西南喀斯特流域土地利用对河流溶解无机碳及其同位素的影响

作     者：徐森 李思亮 钟君 XU Sen;LI Si-liang;ZHONG Jun

作者机构：天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院天津300072 

出 版 物：《环境科学》 (Environmental Science)

年 卷 期：2022年第43卷第2期

页      面：752-761页

核心收录：

学科分类：0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 083001[工学-环境科学] 070902[理学-地球化学] 0709[理学-地质学] 07[理学] 08[工学] 0705[理学-地理学] 0903[农学-农业资源与环境] 0703[理学-化学] 0901[农学-作物学] 0833[工学-城乡规划学] 0713[理学-生态学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2016YFA0601000) 国家自然科学基金项目(41571130072)。 

主　　题：喀斯特 碳循环 溶解无机碳(DIC) 溶解有机碳(DOC) 同位素 土地利用 

摘      要：河流溶解无机碳(DIC)作为流域碳循环的重要部分一直备受关注,其稳定同位素(δ^(13)C_(DIC))能够反映DIC来源和转化过程,而其受土地利用变化的影响的研究还较为缺乏.为了研究喀斯特河流水体DIC和δ^(13)C_(DIC)的影响因素,在典型喀斯特流域赤水河进行了河水样品采集与分析.赤水河流域上游主要分布碳酸盐岩而下游分布硅酸盐岩,且下游林地覆盖率较高,河水的元素组成揭示了流域上游河流水化学主要受碳酸盐岩风化作用控制,而下游部分支流主要受硅酸盐岩风化的影响.丰水期河流c(DIC)和δ^(13)C_(DIC)的平均值分别为(1940±493)μmol·L^(-1)和(-9±1)‰;枯水期c(DIC)偏高,δ^(13)C_(DIC)值更偏正,二者平均值分别为(2334±626)μmol·L^(-1)和(-7.3±1)‰.河流DIC主要受开放体系中碳酸盐岩风化作用控制,来源于碳酸盐矿物以及大气和土壤CO_(2).c(DIC)和δ^(13)C_(DIC)值的季节差异反映了气候、水文和生物作用对DIC的调控,夏季生物碳的汇入和有机质降解是δ^(13)C_(DIC)偏负的主要控制因素,而较高径流导致的稀释效应是c(DIC)偏低的主要原因.流域下游硅酸盐岩和林地面积占比均最高的3个支流流域的河水在丰水期具有最高的溶解有机碳浓度[c(DOC)]、最低的c(DIC)和最偏负的δ^(13)C_(DIC)值.碳酸盐岩面积占比和丰水期(R^(2)=0.52,P0.01)以及枯水期(R^(2)=0.58,P0.01)的c(DIC)均具有较好的正相关关系,表明岩性是控制河水c(DIC)的主要因素.流经碳酸盐岩地区的河段,丰水期具有比枯水期低的c(DIC)和偏负的δ^(13)C_(DIC)值.而对于流经林地面积占比较高、植被覆盖较好的非碳酸盐岩地区的河段,丰水期具有比枯水期高的c(DIC)和显著偏负的δ^(13)C_(DIC)值,表明DIC和δ^(13)C_(DIC)在受岩性影响较小的情况下,受土地利用影响较大.