极端洪涝过程黑龙江中游流域可溶性铁输出及形成机制研究

发布时间：2017-08-24 03:37

  本文关键词：极端洪涝过程黑龙江中游流域可溶性铁输出及形成机制研究

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【摘要】：铁是海洋浮游植物生长的限制元素,海洋中铁含量的增加可以促进浮游植物生长,减缓温室效应及全球气候变化。黑龙江流域铁的地球化学循环过程非常活跃,也是该地区研究的热点问题。洪水是可溶性铁陆海输送的重要过程,在全球气候变化背景下,极端洪涝事件发生频率增加,对黑龙江流域可溶性铁的形成及迁移输送过程产生重要影响。本论文选择黑龙江中游流域为研究对象,研究了流域性、局域性及春汛等三种极端洪涝过程中黑龙江中游流域可溶性铁的含量、形态和输出的变化特征,结合模拟实验揭示了极端洪涝过程中可溶性铁含量变化的影响因素,并分别研究了极端洪涝过程中湿地及森林对可溶性铁形成的影响,最后分析了极端洪涝过程中可溶性铁的形成机制。主要研究结果如下:(1)黑龙江中游流域性极端洪水期间,黑龙江干流松花江江水中可溶性铁的平均浓度分别为1.11和0.69mg/L,与平水年夏汛期相比,极端洪涝过程中可溶性铁的浓度显著上升,可溶性铁均以低分子量络合态铁为主要形态,且可溶性铁输出通量分别为18.1万吨和3.6万吨。局域性洪水过程中,松花江中可溶性铁平均浓度为0.25mg/L,其浓度显著高于以往报道的夏汛期浓度水平,可溶性铁以低分子量络合态为主,平均输出通量为33吨/天。极端春汛过程中,可溶性铁浓度与正常年份相比没有显著性差异,平均浓度为0.28mg/L,其形态以低分子量络合态铁为主,平均输出通量为39吨/天。(2)通过相关性分析及模拟实验发现悬浮颗粒物含量、DOM的类型及含量是影响可溶性铁释放量的主要因素。各极端洪涝过程中可溶性铁与DOC均呈显著性正相关关系,此外,溶解性有机物(DOM)可以活化悬浮颗粒物中的铁,促使其释放,进而提高河水可溶性铁的含量。(3)在极端降水过程中,毛苔草、小叶章和水稻田湿地水体中可溶性铁的含量分别为2.08、2.89和3.98mg/L,与平时雨季的含量相比,均表现出显著性升高的特征,各湿地水体中可溶性铁均以低分子量铁为主。在极端降水过程中,三种湿地水体中可溶性铁的含量与降水均存在响应关系。模拟实验结果表明,淹水深度、DOC含量、干湿交替等是影响极端降水过程中湿地土壤可溶性铁释放的主要因素。极端降水过程中,毛苔草、小叶章和水稻田湿地水体中DOC的含量均表现出显著性升高的趋势,而极端洪涝过程中,随着湿地生态系统与河流系统的水文连通性改善,湿地可向河流中输出大量的DOM,在河水中进一步促进悬浮颗粒物中可溶性铁释放,进而增加其浓度。因此,在极端洪涝过程中,黑龙江中游流域内沿河湿地对可溶性铁的形成具有重要意义。(4)极端洪水过程中,森林类型河流(雅鲁河)中可溶性铁含量显著性升高,说明森林对流域内可溶性铁的形成具有一定影响,期间可溶性铁平均浓度为0.24mg/L,低分子量络合态铁为其主要形态,且输出通量为360吨。流量和DOM的含量是影响森林类型河流中可溶性铁形成及输送的主要因素。通过可溶性铁的输出负荷与流量进行线性回归所得的方程可以较准确的估算其输送通量。(5)极端洪涝是黑龙江流域可溶性铁陆海输送的关键性过程,对流域内可溶性铁的形成具有重要意义。极端洪涝过程中,地表径流及沉积物再悬浮作用使得悬浮颗粒物含量激增,沿江湿地的水文连通性的改善使得湿地向河流中输出大量DOM,悬浮颗粒物及DOM含量的升高是可溶性铁形成的主要驱动力,人类活动,如湿地开垦,农田沟渠及大型水库的建设也会对可溶性铁的形成及迁移输送过程产生影响。
【关键词】：黑龙江 松花江 极端洪涝 可溶性铁 湿地
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P342;P333
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 引言12-13
