黄河中游pCO2与FCO2时空变化与影响因素——以头道拐、潼关为例

摘要

河流是陆地碳库和海洋碳库的连接者，河流的碳逸出影响着全球碳平衡，是全球碳收支的重要组成部分。黄河作为中国第二大河流，是世界浑浊河流的代表之一。本文选取黄河中游内蒙古托克托县的头道拐水文站和陕西渭南的潼关水文站作为监测点，采用Li-7000静态箱法和梯度法估算了两个站点在2013年9月至2016年7月期间的黄河表层水-气界面的二氧化碳分压(pCO2)和二氧化碳逸出通量(FCO2)，探讨了两个站点pCO2和FCO2的空间和时间的分布差异。同时，还探究了影响水体pCO2和FCO2的因素，包括温度、pH、流量、流速和风速等。
　　本研究主要内容包括：⑴采样期间头道拐和潼关测站的pCO2季节性变化趋势一致，但两站点在相同季节的pCO2均值存在空间差异:春季为全年最大，分别为2130μatm和3368μatm;冬季为全年第二高，分别为1444μatm和2528μatm;夏季为全年第三高，分别为882μatm和2528μatm;秋季全年最低，分别为331μatm和2305μatm。潼关测站的pCO2年内均值2547μatm大于头道测站的1104μatm。⑵采样期间头道拐和潼关测站的FCO2呈现出相同的季节性趋势，但是两测站在相同季节的FCO2存在差异:秋季FCO2的值全年最高，分别为689 mmolm-2 d-1和793 mmol m-2 d-1;夏季全年第二高，分别为456 mmol m-2 d-1和609 mmolm-2 d-1;春季为全年第三高，分别为159 mmol m-2 d-1和164 mmol m-2 d-1;冬季为全年最低，分别为41 mmol m-2 d-1和61 mmol m-2 d-1。潼关测站的FCO2年内均值为376 mmol m-2 d-1大于头道拐的283 mmol m-2 d-1。⑶黄河中游的水体pCO2和FCO2不仅在头道拐和潼关两个站点存在明显的空间差异，即使在同一个河流断面上的不同采样点也存在差异。以头道拐断面为例，断面上4个采样点的pCO2和FCO2差异十分明显，靠近左岸S1点处的最小，分别为949μatm和75 mmol m-2 d-1;河道中部S2点处分别为1002μatm和196 mmol m-2 d-1;S3点的pCO2为1080μatm，FCO2为347 mmol m-2 d-1;靠近右岸S4点的最大，分别为1103μatm和634 mmol m-2 d-1。断面FCO2从左岸到右岸逐渐增加，主要受不同采样点处的河道流速和水深影响，河道流速和水深越大，CO2逸出量可能越大。⑷研究发现，潼关与头道拐监测站点河流水体pCO2的季节性差异和空间变化与pH、流量、TSS等因素差异有关，空间差异还与黄河流经黄土高原，碳酸盐进入水体影响水体中碳酸盐体系有关。此外沿途流入黄河的生产与生活污水也是不可忽视的因素。⑸黄河中游平均pCO2为1826μatm，FCO2为136 mol m-2yr-1，与世界其他河流相比处于较高的水平，表明黄河中游段是一个碳源。本研究结果为河流碳逸出的量级大小和时空变化规律和研究提供了科学依据，同时还为河流（特别是较大河流）pCO2和FCO2监测点的布设提供了参考。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 河流碳逸出研究进展

1．2．1 pCO2和FCO2的研究方法

1．2．2 大型河流的pCO2和FCO2研究进展

1．2．3 黄河碳逸出研究进展

第二章 研究区概况和研究方法

2．1．1 黄河流域概况

2．1．2 黄河中游概况

2．1．3 黄土高原概况

2．2 站位布设与采样时间

2．3 研究方法

2．3．3 FCO2计算方法

2．3．2 相关指标的测定方法

第三章 头道拐和潼关测站的水文和水化学特征

3．1 采样点流量的年际与年内变化

3．2 总悬浮固体的年际与年内变化特征

3．3 pH和碱度的年际与年内变化特征

3．4 溶解有机碳的年际与年内变化特征

3．5 本章小结

第四章 pCO2的分布及其影响因素

4．1．1 头道拐与潼关pCO2的年内与年际变化

4．1．2 pCO2的站点差异

4．2 头道拐与潼关pCO2的影响因素

4．2．2 流量对pCO2的影响

4．2．3 温度对pCO2的影响

4．2．4 pCO2的其他影响因素

4．3 研究河段与世界其他河流的对比

4．4 本章小结

第五章 FCO2及其影响因素

5．1．1 头道拐断面FCO2的年内与年际变化

5．1．2 头道拐断面FCO2变化

5．1．3 头道拐和潼关的FCO2变化

5．2 FCO2的影响因素

5．2．2 水温对FCO2的影响

5．2．3 流速对FCO2的影响

5．2．4 风速对FCO2的影响

5．2．5 其他因素对FCO2的影响

5．3 与其他河流的对比

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

基金项目

致谢