的借鉴意义。本文通过2003年至2012年间黄河干流的多个航次以及花园口（全年）和利津站（调水调沙及24小时连续站）的观测数据，探讨了黄河各形态碳的输运特征和季节变化规律，特别关注自然过程变化和人为活动对其影响，主要结果如下：（1）与世界河流有机碳输运以溶解态（DOC）为主不同的是，黄河有机碳输运以颗粒态（POC）为主。且超过85%的POC集中在粒径小于32μm的颗粒物上，自兰州至利津不同粒径悬浮颗粒物承载POC的输运规律是一致的。黄河DOC浓度从上游至下游呈现逐渐升高的趋势，城市污水排放和农业灌溉退水污染的影响也不可忽视，这与大多数河流污染输入的DOC主要来自于城市污水排放不同。另外，全球变暖可能会导致青藏高原河段水体中DOC浓度升高。（2）虽然当前黄河水体中有机碳主要来源于黄土母质以及具有难降解的特性。然而黄河水库库容极大，水库对颗粒物的滞留、沉积，使得库区自生源有机碳贡献增加而导致降解率升高，对高浑浊度的黄河来说，库区对河流自身有机碳输运规律产生的影响远远高于其他河流。短时期来看，黄河流域水库因沉积作用已经作为一个稳定的碳汇存在，然而调水调沙工程却在不到一个月的时间里，将超过全年35%和56%的DOC和POC输运入海，瞬时流量和TSS浓度甚至可分别高达4100m3/s和27×103mg/L。（3）黄河DIC浓度高达3mmol/L，在世界河流中位居前列。尽管青藏高原亚流域的面积仅占全流域的30%，但作为黄河的主要水源区，强烈的淋溶作用导致该亚流域拥有全流域最高的化学风化速率，其岩石风化大气CO2消耗量也占到全流域的64%；而在占全流域面积近70%黄土高原亚流域，较高的蒸降比限制了化学风化速率，较小的地表径流限制了风化产物向黄河干流的输运，其岩石风化大气CO2消耗量仅占全流域的35%。因此，青藏高原亚流域是黄河水体中高浓度DIC的主要来源。而以往的研究认为“黄土中较高的碳酸岩含量是导致黄河水体中高浓度DIC的原因”。此外，随着全球变暖以及黄土高原干旱的程度增加，青藏高原亚流域对黄河DIC输运入海通量的贡献在未来将呈现上升趋势。（4）与世界河流一样，黄河也表现为大气CO2的源。但与大多数河流有机物降解是提供CO2主要来源不同的是，强烈化学风化过程维持的河水高DIC浓度的碳酸盐体系是影响黄河水体pCO2分布的主要因素。黄河水体中TSS含量极高，水体的透光性差，浮游植物的光合作用受到限制，生物固碳能力较弱。（5）黄河的DIC收支出现不平衡，进入黄河水体的DIC量大于黄河输运入海通量。水库滞留，农业灌溉取水对河流DIC的清除作用显著。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：X52;X143
【部分图文】：

变化趋势,陆地生态系统,碳交换,全球碳循环

大气 CO2浓度变化趋势图（http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/tr态系统一直处于开放的状态，这不仅体现在陆地岩石化O2[3-8]，还体现为陆地生态系统与大气间的碳交换[9-11]以行的碳输运[12-17]。同时，陆地生态系统的碳循环极易受土地利用方式的改变，农业活动等[18-21]。在全球变暖的在全球碳循环中的源/汇作用尚存争议[22-24]，这也是多年

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黄河干流碳输运及人类活动对其影响园口以下黄河下游亚流域（III），因河道高悬于地面而被称为地上悬河，该亚流域主要分布以粘土为主的碎屑岩（图 2-1）。由于黄河泥沙主要来源于黄土高原的第四纪沉积物，因而黄河悬浮泥沙度组成、矿物组成、有机物含量与黄河中游地区黄土具有极大的相似性。黄河泥沙中有机质含量极低，极少超过 1%[99]，黄河流域土壤有机质含量分布也为不均，兰州以上流域土壤中有机质平均含量为 6.6%，超过中游黄土中有机物含量（0.20～0.60%）的 10 倍以上[100] [101]。黄河流域土壤含碳率沿程分布也规律，兰州以上河段土壤含碳率明显高于中下游[102] [103]。

实测径流量,耗水量,黄河,利津

导致黄河物质输运入海通量的减少。农业灌溉河流域大部分位于干旱半干旱地区，光热资源充足，降雨稀少而水资源十分贫乏，流域内工农业生产和人民生活用水主要依靠黄直以来，农业灌溉是影响黄河水文情况的重要因素。目前黄河流经扩大到了沿黄九省以及河北省、天津市，流域内约有一半耕地水资源进行农业灌溉[94]，农业灌溉耗水量约占到全流域总耗水06]。随着流域工、农业和社会经济的发展，黄河流域用水量不断增入海径流量呈下降趋势（图 2-2）。20 世纪 50 年代黄河流域地表 14.1 km3/a[107]，而这一数值在 21世纪前 10 年已达到 27.7 km3/a，黄河入海径流量（15.5 km3/a）的 1.8 倍，其中约 90%的农业耗水州以下流域[82]。

【参考文献】