摘要
弯曲河流横向迁移是沿河岸塑造地貌的主要驱动力。弯曲河道、凸岸点滩和自然裁弯产生的牛轭湖等交错在河曲带内，形成镶嵌分布的地貌格局。这些地貌单元不仅连通洪泛平原和冲积河流，从而在有机碳的陆-水迁移过程中发挥截留和调节作用，其本身也是重要碳库，不同单元之间进行着有机碳交换，并在很大程度上决定河岸带生态系统结构、功能和过程的稳定。青藏高原的若尔盖盆地发育有数量众多的典型弯曲河流，且区域泥炭地有机碳库储量丰富，占青藏高原总储量的约88%。近70年来人类沿河岸带泥炭湿地开沟排水，改变了流域内水文连通条件，使河流地貌单元的分布格局进一步斑块化、复杂化。围绕弯曲河流地貌及人类活动(开挖沟渠)对有机碳迁移的影响机制这一科学问题，作者在青藏高原若尔盖泥炭地的弯曲河流(白、黑河)开展了为期4年的研究。通过在河道、点滩、牛轭湖、沟渠和洪泛平原等位置的原位监测和实验室分析，结合无人机航拍和遥感影像解译以及水文气象数据，借助数理模型和统计方法，得到了以下主要结果。 (1)识别了弯曲河道输送有机碳的组成、来源、通量和影响因素。沿白河干流往下游方向，溶解态有机碳(dissolved organic carbon, DOC)浓度无显著变化，颗粒态有机碳(particulate organic carbon, POC)主要来自流域内富含有机质的泥炭土，浓度随悬移质增加而显著下降，但通量被悬移质增加趋势抵消，往下游呈增加趋势，并始终是河道内有机碳的主要组成。估算生长季白河干流输送至流域外的有机碳通量约1.1×104t，在北半球泥炭地流域中处于较低水平。 (2)讨论了凸岸点滩截留有机碳的分布、特征和控制因子。受河谷和河道几何影响，白河干流往下游方向点滩面积增大，截留POC相应增多。有机碳在点滩内部分布较均匀，平均浓度约1.08%，纵向和垂向上均无显著差异。点滩生长有先锋植被的位置，有机碳含量显著高于无植被覆盖的裸露沉积物，反映了凋落物和根系分泌物垂向输送造成的局部异质性。点滩处于陆地化过程初期，有机质积累时间短，含量显著低于洪泛平原。 (3)讨论了由弯道凹岸侵蚀进入河道的有机碳通量及时空影响因素。一个水文年内，监测凹岸由水流裹挟、悬臂崩塌等河岸侵蚀过程进入河道的土壤约1.49m3。有机碳随崩岸土块进入河道后，其输送至下游的过程主要受流场和水流挟沙能力影响。河曲带放牧和部分河道渠化工程显著干扰了研究区域自然状态下河岸组成的二元结构，影响河岸侵蚀速率。 (4)在量化牛轭湖几何特征基础上，讨论了河湖连通条件及变化对湖泊环境梯度的控制作用。不同连通状态的牛轭湖几何形态差异显著，湖泊长度、面积、长宽比和曲率均从连通湖泊到半连通湖泊再到不连通湖泊依次下降。牛轭湖水化学存在与连通性相关的环境梯度，DOC含量从不连通的19.86mg/L下降至半连通的15.10mg/L，再到连通的10.23mg/L，反映了湖泊从营养物输送角色向生产角色的转变。生长季洪水脉冲和河流横向摆动可以改变原有连通条件，干扰牛轭湖环境梯度。 (5)阐述了沟渠有机碳输送对降水的响应机制，并建立了相应的预测模型。在平水期和暴雨径流期沟渠有机碳均以溶解态为主，强降水事件下，最大流量出现时间附近POC通量可能短暂超过DOC。POC随降水和沟渠径流量增加，表现为急增急降模式，浓度最大可达30mg/L，主要由沿沟渠两岸的土壤输送，泥炭地沟渠特殊截面形态也起促进作用。DOC随径流增加出现稀释效应，是源于降水与坡面径流混合以及降水直接进入沟渠与沟渠水混合。 综上所述，在青藏高原典型弯曲河流内，从单个水体到流域，河流演变和人类活动直接决定了主要地貌之间和地貌单元内部的有机碳迁移。这反映了生态背景的温度、降水和水文等因素，以及放牧、河岸工程等人为因素，在不同时空尺度上调节有机碳迁移的发生时机、方向和通量。河流地貌参与流域内有机碳迁移的程度不同，其碳库输入和输出的速率、量级、季节及空间模式也不同，从而造成非均质的有机碳空间分布格局。本研究对于高原泥炭湿地的生态保护及环境管理具有参考意义，对于水文地貌与湿地生态的交叉研究具有创新价值。
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