摘要
工业革命以来，人类活动深刻地改变了全球碳循环，河流作为连接陆地和海洋两大碳库的纽带，在全球碳循环过程中有着不可或缺的作用。长江是典型的世界大河，其水资源丰富、输沙量巨大，对区域和全球碳收支有着极其重要的贡献。长江流域孕育了我国最大的流域经济带，密集的人类活动，加之巨大的水沙通量,使得长江干流碳组分变化十分复杂。因此，系统研究人类活动影响下长江干流碳含量、碳通量和碳同位素组成的动态变化特征，可为长江干流碳收支的评估和长江大保护战略的环境效益提供数据支撑和科学依据。目前长江河流碳动态的研究大多集中于某一河段、某一碳组分上，长江全干流大尺度、多形态碳含量及碳同位素组成的变化特征尚不清楚。本研究根据实地采样与历史数据，系统地分析了长江干流碳含量、碳通量与颗粒有机碳(POC)同位素组成的季节与空间变化特征，探讨了长江干流水体中POC的主要来源。同时结合水环境因子与人类活动影响因子，利用偏Mantel检验、Spearman相关分析、冗余分析(RDA)、方差分解(VPA)和层次分割(HP)分析，探讨长江干流碳动态的影响因素。主要取得了以下研究成果: (1)碳含量变化特征及水环境因子的影响:长江干流丰水期溶解有机碳(DOC;2.39±0.38mgL-1)和颗粒有机碳(1.36±0.93mgL-1)浓度显著高于枯水期(DOC:2.09±0.36mgL-1，POC:0.33±0.26mgL-1),枯水期溶解无机碳(DIC)浓度(29.13±1.97mgL-1)显著高于丰水期(26.16±3.16mgL-1)。DOC浓度在湖泊水库附近出现低值，三峡库区内POC浓度明显降低，中下游段DIC浓度逐渐降低，而中下游河流二氧化碳分压(pCO2)逐渐升高。丰水期DOC浓度与总磷浓度(TP)显著强相关(p＜0.01,|r|≥0.4),POC浓度与悬浮颗粒物(TSS)和颗粒氮浓度(PN)显著强相关(p＜0.05，|r|≥0.4),DIC浓度和pCO2均与水温(Tw)、pH、溶解氧浓度(DO)和电导率(Cond)显著相关(p＜0.05),而在枯水期，除POC外，其他碳组分与水环境因子的相关性均减弱。 (2)POC同位素组成及来源:长江干流颗粒POC同位素组成的季节差异不显著(p=0.74),自上游至河口，干流POC表现为贫化趋势。枯水期上游POC主要来源为污水和土壤有机质，中下游POC主要来源为浮游植物和陆地凋落物。丰水期δ13CPOC值与水环境因子无显著相关关系(p＞0.05),而在枯水期δ13CPOC值与DO、TSS、TP、PN、POC浓度和Cond显著负相关(p＜0.05，r≤-0.4),与Tw显著正相关(p＜0.05,r≥0.4)。 (3)碳通量特征及人类活动影响:在丰水期和枯水期，长江干流单位面积CO2释放量(Fco2)均在三峡库区段有所增加，丰水期干流Fco2自上游至河口逐渐增加，枯水期变化不大。2019年，干流CO2释放通量为0.43Tg·C·yr-1,DOC、POC和DIC入海通量分别为2.06Tg·C·yr-1、2.30Tg·C·yr-1和21.41Tg·C·yr-1。VPA和HP结果表明，丰水期人类活动对干流碳含量空间变化的贡献(65％)较枯水期(43％)大。相比其他人类活动影响因子而言，GDP在丰枯水期均对干流碳动态有较大贡献(丰水期:10％,枯水期:7％);丰水期四个环境治理投资因子均对干流碳动态存在较大贡献(共计19％)，仅次于GDP。在枯水期，水库库容对干流碳动态贡献最大(18％),污废水治理投资(共计13％)相比其他环境治理投资因子贡献更高。
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