河流输送泥沙和颗粒态生源要素通量研究进展

河流中的泥沙是河流向河口和近海水域输送营养盐的重要载体,N、P、C、Si等营养盐是组成生命的最基本生源要素。按照形态组成,可将营养盐划分为溶解态和颗粒态两类,因此,从方法学上,对河流输送泥沙通量的估算是研究河流输送颗粒态营养盐通量的基本前提。本文从元素生物地球化学循环的角度,对国内外河流输送泥沙和颗粒态营养盐通量的研究进展进行了综述。国内外的研究表明： 20世纪50-90年代,估算的全球河流入海泥沙通量变化范围为8.8~64 Pg/yr(1 Pg=1012 kg),这一时期的研究重点是探讨自然因素对于河流输送颗粒态物质通量的影响;20世纪末-21世纪初,估算的全球河流的入海泥沙通量变化范围在11~27 Pg/yr之间,这一时期除重视自然因素外,还特别关注人类活动对于河流输送物质通量及其未来趋势变化的影响。很多研究报道了基于全球尺度上的河流输送泥沙通量和颗粒态营养盐通量模型,并据此估算出全球河流每年向海洋输送的POC、PN和PP总量分别达170~210 Tg、21~30 Tg和9~20 Tg(1 Tg=109 kg)。但将这些模型应用于某个特定流域还要进行进一步校正和检验。     

河流碳循环对全球变化的响应与反馈

河流连接陆地生态系统和海洋两大活动碳库,构成全球碳循环的一个关键环节。河流碳的输出及循环过程与近岸水域环境、海洋碳库变动及全球气候系统紧密相关。有机碳在全球碳循环系统中处于核心地位,了解河流有机碳通量及性质变化是目前河流碳循环研究的重要内容之一。流域面积的大小及气候和环境性质的差异对河流碳的输移及循环过程影响显著。目前,亚洲季风流域尤其是众多的小流域缺乏系统的有关悬移质生源要素的信息。陆地侵蚀-沉积过程控制着河流碳的主要来源和归宿。当前,人类活动主宰着陆地的侵蚀-沉积状况,这在很大程度上表现为加速了陆地生态系统碳库的扰动与再沉积,并加强了河流向海洋的碳输送。     

北京森林表土碳组分城郊梯度变化及其影响因素

快速的城市化进程深刻影响了城市森林土壤碳循环,重塑了城郊梯度上森林土壤碳空间分布特征。本文在北京市设置了4条城郊样带,测定了20个城市森林公园表土（表层0～10cm和亚表层10～20 cm）总碳及其不同碳组分含量,分析了各碳组分空间变化及其影响因素。结果表明,城郊样带森林表土总碳（表层21.0±1.6 g/kg;亚表层18.0±1.3 g/kg）以有机碳为主（表层占比64.6%±4.5%;亚表层占比54.9%±4.5%）,有机碳含量从市中心到郊区表现出先下降后增加的非线性变化,无机碳含量在此梯度上呈显著线性下降趋势。城市森林表土有机碳（表层13.8±1.5 g/kg;亚表层10.0±1.2 g/kg）以颗粒态有机碳为主（表层占比71.3%±2.4%;亚表层占比70.5%±2.8%）,颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳含量在城郊梯度上均表现出先下降后增加的非线性变化;颗粒态有机碳的占比在城区相对更小,而矿物结合态有机碳占比在城区相对更大。土壤质地、土壤p H和公园年龄是解释表土碳组分在城郊梯度上空间变异的重要因素,城郊气候梯度以及树木多样性对城市森林土壤碳组分空间变化的影响并不明显。上述研究...     

