全 文 ：第 34 卷第 19 期
2014年 10月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.19
Oct.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金(31130010, 31200354); 国家“十二五冶科技支撑计划(2012BAC06C03)
收稿日期:2013鄄01鄄08; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄07
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: qzhang@ wbgcas.cn
DOI: 10.5846 / stxb201301080059
谭慧娟,夏晓玲, 吴川, 张全发.基于碳稳定同位素示踪的金水河颗粒有机碳来源辨析.生态学报,2014,34(19):5445鄄5452.
Tan H J, Xia X L, Wu C, Zhang Q F.Identifying sources of particle organic carbon in surface water based on stable isotope tracing in the Jinshui River.Acta
Ecologica Sinica,2014,34(19):5445鄄5452.
基于碳稳定同位素示踪的金水河颗粒有机碳来源辨析
谭慧娟1,2,夏晓玲1, 吴摇 川1,2, 张全发1,*
(1. 中国科学院武汉植物园水生植物与流域生态重点实验室, 武汉摇 430074;2. 中国科学院大学, 北京摇 100049)
摘要:颗粒有机碳(Particle Organic Carbon, POC)在河流碳循环中占重要地位,并能提供流域内自然及人类活动的记录。 通过
采集和测定汉江上游金水河流域河岸带土壤和植物及河流中藻类和悬浮颗粒有机碳(POC)的季节性碳稳定同位素值和 C / N
比值,对河流水体中悬浮颗粒有机碳的浓度的季节性变化特征以及来源及其贡献进行了研究。 结果表明,金水河流域水体中颗
粒有机碳(POC)的浓度值存在明显的季节性变化特征,夏季>春季>秋季>冬季。 河流上游轻度干扰区的 POC浓度值明显低于
中下游中度干扰区和严重干扰区。 河流中 POC主要来源于土壤有机质、C3 植物和藻类 3 个端元,而来源于浮游生物和 C4 植
物碎屑的贡献很小。 各季节之间具体的来源及其贡献有所差异,且 POC的来源及其贡献具有空间差异。 因此,金水河水体中
颗粒有机碳(POC)的来源及其贡献受到季节变化和人为干扰程度的影响。
关键词:金水河;悬浮物;颗粒有机碳;碳同位素比值;C / N比值
Identifying sources of particle organic carbon in surface water based on stable
isotope tracing in the Jinshui River
TAN Huijuan1,2, XIA Xiaoling1, WU Chuan1,2, ZHANG Quanfa1,*
1 Key Laboratory of Aquatic Botany and Watershed Ecology, Wuhan Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430074, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Particle organic carbon (POC) in riverine systems is a critical component in the global carbon cycle, and it
could provide information on human activities in particular land use in their representative drainage areas. In present study,
soil and plant in the riparian zone and algae and POC in river waters were sampled in the Jinshui River Basin. Stable carbon
isotopes analysis and elemental C / N ratios measure were applied to investigate the seasonal change of concentration, sources
and their contributions of POC in river. The results showed that the POC concentration in river had remarked seasonal
variations in the Jinshui River, in a decrease order of summer, spring, autumn, and winter. Larger quantity of soil organic
matters and plant debris were washed into the river in spring and summer due to intensive rainfalls, and higher temperature
was in favor of algal growing and which could produce more endogenous POC. Additionally, the POC concentration in
slightly disturbed zone (i.e., upstreams) was obviously lower than that of moderately disturbed zone and intensely disturbed
zone (i.e., middle reach and downstreams). These showed that seasonal change and human disturbance such as change of
land use had a great influence on the concentration of POC in the Jinshui River. Qualitative analysis using stable carbon
isotope (啄13C), elemental C / N ratios and the relational graph indicated that the major sources of POC in river were soil
organic matter, C3 plants, and algae, and contribution from plankton and C4 plants were minimal. Ternary analysis model
further revealed tempo鄄spatial variabilities of the sources and their contribution of POC in river. The results showed that the
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sources and their contribution of POC in river had remarked seasonal variations in the Jinshui River. But, the contribution of
POC in river from endogenous (i.e., algae) was obviously lower than that from exogenous (i.e., soil organic matter and C3
plants) .At the same time, the sources and their contribution of POC in river also showed differences between different
zones. The POC in slightly disturbed zone and in moderately disturbed zone ( i. e., upstreams and middle reach) mainly
came from soil organic matter and C3 plants, and they were soil organic matter and algae in intensely disturbed zone (e.g.,
downstream). Therefore, human disturbance had a great influence on the sources and their contribution of POC in the
Jinshui River.
