三峡水库香溪河库湾溶解有机质动态过程及控制因素
河流筑坝是人类活动干扰陆地-海洋物质循环最显著行为之一，世界范围内有超过7万座大型水坝，所形成水库的蓄水量是天然河流的7倍以上。而其中的支流库湾是水库的重要组成之一，它不仅是河流筑坝之后形成的独特水体环境，更是最受水库调蓄影响的“敏感区”。溶解有机质(DOM)作为天然水环境中最大的活性碳库，其变化深刻影响着海-陆各级生态系统的平衡。在该背景下，关于水库调蓄对支流库湾DOM来源及动态过程影响的研究不仅是评价水库对区域碳循环影响的关键，更对水库调蓄管理和全球碳循环的演化预测具有重要的参考意义。为此，本文选取了香溪河库湾这一世界上最大水库(三峡水库)的典型支流库湾为研究区，首先利用多种技术手段，在多层面精确追溯了水库调蓄影响下的香溪河库湾DOM来源，其次评估了水库调蓄对库湾DOM性质的影响，明确了水库调蓄对库湾DOM性质的影响机制，最后分析了水库调蓄影响下的库湾DOM降解效应。取得的主要认识如下： 1.通过对香溪河库湾全年各季节146个DOM样品总体性质、光谱性质与分子组成分析，准确表征了水库调蓄下库湾DOM的混源特征(陆源输入、自生源输入、人类污染输入)。相对定量计算出了有色溶解有机质(CDOM)中类腐殖质组分占比(33-72%)、类蛋白组分占比(28-67%)，以及固相萃取溶解有机质(SPE-DOM)中陆源组分的占比(83-92%)，自生源组分及人类污染输入组分的占比(8-17%)。在温带水库中首次利用分子手段与光谱技术的斯皮尔曼耦合，使CDOM与SPE-DOM分析相结合，刻画了CDOM的分子特征以及SPE-DOM的光谱特征，结果表明库湾CDOM与SPE-DOM具有相似的分子性质，即陆源组分具有高芳香度、分子量、O/C、低H/C的特征，自生源及人类污染输入来源组分具有低芳香度、分子量、O/C，高H/C的特征，更精确的刻画了库湾DOM来源特征。 2.通过香溪河库湾不同调蓄阶段(排水期、过渡期、蓄水期)DOM样品性质多尺度对比发现不同调蓄阶段下DOM来源变化明显，排水期DOM具有较高自生源输入、人类污染源输入和较低陆源输入特征；蓄水期DOM具有较高陆源输入、较低自生源输入和人类污染源输入特征；过渡期DOM介于两个阶段之间，具有中等陆源输入、自生源输入和人类污染输入特征。 3.评估了水库调蓄带来的藻类勃发、水位变化、径流量变化、水动力模式变化对库湾DOM性质的影响，通过综合分析得出不同调蓄阶段下的水动力模式变化(中-上层倒灌异重流模式、底层倒灌异重流模式、正常缓流模式)是导致香溪河库湾DOM性质变化的主要因素，并建立了水库调蓄对库湾DOM性质的影响机制。在此基础上对香溪河库湾各调蓄阶段DOM中有机碳库进行初步量化，表明排水期DOM中陆源有机碳量0.6×103t，自生源+人类输入源有机碳量1.1×103t；过渡期DOM中陆源有机碳量0.7×103t，自生源+人类输入源有机碳量0.6×103t；蓄水期DOM中陆源有机碳量1.3×103t，自生源+人类输入源有机碳量0.4×103t。 4.经过水库各调蓄阶段香溪河库湾DOM降解特征(光降解、生物降解行为)对比发现，DOM的降解特征受水库调蓄影响，生物降解能力：排水期＞过渡期＞蓄水期；光降解能力：排水期＜过渡期＜蓄水期。DOM降解特征的研究表明水库调蓄对库湾DOM带来了深远的影响，不仅影响了库湾DOM的来源和性质，后续还决定了DOM的降解效应，结合水库不同年龄下的DOM性质分析，最后得出，水库调蓄影响下的DOM性质变化可能是影响水库CO2通量变化的重要因素。
水库调蓄;溶解有机质;傅立叶变换离子回旋共振质谱;降解效应
浙江大学
博士
地球化学
何丁
2020
中文
TV697
2021-02-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）