白令海颗粒有机碳输出通量的初步研究

测定了中国第2次北极科学考察期间(2003年7-9月)得到的白令海海域2个站位海水样品中溶解态及颗粒态234Th,238U和颗粒有机碳的含量。溶解态、颗粒态及总234Th的放射性在真光层中显著低于母体238U的放射性,总的234Th与238U在水深大于100m时趋于放射性平衡。BR03站位200m层位出现234Th的过量现象,可能是由于颗粒物再矿化造成的。利用234Th/238U在上层水体中的不平衡,估算了白令海上层水体真光层中234Th的平均停留时间和输出通量,并结合一维不可逆稳态模型估算出颗粒有机碳从真光层中的输出通量分别为11.66和11.69mmolC·m-2.d-1,大约分别占初级生产力的50%和59%,可能由于较大个体的浮游植物特别是硅藻的存在而造成。结果为进一步弄清白令海在全球碳循环中的作用提供了参考依据。     

楚科奇海浮冰区夏季短期颗粒有机物通量及其主要组分

中国首次北极科学考察期间 ,于 8月 2 0- 2 3日在楚科奇海浮冰区联合冰站实施了为期 4天的短期颗粒有机物通量研究。结果显示真光层的颗粒有机碳通量为 1 .582mgCm- 2 day- 1 ,2 2 0m深层为 1 .339mgCm- 2 day- 1 ,而相应的沉降颗粒物总通量分别高达 8.788和 1 0 .30 3mgm- 2 day- 1 。显示北极浮冰区的夏季融冰季节后期 ,颗粒有机碳通量的水平较低。与颗粒有机碳通量水平相似 ,生源硅和活性磷的通量水平也较低。对硅藻通量组份的分析表明 ,真光层沉降硅藻的优势种为Nitzschiacf.seriata、Naviculaglacialis和Melosirasp .,而 2 2 0m层则Lepto cylindrussp .占绝对优势 ,其丰度数量百分比均超过 70 %。硅藻碳通量的绝对值较低 ,为0 .1 0 7- 0 .1 1 3mgCm- 2 day- 1 。然而 ,真光层大型桡足类的碳估算值高达 1 0 8.67mgCm- 2day- 1 ,占浮游动物总碳量的 95 .3 % ,大型浮游动物的表观碳通量高于浮游植物碳通量 2- 3个数量级 ,显示楚科奇海夏季融冰期高浮游动物碳量、低浮游植物碳量的特点。但浮游动物表观碳量高的主要原因与浮游动物的昼夜垂直运动有关 ,却并非是实际向深层海洋传输的碳量     

中国陆地自然植被碳量空间分布特征探讨

陆地生态系统在全球碳循环动力学中的作用受到越来越多的注意。目前中国森林覆盖率为1392% , 到本世纪末全国森林覆盖率将达到15% , 对全球碳平衡具有重要作用。但是,由于我国碳循环的基础研究比较落后,致使我国陆地生态系统的碳储量和净第一性生产力 （NPP） 碳量还没有被准确确定, 而且陆地生态系统的碳通量估计存在较大差异。     

20世纪50年代中期以来崇明岛东部盐沼发育对长江入海泥沙的响应

以20世纪50年代中期以来崇明岛东部盐沼6个钻孔潮坪层段为研究对象,根据柱样粒度特征、碳/氮元素含量、有机碳稳定同位素组成（δ¹³C）和C/N比,结合长江入海泥沙通量的变化,研究20世纪50年代中期以来崇明岛东部盐沼发育与长江入海泥沙的响应关系。结果表明：长江入海泥沙通量及组成是20世纪50年代中期以来崇明岛东部盐沼物质粗细变化的主控因素;崇明岛东部盐沼沉积物δ¹³C与C/N比的相关程度、有机质含量与各粒径区间颗粒含量的相关性在不同时期均存在差异;20世纪60年代,长江入海泥沙量达到顶峰,流域不同侵蚀区域的泥沙相互混合,有机质含量与各粒径区间颗粒含量的相关性及δ¹³C与C/N比的相关程度均很差;20世纪90年代以来,崇明岛东部地区进行了高强度的围垦活动,δ¹³C与C/N比的相关程度下降。这表明20世纪50-80年代崇明岛东部盐沼发育受长江入海泥沙控制,20世纪90年代以来崇明岛东部盐沼发育除受长江入海泥沙控制外,还受围垦等人类活动的显著影响。     