Key Words: jinshui river; suspended matter; particle organic carbon; carbon isotope ratio; C / N ratios
摇 摇 碳循环是碳在大气、海洋、陆地生态系统 3 个主
要碳库之间的流动。 虽然河流碳循环所输送的碳通
量的绝对值不是很大,但河流是连接地球上两个重
要碳库———海洋和陆地生态系统的重要通道,同时
流域内的自然过程都会反映在河流输送的碳及其性
质上。 因此河流碳循环的研究是全球碳循环研究非
常重要的一个环节。 颗粒有机碳(POC)在河流碳循
环中占重要地位,颗粒有机碳大约占世界河流总有
机碳通量的一半,并且河流输送的颗粒有机碳在河
流碳循环和流域土壤侵蚀过程中发挥着重要的作
用[1]。 河流颗粒有机碳主要来自陆地表面风化、侵
蚀而形成的碎屑有机物质[2],它与陆地生态系统密
切相关,河流颗粒有机碳研究不但提供了碳循环的
重要信息[3],而且也提供了流域内自然及人类活动
的记录[4]。
河水中的悬浮颗粒有机碳通常分外源和自生两
类,自生来源于河流中植物叶绿体经光合作用所产
生的颗粒物,外源主要来源于土壤侵蚀和植物碎屑。
碳、氮同位素作为示踪剂对于研究河流系统的的碳、
氮循环有着非常重要的作用,并日益成为判别河流
系统有机质来源的最有效工具之一[5鄄7]。 根据不同
来源的悬浮颗粒有机质具有特定的碳、氮同位素值
变化范围,可对有机质的来源进行判别[8鄄9]。 国内外
相关研究表明,与稳定氮同位素相比较,稳定碳同位
素在有机碳溯源分析研究中更不易受生物活动的影
响,而具有更高的准确性。 稳定碳同位素技术的应
用,可更好地研究河流颗粒有机碳的来源和揭示流
域植被和土壤侵蚀状态的变化[10]。 早在 20 世纪
60、70 年代, Sackett 等[11]、Hunt[12]、Meyers 等[13]、
Shultz等[14]就以碳稳定同位素方法,对河口沉积环
境中颗粒物来源进行了研究。 80 年代, Hedges
等[4,15]、Richey 等[16]、Bird 等[10]对亚马逊河沉积物
碳同位素开展了系统的研究工作。 国内河流颗粒有
机碳的碳同位素示踪研究还比较少,目前只见到对
长江、黄河、珠江、双台子河等河流、河口区的研究
报道[17鄄19]。
本文采用碳稳定同位素的方法,利用颗粒有机
碳(POC)的 啄13C 值、C / N 比值和关系图以及端元混
合模型,来辨析汉江流域上游的金水河流域颗粒有
机碳来源端元及其贡献率,了解该流域的水土流失
状况及其对河流生态生态系统的影响,从而为区域
水环境保护提供理论依据。
1摇 研究区概况
金水河为汉江的一级支流,该流域地处东经
107毅40忆—108毅10忆,北纬 33毅16忆—33毅45忆,行政区划上
位于陕西省佛坪县和洋县境内(图 1)。 该流域属于
北亚热带山地暖温带湿润季风气候区,多年平均气
温 11.5—14.5益,降水量在 900—1244 mm 之间。 金
水河河道长 87 km,落差 1487 m,流域面积 1517
km2,在佛坪县境内年均径流量为 2.54 亿 m3[20]。 其
上游位于陕西佛坪国家自然保护区内,人口密度低,
植被覆盖度良好,其下游流经居民区,河流两岸多为
农田。 农业活动和木材砍伐是这个区域内主要的人
为干扰,因此,根据居民密度、农田面积和扰动历史,
我们将金水河流域划分为具有不同人为干扰程度的
3个区域(图 1),依次为:轻度干扰区、中度干扰区和
严重干扰区[21]。 轻度干扰区位于佛坪国家自然保
护区内,中度干扰区和严重干扰区以佛坪县和洋县
的县界为划分边界,3个区域占流域总面积的百分比
依次为 39.8%,29.5%和 30.7%[21]。 轻度干扰区:位
于自然保护区境内,河流两岸多为陡坡狭谷,土地利
用方式为落叶阔叶林林地,植被覆盖良好,森林覆盖
率 95%以上。 竹林面积占 44.7%,区域内人迹罕至,
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人为干扰活动很少;中度干扰区:河流两岸多为较为
