河流是连接陆地与海洋生态系统的重要纽带,连接着陆地和海洋两大活动碳库,河流碳循环是全球碳循环中的一个关键环节。河口作为陆地和海洋生态系统的交汇处,目前是全球碳循环研究的焦点之一。河口区有机质来源复杂,有机碳输入、降解、再生及相互转化等行为在不同河口区存在明显差异。研究河口水体中溶解性有机质(DOM)的来源及分子组成,有助于估算河流碳循环对全球碳收支的影响。
中国是世界上河流最多的国家之一,对全球碳循环具有重要影响。中国科学院东北地理与农业生态研究所水环境遥感学科组的科研人员于不同季节对中国48个河口水体有机碳浓度、DOM来源及分子组成进行了野外调查采样及分析。结果发现中国河口秋季水体中溶解性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)浓度均显著高于夏季(p<0.05)。同时,基于稳定同位素分析和傅立叶变换离子回旋共振质谱技术解析了河口水体中DOM的来源和分子组成,发现秋季和夏季,这些河口水体中DOM都是主要来源于陆生源(植被及土壤:60.6%-68.4%),其次为内源物质(18.6%-25.6%),人为污水的贡献率为7.6%-13.7%。陆生源和人为源对DOM的贡献比例在季节间并无明显差异,但内源物质在秋季的贡献率要明显高于其他季节(p > 0.05)。
虽然这些河口水体DOM的分子组成都以高度不饱和化合物为主,但是DOM的具体分子组成在7个流域间仍存在较大差异(图1),人类活动的干扰可能就是造成这些DOM分子组成有明显差异的主要原因之一。本研究结果有助于进一步理解人类活动对河流碳循环的干扰和影响。同时,本研究为进一步开展区域和全球河流碳循环研究工作奠定了坚实基础。
该研究成果发表在国际期刊Journal of Hydrology上,中国科学院东北地理与农业生态研究所温志丹副研究员为第一作者,中国科学院东北地理与农业生态研究所宋开山研究员和香港科技大学何丁教授为共同通讯作者。
该研究得到了国家重点研发计划(2019YFC0409105)和中国科学院青年创新促进会(2020234)的共同资助。
图1 中国不同流域河口水体中DOM分子组成比例分析
论文信息如下:
Wen Zhidan, Shang Yingxin, Lyu Lili, Liu Ge, Hou Junbin, He Chen, Shi Quan, He Ding*, Song Kaishan*. Sources and composition of riverine dissolved organic matter to marginal seas from mainland China. Journal of Hydrology, 2021: 127152. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.127152