基于210Pb测年法的楚科奇海陆架北缘有机碳沉积通量研究

有机碳沉积作用在一定时间尺度上形成海洋碳汇作用的最终净效应,北冰洋陆架的有机碳沉积作用在全球碳循环中有着尤为重要的地位。为了测定楚科奇海陆架的有机碳沉积通量,本文应用210Pb测年法对中国第3次北极考察R17站位的沉积物样品的年龄及沉积速率进行了分析测定,并结合表层沉积物中有机碳的含量计算得到了楚科奇海陆架北缘的有机碳沉积通量。结果显示,该站位的沉积速率为0.6 mm/a,表观沉积质量通量为0.72 kg/m2/a,有机碳沉积通量为517 mmol C/m2/a。经估算,真光层输出的有机碳中约有29 %被长期封存在沉积物中,远高于中低纬度的正常值（~10 %）,说明楚科奇海陆架区具有高效的碳汇作用。     

西伯利亚北极河流有机碳输出特征及影响要素

河流有机碳输出是北极碳循环的重要组分,对气候变化十分敏感。本文利用ArcticGRO的径流及有机碳数据,通过数理统计分析等方法,对2004—2017年间俄罗斯西伯利亚地区的鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河有机碳输出进行研究。结果显示：西伯利亚3大河流的年均有机碳输出总量约23 Tg,其中溶解有机碳（DOC）输出约18.55 Tg,占北极地区50%以上,接近颗粒有机碳（POC）输出的4倍。2009—2017年间的年均DOC输出量较1999—2008年存在较大差异,鄂毕河增加18%,叶尼塞河下降13%,而勒拿河增加了近70%。春、夏两季有机碳输出总量占全年85%以上,春季为有机碳输出高峰期,而在鄂毕河流域春、夏季贡献率相当。各流域河流有机碳输出特征不同且具有季节性变化,主要受径流、冻土及人类活动等的影响。其中,DOC输出总量在年际与季节性变化特征上均与径流变化呈显著正相关,随径流增加DOC浓度也相应增大;而多年冻土也因类型及分布差异对河流DOC与POC具有不同程度的影响。研究气候变化下的北极河流有机碳输出特征及影响要素,有助于深入理解北极河流有机碳输出对气候及环境变化的综合响应,为揭示气候变化下的北极碳循环过程奠定基础。     

近10 年来长江口水下三角洲的冲淤变化 ——-兼论三峡工程蓄水的影响

根据对近10 年来长江入海泥沙量和河口冲淤的对比分析, 探讨水下三角洲冲淤对长江入海泥沙锐减以及三峡工程运行的响应。结果表明: (1) 三峡水库蓄水导致长江入海泥沙减少1×10⁸ t/a 量级; (2) 1995-2000 年、2000-2004 年和2004-2005 年研究区淤积(冲刷) 面积分别占75.5% (24.5%)、30.5% (69.5%) 和14% (86%), 垂向冲淤速率(负为冲刷) 分别为6.4 cm/a、-3.8 cm/a 和-21 cm/a。(3) 由于地形和水动力的变化以及工程的影响, 研究区内冲淤对河流来沙减少的响应存在显著空间差异。结论包括: 三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少; 入海泥沙的锐减是水下三角洲从淤积为主向侵蚀为主转变的主要原因。随着水库拦沙能力的增强等流域人类活动的影响, 长江入海泥沙将进一步下降, 河口口门区的冲刷可能加剧, 值得有关部门重视。     

在三门峡水库影响下黄河有机碳的输送特征

通在黄河三门峡水文站进行1 a的连续采样分析和调水调沙期间的密集采样分析,揭示了三门峡水库水沙调控对黄河有机碳输送过程的影响。结果表明,在水库调水调沙期间,三门峡站POC含量与TSS含量同步增加,而DOC含量变化趋势不明显;在1 a内,DOC和POC含量均有明显的季节变化。三门峡站POC年通量为124.8万t,其中调水调沙期间POC输送量约占POC年通量的38%,水库敞泄期间（8~9月）的POC输送量约占POC年通量的60%;三门峡站DOC年通量为7.6万t,其中7~9月DOC输送量约占DOC年通量的52%。     