开阔的坡地,土地利用方式为农田,种植水稻、红薯、
玉米等农作物,人为干扰活动适中;严重干扰区:河
流两岸的土地利用方式为农田、2个采沙场和一些建
筑用地,植被覆盖稀少,人为干扰活动多,水土流失
较为严重。
2摇 材料与方法
图 1摇 金水河流域采样点分布图
Fig.1摇 Schematic of sampling sites in the Jinshui River
2.1摇 样品的采集
在金水河的 15 个采样点,其中轻度干扰区设 5
个(J1、J2、J3、J4、J5),中度干扰区 6个(J6、J7、J8、J9、
J10、J11),严重干扰区 4 个( J12、J13、J14、J15) (图
1)。 根据其水文特点,分季节在 2011 年 11 月、2012
年 1月、4月、7 月进行了 4 次采样。 每个采样点断
面设置左、中、右 3 个采样处,采样时使用有机玻璃
采水器,测试分析采用三处混合的水样。 由于研究
区河流水深均不超过 10 m,因此,地表水样在采集时
并未分层。 水样用直径为 47 mm 孔径为 0. 45 um
Whatman GF / F玻璃纤维滤膜过滤,滤膜先用 10%的
HNO3浸泡 24 h,沥干硝酸后用超纯水将其洗至中
性,在无尘环境下阴干,再放入马弗炉中灼烧 4 h,以
去除无机碳。 过滤时,每个样点过滤 4—5 L 河水,
过滤后的悬浮物样品连同滤膜用锡箔纸包好,放入
冰袋中冷冻保存。
在沿河两岸,每一个样点同时采集了土壤、植物
样品,土壤样品在河流两侧 200 m范围内采集,除去
表层浮土,取 1—20 cm 的土壤样品,并装入自封袋
中。 植物样品则在河流两侧采集沿河岸生长较多的
不同种类的植物样品(C3 植物、C4 植物分开采取),
装入自封袋中。 用网筛捞取藻类,装入自封袋中,在
低温下保存,春季有 7个样点采取到藻类样品,夏季
有 9个,秋季有 5 个,冬季没有采取到藻类样品。 4
次采样共采集 60份颗粒有机碳(POC)样品、60份土
壤样品、71份植物样品(其中 C3 植物样品 60 份,C4
植物样品 11份)和 21份藻类样品。
2.2摇 样品的处理与分析
过滤后的悬浮物样品用冷冻干燥机干燥后。 滴
加数滴 0.5 mol / L 的盐酸,使滤膜完全浸湿,并置于
含浓盐酸的干燥器(其底部放有 3 个盛有浓盐酸的
小烧杯)中熏蒸 48 h,以除去样品中的无机碳。 再用
去离子水淋洗样品,直至滤液呈中性,并用硝酸银溶
液来检测样品中有无 Cl-残留。 再将去除无机碳后
的样品进行冷冻干燥后,研磨过筛(100 目),用小封
口袋装好备用。
土壤、植被和藻类样品经冷冻干燥后,研磨过筛
(100目)。 取 0.5 g 样品,加入 0.5 mol / L 的盐酸 25
mL,在水浴锅中 60 益恒温反应 2 h去除无机碳。 样
品洗涤方法同上。 再将去除无机碳后的样品进行冷
冻干燥后备用。
经过上述处理后的样品,用元素分析仪(multi
N / C 2100)、同位素质谱仪(Delta V Advantage)测定
有机碳含量和稳定同位素组成,同时得出 4 个指标:
TOC(Total Organic Carbon)、TN(Total Nitrogen)、碳
同位素值(啄13C)和 C / N比值。 同位素计算公式为:
啄13C(译)= 也(R样-R标) / R标页伊1000
式中,R = 13C / 12C,以 PDB 国际标准为参照,分析误
差为 依0.3译。
3 摇 结果与讨论
3.1摇 金水河流域水体中颗粒有机碳浓度组成的变化
金水河流域颗粒有机碳(POC)的浓度的变化特
征见表 1。 春季的变化范围为 9.59—23.15 mg / L,平
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均值为 14.27 mg / L;夏季的变化范围为 10.76—33.33
mg / L,平均值为 20. 47 mg / L;秋季的变化范围为
7郾 31—20.89 mg / L,平均值为 13.34 mg / L;冬季的变