• 第一章 绪论13-32
• 第一节 研究背景、目的及意义13-14
• 第二节 国内外研究进展14-25
• 一、铁的生物地球化学循环14-21
• 二、黑龙江流域可溶性铁的研究进展21-22
• 三、极端洪涝对物质循环的影响22-25
• 第三节 研究内容、方法及创新点25-32
• 一、研究内容25-26
• 二、研究方法26-30
• 三、技术路线30-31
• 四、创新点31-32
• 第二章 研究区概况32-39
• 第一节 黑龙江中游流域自然环境概况32-35
• 第二节 松花江流域自然环境概况35-39
• 第三章 极端洪涝过程可溶性铁输出特征及其影响因素39-66
• 第一节 流域性极端洪水过程可溶性铁输出特征39-46
• 一、2013年黑龙江中游流域性极端洪水的基本情况39-40
• 二、流域性极端洪水过程中可溶性铁的含量、形态及输出变化40-46
• 第二节 局域性洪水过程中松花江可溶性铁的输出特征46-47
• 一、布拉万台风所引发的局域性性洪水过程46
• 二、局域性洪水过程中松花江可溶性铁输出及形态特征46-47
• 第三节 极端春汛洪水过程中松花江可溶性铁的输出特征47-50
• 一、松花江极端春汛洪水的背景情况48
• 二、极端春汛洪水过程中可溶性铁的输出及其形态48-50
• 第四节 极端洪涝过程DOM对可溶性铁含量及形态的影响50-54
• 一、洪涝过程中可溶性铁与DOC的相关性分析50-52
• 二、DOM对可溶性铁含量及形态的影响52-54
• 第五节 悬浮颗粒物中可溶性铁释放特征及影响因素54-60
• 一、可溶性铁释放动力学过程54-56
• 二、p H值对可溶性铁释放的影响56-57
• 三、泥水比对可溶性铁释放的影响57-58
• 四、DOM类型及含量对可溶性铁释放影响58-60
• 第六节 可溶性铁与其他元素的耦合关系60-65
• 一、极端洪水过程中流域内相关元素含量情况60-62
• 二、极端洪水过程中可溶性铁与氮、磷及锰的耦合关系62-65
• 本章小结65-66
• 第四章 极端降水 洪涝过程中湿地对可溶性铁形成的影响66-84
• 第一节 研究地自然环境概况66-69
• 第二节 极端降水对湿地水体中可溶性铁的影响69-74
• 一、湿地水体理化性质70
• 二、极端降水过程湿地水体中可溶性铁含量及形态变化70-72
• 三、湿地水体中可溶性铁对极端降水的响应72-74
• 第三节 湿地土壤中可溶性铁释放的影响因素74-80
• 一、淹水深度74-75
• 二、DOC含量75-76
• 三、干湿交替76-77
• 四、微生物活性77-79
• 五、pH值79-80
• 第四节 极端洪涝过程湿地DOM输出对可溶性铁形成的影响80-83
• 本章小结83-84
• 第五章 极端洪涝过程中森林对可溶性铁形成的影响84-94
• 第一节 雅鲁河流域自然环境84-87
• 第二节 极端洪水过程中森林流域可溶性铁的含量及形态特征87-89
• 一、极端洪水过程中可溶性铁含量的变化87-88
• 二、极端洪水过程中可溶性铁的形态88
• 三、森林类型流域对可溶性铁的贡献88-89
• 第二节 森林流域中可溶性铁形成的影响因素89-93
• 一、河水流量89-91
• 二、DOM91-93
• 本章小结93-94
• 第六章 极端洪涝过程中可溶性铁的形成机制分析94-104
• 第一节 地质因素94-95
• 第二节 悬浮颗粒物的含量95-97
• 第三节 沿江湿地的水文连通97-99
• 第四节 土地利用的改变99-101
• 第五节 大型水库101-104
• 第七章 结论与展望104-107
• 第一节 研究结论104-106
• 第二节 研究展望106-107
• 参考文献107-122
• 发表文章目录122-123
• 致谢123-124

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本文编号：728988