长江口外海域沉积物中有机物的来源及分布

通过分析长江口外海域不同区域有机碳和氮的分布特征及其影响因素,了解了底部沉 积物中有机碳和氮同位素的生物地球化学特征,探讨二者对长江口外海域底部沉积物中有机 物来源的指示意义。运用质量混合模型,计算了长江输入的陆源有机物的贡献及其空间变化。结果表明,长江口外海域沉积物中TOC 和TN 的分布和东海陆架的环流体系有着密切关系, 与环流的分布相对应,如果大致沿31^oN 和123^oE 作为分界线, 整个研究区的TOC 和TN 的分布可划分为4 个具有不同分布特征的区域。TOC、TN、δ¹³C 和δ¹⁵N 分别与沉积物的平均粒 径呈线性相关关系,因此,粒度效应是控制长江口外海域沉积物中有机物分布和稳定同位素 碳、氮的一个重要因素。研究区内的C/N 比值能够在一定程度上体现有机物的来源信息,但δ¹⁵N 表现出了与C/N 和δ¹³C 不同的区域分布和变化特征。陆源有机物来源比重较高的区域与 长江口外海域赤潮突发频率最高的地区相对应。长江口附近沉积物中的陆源有机物来源最高, 超过了50%,且等值线呈舌状向东北方向凸出,表明了长江冲淡水的影响。陆源颗粒态有机物沉海底后,要不断经历早期成岩作用和生物作用,因此在在相同地点,陆源有机物对沉积物中有机物的贡献,要明显小于对悬浮颗粒态有机物的贡献。     

亚洲通量观测网建立的回顾与展望

1IntroductionTheelucidationofthebudgetsofcarbon,waterandothermassesatvariouslandecosystemshasbecomeanimportantsubjectintheglobalwarmingissue.Forthisstudy,thedatafrompreciseandlong-termobservationsofcarbondioxide,watervapor,andheatfluxtakeninvariouslandsur…     

Findings through the AsiaFlux network and a view toward the future

The preliminary results of long-term CO2 flux measurements at forest sites in East Asia are explained and compared with each other. The features of seasonal variation of CO2 fluxes are different among deciduous-broadleaf, evergreen-coniferous, deciduous-coniferous and tropical forests in East Asia, and the causes of difference are discussed. The integrated yearly NEP (net ecosystem production) estimated from the CO2 flux by eddy covariance method in various forests of East Asia has a notable difference in the range of 2 to 8 tC ha-1 yr-1. The main factors of this difference are the annual mean temperature and tree species. Furthermore, the remaining issues are discussed, such as the quantitative estimation of the CO2 flux by the eddy covariance method and the synthetic analysis of the carbon budget under collaborations with biological survey.     

长江口外海域沉积物中有机物的来源及分布

The spatial distribution patterns of total organic carbon and total nitrogen show significant correlations with currents of the East China Sea Shelf. Corresponding to distributions of these currents, the study area could be divided into four different parts. Total organic carbon, total nitrogen, and organic carbon and nitrogen stable isotopes in sediments show linear correlations with mean grain size, respectively, thus ＂grain size effect＂ is an important factor that influences their distributions. C/N ratios can reflect source information of organic matter to a certain degree. In contrast, nitrogen stable isotope shows different spatial distribution patterns with C/N and organic carbon stable isotope, according to their relationships and regional distributions. The highest contribution （up to 50%） of terrestrial organic carbon appears near the Changjiang Estuary with isolines projecting towards northeast, indicating the influence of the Changjiang dilution water. Terrestrial particulate organic matter suffers from effects of diagenesis, benthos and incessant inputting of dead organic matter of plankton, after depositing in seabed. Therefore, the contribution of terrestrial organic carbon to particulate organic matter is obviously greater than that to organic matter in sediments in the same place.     