化范围为 6.54—19.54 mg / L,平均值为 11.52 mg / L。
POC浓度值表现出夏季>春季>秋季>冬季的特点。
春夏季是金水河流域降水比较多的季节,在雨水冲
刷的作用下,大量的土壤有机质和植物碎屑等被带
入河流中。 另外,春夏时期,由于气温升高,水生藻
类和浮游植物生长旺盛,能贡献更多的自生颗粒有
机碳[22]。
在不同的水文季节,从上游至金水河注入汉江
处,POC浓度值变化趋势基本一致(图 2)。 上游轻
度干扰区的 POC 浓度值明显低于中下游中度干扰
区和严重干扰区的 POC 浓度值。 上游轻度干扰区
植被覆盖度好,降雨过后,地表径流冲刷较轻。 而中
下游地区,人为干扰比较大,多为耕地,地表裸露面
积大,降雨冲刷较为严重,因而中下游的中度干扰区
和严重干扰区的 POC 浓度远远高于位于保护区内
的轻度干扰区。 这表明人为干扰程度及土地利用方
式的变化对河流水体中颗粒有机碳的含量有比较大
的影响。
表 1摇 金水河流域颗粒有机碳的浓度组成
Table 1摇 Concentration of POC in the Jinshui River
区域
Zone
样点
Sampling point
颗粒有机碳浓度值 Concentration of particle organic carbon / (mg / L)
春季 Spring 夏季 Summer 秋季 Autumn 冬季 Winter
轻度干扰区 J1 11.38 13.98 11.01 7.70
Slightly disturbed zone J2 10.83 13.33 9.01 8.71
J3 9.59 10.76 7.31 6.54
J4 10.72 13.22 8.62 8.47
J5 11.03 15.10 7.73 7.43
中度干扰区 J6 9.79 19.97 10.42 9.29
Moderately disturbed zone J7 13.54 17.04 13.98 8.58
J8 13.01 16.01 15.32 10.02
J9 23.15 21.15 14.73 12.51
J10 22.04 24.73 20.07 19.54
J11 17.01 23.03 20.89 18.55
严重干扰区 J12 22.21 29.21 15.31 15.21
Intensely disturbed zone J13 21.73 33.33 19.76 17.63
J14 17.59 29.09 13.02 12.02
J15 15.37 27.17 12.97 10.67
图 2摇 金水河流域颗粒有机碳(POC)的浓度变化线性回归图
Fig.2摇 The longitudinal change in POC in the Jinshui River
3.2摇 金水河流域水体中颗粒有机碳的来源及其贡
献的定性分析
碳稳定同位素值( 啄13C)、碳氮比值(C / N)及其
关系图是定性分析河流颗粒有机碳来源的有效方
法,该方法准确应用的前提是不同来源(端元)的 C /
N比值和 啄13C范围的合理取值。 河流颗粒有机碳潜
在来源主要包括 C3植物碎屑、C4 植物碎屑、土壤有
机质、水生维管束植物、河流浮游生物和藻类等六大
类[23]。 前人已经对这些端元的 啄13C 和 C / N 比值的
范围进行了一些归纳,但由于河流周边环境的差异,
各端元的 啄13C 和 C / N 比值的范围肯定会呈现出一
定的变化幅度。 本研究对金水河流域的土壤、植物、
藻类等端元进行了测定(表 2),未对浮游生物这一
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端元的 啄13C和 C / N 比值的范围进行测定。 Redfiled
的研究证明,淡水浮游生物同海洋浮游植物具有相
似的 C / N比值,一般在 6—8之间[24],典型的淡水浮
游生物的 啄13C 值在-24译—-42译之间[25]。 金水河
流域水体中水生维管束植物很少,所以可以忽略其
