长江中上游干流碳输运量变化规律研究

摘要

河流作为连接陆地和海洋两大碳库的重要通道,源源不断地将陆地侵蚀的含碳物质输送到海洋,这种单向的流动是全球碳循环的重要环节,对全球碳平衡具有重要影响。
　　 本研究通过2005年3月～2006年3月观测期内,在长江中上游干流的屏山站、寸滩站、万县站、伍相庙站、宜昌站、汉口站以及支流嘉陵江的北碚站共7个站,每隔10天采一次水样,实验室测试其溶解有机碳(DOC)、溶解无机碳(DIC)的浓度,并搜集各站相应的水文数据,获得大量宝贵的第一手数据。
　　 论文根据野外采样及室内分析的DOC、DIC数据以及搜集的水文、环境、土地利用、社会经济等数据,分析了长江中上游干流DOC、DIC时空变化规律,并应用BP人工神经网络模型量分析环境背景变化对碳输运通量的影响程度。主要结论如下:
　　 (1)监测期内,长江中上游干流DOC浓度、DIC浓度随时间随时间变化,波动较大,与流量的相关关系较差；枯水期DOC浓度变化幅度大于丰水期,长江中游干流各站dDOC／dQ值丰水期明显低于枯水期；DIC浓度受到长江融雪补给及降水的双重影响,在2005年6月份前后呈现先下降后上升的趋势,而且波谷随水流方向逐渐后移。
　　 (2)从总趋势看,DOC、DIC浓度的空间变化,都是沿水流方向从屏山站到汉口站逐渐增加,局部DIC浓度从屏山站到万县站,先下降后上升；汉口站DOC、DIC浓度相对于宜昌站增加程度较大。
　　 (3)长江中上游干流各站的DOC年碳通量、DIC年碳通量、总碳通量的时间变化趋势与流量基本一致,丰水期碳通量高于枯水期碳通量；各站DOC、DIC旬碳通量以及年碳通量相差很大,其中汉口站最高(各旬平均碳通量为4.2×106tC、年碳通量为1.6×107tC),屏山站最低(各旬平均碳通量为6.2×104tC、年碳通量为2.3×106tC)；空间变化,沿水流方向,从屏山站到汉口站,都逐渐增加。
　　 (4)长江中上游干流碳输运受降雨、地形、三峡及葛洲坝水利工程和其他人类活动的影响。降雨、地形等因素共同影响流域的淋溶作用,使流域碳输运在时间上呈现丰枯不同的变化规律,空间上沿河流流向DOC、DIC浓度及通量呈现逐渐增加的趋势；三峡、葛洲坝水利工程对长江干流的畜泄影响,使大坝下游枯水期以还原性水体为主,导致大坝下游的宜昌站、汉口站丰枯之比大于1,而大坝上游的屏山站、万县站、伍相庙站则与之相反:北碚站、汉口站分别位于重庆、武汉两座大城市,人类生产、生活污水的排放,导致站DOC、DIC浓度相对与其他站均比较高。
　　 (5)环境背景的改变,对河流碳输运通量有一定的影响；运用BP人工神经网络模型定量分析环境背景变化对各站碳通量影响程度,环境背景变化对寸滩站、万县站、宜昌站碳通量产生负影响,各旬平均分别影响量为-0.17×105tC、-0.55×105tC、-0.31×105tC,年内影响总量分别为-6.17×105tC、-20.23×105tC、-11.34×105tC；环境背景变化对汉口站碳通量产生正影响,各旬平均影响程度为0.71×105tC,年内影响总量为26.38×105tC。