开垦对高寒草甸土壤有机碳影响的初步研究

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择高寒草甸开垦后形成的一年生人工草地作为研究对象,开垦年限分别为0、1、11、16和20年,利用土壤有机碳密度分组法,进行了0~40cm土层土壤有机碳及不同组分（轻组有机碳,重组有机碳）含量及随开垦年限变化关系的研究。结果表明：高寒草甸开垦后其土壤有机碳的变化主要发生在0~10cm土层,土壤中SOC、LFOC和HFOC呈下降趋势,至20年时分别下降了10.5 %、26.7%、8.1 %,主要原因为当地较为强烈的风蚀作用、耕作侵蚀和开垦加剧了表层（0 ~10cm）土壤有机质的氧化分解,表层土壤中的粗有机物质在降水淋溶作用下,在土体下部重新淀积。而0 ~40 cm土体内,SOC、LFOC和HFOC略有增加,开垦20年,他们的累积速率分别为0.08 t C·hm-2·yr-1、0.07 t C·hm-2·yr-1、0.14 t C·hm-2·yr-1。人工草地长期种植虽然没有改变高寒草甸作为碳汇的基本功能,但却大大降低了其碳汇效应,植物-土壤系统年固定碳量由未开垦前的7.38t C·hm-2·yr-1下降至6.89 t C·hm-2·yr-1。     

A 17,300-year record of mercury accumulation in a pristine lake in southern Chile

Anthropogenic mercury accumulation in lake sediments has been studied extensively, but natural processes that controlled mercury accumulation in the past are still poorly understood. We present a 17,300-year record of mercury accumulation in the sediments of Lake Hambre, southernmost Patagonia, Chile (53°S, 70°W), in combination with an investigation of environmental changes in the region. Mercury accumulation in the remote pristine lake varied appreciably, as much as 16×, exceeding the anthropogenic forcing of atmospheric mercury fluxes by a factor of 3–5. Principal Component Analysis revealed that short-term variations were not related to changes in atmospheric mercury deposition or to fluxes of mineral soil into the lake. Instead, there was significant covariation between short-term changes in mercury and catchment-derived trace elements, e.g. copper and yttrium, throughout the past 17,000 years. Covariation between mercury and carbon concentration in some parts of the record suggests that fluxes of particulate and dissolved organic matter from the catchment to the lake account for short-term variations in mercury accumulation. Nevertheless, over the long term, there is no common trend for mercury accumulation and organic matter flux. The median mercury accumulation rate was rather constant (29 μg m^?2 a^?1), whereas the flux of terrestrial organic matter into the lake increased through time. We hypothesize that this was a consequence of a progressive decrease in the input of terrestrial organic matter-bound mercury through time. Whereas production of terrestrial organic matter increased over the long term because of development of catchment vegetation and soils, following glacier retreat, amounts of mercury, copper and yttrium provided by atmospheric deposition and bedrock weathering remained relatively constant. As a consequence, despite increased fluxes of terrestrial organic matter to the lake, fluxes of mercury remained constant.     

草原土壤的碳氮含量及其与温室气体通量的相关性

通过采样分析研究内蒙古锡林流域温带草原土壤有机碳及全N的含量特征,探讨它们的含量与温室气体CO2、N2O、CH4通量的相关性。结果表明：沿470－150mm年降水梯度线，土壤表层（0－20cm）有机碳含量从2．38％递减到1．23％，全N含量从0．218％递减到0．136％，而且放牧和开垦都有使有机碳及全N含量降低的趋势；CO2通量与有机碳含量、全N含量、C／N及N2O通量显著相关，N2O通量与有机碳含量、C／N及CO2通量显著相关，且CO2和N2O的通量都有沿降水梯度递减的趋势；CH4通量与有机碳含量、全N含量、C／N、CO2通量及N2O通量都没有显著相关性。