贡献。 因此本研究仅讨论剩下 5 种可能端元:C3 植
物、C4植物、土壤有机质、浮游生物、藻类。
对表 2进行分析比较可以得出:金水河流域植
物的 啄13C端元值与前人的研究结果大体一致,而 C /
N比值更偏大一些;土壤有机质的 啄13C 和 C / N 比值
端元值范围都更宽一些;藻类的 啄13C 端元值与前人
的研究结果有差别,其值偏小,可能与河流具有不同
的水域环境(如温度、营养元素、水体中的 CO2等)而
生长的藻类种类不一样有关,C / N 比值的差别不是
很大;浮游生物的 啄13C和 C / N比值端元值沿用前人
的研究结果。
把表 2中前 4种端元的实测值和前人关于浮游
生物的研究结果,作为金水河流域颗粒有机碳的潜
在来源范围,与本研究所获水体颗粒有机碳(60 份
样品)的分析实验数据进行比较,以初步辨识金水河
水体中颗粒有机碳的主要来源。
表 2摇 金水河流域颗粒有机碳来源的 啄13C和 C / N分布
Table 2摇 The range of ratios of carbon isotope and C / N of POC in the Jinshui River
颗粒有机碳来源
The source of POC
啄13C / 译
前人研究结果[26鄄27]
The results of
other people
本研究测定
The results of
this study
C / N
前人研究结果[26鄄27]
The results of
other people
本研究测定
The results of
this study
C3植物 C3 plants -23—-30
-20.679—-30.127
(-20—-30) ﹥ 15
31.9-19.07
(﹥ 19)
C4植物 C4 plants -9—-17
-9.061—-14.589
(-9—-14) ﹥ 15
27.39—16.1
(﹥ 16)
土壤有机质
Soil organic matter
-22—-25
-19.485—-30.704
(-19—-30) 10—13
12.37—8.69
(12.5—8)
藻类 Algae -22—-28
-31.411—-42.966
(-31—-42) 10—30
32.31—11.54
(32.5—11)
浮游生物 Plankton -24—-42 6—8
摇 摇 摇 摇 圆括号代表数据的主要集中范围,前人研究结果数据参照喻涛
图 3摇 颗粒有机碳(POC)的 啄13C和 C / N关系图
Fig.3摇 The relational graph for 啄13C and C / N of POC in the
Jinshui River
实心圆点表示颗粒有机碳的数据点,矩形表示不同端元的 啄13C
和 C / N端元值范围
摇 摇 图 3为不同季节金水河流域颗粒有机碳中 啄13C
值和 C / N比值的关系,以及 POC潜在来源的典型值
域范围。 从图 3 中可以看出,金水河流域水体中颗
粒有机碳主要来源于土壤有机质、C3 植物碎屑以及
藻类 3个端元,而来源于浮游生物和 C4 植物碎屑的
贡献很小。
3.3摇 金水河流域水体中颗粒有机碳的来源及其贡
献的定量分析
为了对该流域颗粒有机碳(POC)的来源有更准
确的认识,本研究使用三元混合模型来分析不同来
源的贡献率。 基于前面的定性研究结果,选定的 3
个端元是:土壤有机质、C3 植物和藻类,由于 C4 植
物和浮游生物对水体中 POC 的贡献很小,故忽略这
两个端元,下面是相应的端元模型:
啄13C样 = 啄13CS伊fS+啄13CP伊fP+啄13CM伊fM
C / N样 =C / NS伊fS+C / NP伊fP+C / NM伊fM
1= fS+fP+fM
式中,啄13C 表示稳定碳同位素值,C / N 表示碳氮比
值,f表示不同来源相应的贡献百分数,角标 S 表示
土壤有机质,P 表示 C3植物碎屑,M表示藻类。
不同端元值的确定简述如下,土壤有机质、C3
9445摇 19期 摇 摇 摇 谭慧娟摇 等:基于碳稳定同位素示踪的金水河颗粒有机碳来源辨析 摇
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植物碎屑的 啄13C 和 C / N 均采用每一个样点的实测
值,由于不是每一个样点都采集到藻类,因此藻类的
啄13C和 C / N均取平均值,经计算得:啄13CM = -37.7译,
C / NM = 21。
从定量计算的结果(表 3)来看,个别样点某个
端元的贡献率超过 100%或低于 0%,对于这些贡献
率超出范围不大的分别按 100%和 0%对待。 春季,
金水河流域水体中的 POC 以土壤有机质的贡献最
大(76.0%),其次为 C3植物碎屑(13.8%),水体中藻
类的贡献比较小(10.2%)。 夏季,土壤有机质的贡
献为 76.1%,C3植物碎屑的贡献为 12.2%,水体中藻
类的贡献为 11. 8%。 秋季,土壤有机质的贡献为
74郾 9%,C3植物碎屑的贡献为 16.0%,水体中藻类的
贡献为 9.1%。 冬季,土壤有机质的贡献为 81.0%,
C3植物碎屑的贡献为 16.0%,水体中藻类的贡献为
3郾 0%。 总体来看,春、夏、秋、冬 4 个季节,来自于各
个端元的贡献依次为:土壤有机质>C3 植物碎屑>藻
类,外源的贡献(土壤有机质和 C3植物碎屑)均远远
大于内源,这可能与在金水河这种较小的河流中,水
流速度较快,水生植物和藻类的繁殖受到限制,因而
陆地侵蚀物质在河水的悬浮颗粒有机碳中占主导有
关。 冬季土壤有机质的贡献率最大,这可能与冬季
水体中没有藻类和浮游生物生长,内源贡献减小,从
而土壤有机质的贡献率相对增加有关,夏季的采样
时间为 7 月下旬,正好是金水河流域降水最多的季
节,雨水的冲刷作用大,把大量的土壤有机质带入河
水中。 秋冬时间,植物的叶片多已经凋零,因而有比
较多的 C3植物碎屑进入水体中,成为水体中颗粒有
机碳的一部分来源。 春夏时节,水体中的水温升高,
水体中的藻类大量生长,因而内源的贡献增加,冬
季,水体中藻类的贡献仅为 3.0%。 通过上面的分析
可以得知,总体上,水体中颗粒有机碳多来源于土壤
有机质的贡献,其次为 C3 植物碎屑,水体中藻类的
贡献比较小,但是各个季节之间具体的来源及其贡
献又有所差异,这表明金水河流域水体中颗粒有机
碳(POC)的来源及其贡献受到季节变化的影响。
表 3摇 不同来源对金水河水体中颗粒有机碳(POC)的贡献百分数
Table 3摇 The seasonal variation of different sources to POC in the Jinshui River
采样点
Sampling point
春季 Spring
fS / % fP / % fM / %
夏季 Summer
fS / % fP / % fM / %
秋季 Autumn
fS / % fP / % fM / %
冬季 Winter
fS / % fP / % fM / %
J1 61.9 25.5 12.6 67.2 20.5 12.3 66.2 23.5 10.3 67.1 25.7 7.2
J2 66.7 24.1 9.2 66.0 19.0 15.0 66.0 27.7 6.3 66.9 29.9 3.2
J3 70.0 31.2 -1.2 70.0 29.2 0.8 70.1 33.1 -3.2 70.2 33.0 -3.2
J4 69.4 20.1 10.5 70.0 12.1 17.9 68.0 19.2 12.8 78.0 19.2 2.8
J5 71.2 20.0 8.8 71.8 18.0 10.3 71.1 22.9 6.0 75.1 25.0 -0.1
J6 73.9 10.0 16.1 75.1 10.1 14.8 70.1 15.1 14.8 70.5 15.9 13.6
J7 75.1 12.7 12.3 76.0 12.6 11.4 75.8 16.1 8.3 81.8 19.7 -1.5
J8 75.0 11.9 13.1 77.9 11.6 10.5 77.0 15.6 7.4 97.3 5.6 -2.9
J9 72.8 15.7 11.5 72.7 15.7 11.6 72.7 17.8 9.5 82.7 15.8 1.5
J10 80.5 19.1 0.4 81.5 19.6 -1.1 80.5 17.6 1.9 83.6 15.6 0.9
J11 78.0 17.2 4.8 75.4 17.9 6.6 73.4 19.2 7.4 74.4 19.9 5.7
J12 79.0 2.9 18.1 79.9 2.1 18.0 80.9 3.0 16.1 97.9 3.0 -0.9
J13 81.6 1.7 16.7 81.9 -1.7 19.7 83.5 0.4 16.1 84.5 5.3 10.2
J14 100.7 -11.7 11.0 91.7 -9.7 18.0 87.7 -0.7 13.0 97.7 -1.7 4.0
J15 83.6 7.0 9.4 83.7 5.7 10.6 81.0 9.4 9.6 88.0 7.4 4.7
最小值 Minimum 61.9 -11.7 -1.2 66.0 -9.7 -1.1 66.0 -0.7 -3.2 66.9 -1.7 -3.2
最大值 Maximum 100.7 31.2 18.1 91.7 29.2 19.7 87.7 33.1 16.1 97.9 33.0 13.6
平均值 Average 76.0 13.8 10.2 76.1 12.2 11.8 74.9 16.0 9.1 81.0 16.0 3.0
摇 摇 fS、fP 、fM分别代表来自土壤有机质、C3植物碎屑和水体中藻类的来源贡献百分含量
摇 摇 从定量计算的来源贡献图(图 4)来看,轻度干
扰区 5个样点(J1、J2、J3、J4、J5)颗粒有机碳的贡献
均为土壤有机质>C3 植物碎屑>藻类;中度干扰区有
5个样点(J7、J8、J9、J10、J11)颗粒有机碳的贡献均
为土壤有机质>C3 植物碎屑>藻类,但是有 1 个样点
(J6)颗粒有机碳的贡献为土壤有机质>藻类>C3 植
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物碎屑;严重干扰区的 4 个样点(J12、J13、J14、J15)
颗粒有机碳的贡献均为土壤有机质>藻类>C3 植物
碎屑。 严重干扰区来自 C3植物碎屑的贡献率很小。
在实际的调查中发现,严重干扰区人为干扰大,有两
个采沙场,区域内植被覆盖度低,因此来自于植物碎
屑的贡献很少。 由此可知,金水河流域水体中颗粒
有机碳(POC)的来源及其贡献受到人为干扰程度和
土地利用方式变化的影响。
图 4摇 不同来源对金水河流域水体中 POC的贡献百分数柱状图
Fig.4摇 The annual average contribution of different sources to
POC in the Jinshui River
4摇 结论
(1)金水河流域水体中颗粒有机碳(POC)的浓
度值存在显著的季节性变化特征,其浓度变化依次
为夏季>春季>秋季>冬季。 在春夏时节,较多的降
水带来更多的外源 POC,较高的温度也利于藻类的
生长,产生更多的内源 POC。 此外,全年所有季节
POC浓度值在上游轻度干扰区的明显低于中下游中
度干扰区和严重干扰区。 这表明人为干扰程度及土
地利用方式的变化对河流水体中颗粒有机碳的含量
有较大的影响。
(2)用碳稳定同位素值(啄13C)、碳氮比值(C / N)
和关系图定性地分析,在定性分析的基础上,再用三
元的端元分析模型进行定量分析,结果表明,金水河
流域水体中颗粒有机碳(POC) 主要来源于土壤有
机质、C3 植物和藻类 3 个端元,来源于浮游生物和
C4植物碎屑的贡献很小。 各季节之间具体的来源
及其贡献又有所差异,这表明金水河流域水体中颗
粒有机碳(POC)的来源及其贡献受到季节变化的
影响。
(3)金水河流域水体中颗粒有机碳的来源及其
贡献具有空间差异。 轻度干扰区、中度干扰区的
POC主要来源于土壤有机质,其次为 C3 植物碎屑,
藻类的贡献很少。 而严重干扰区的 POC 主要来源
于土壤有机质,其次为藻类,C3 植物碎屑的贡献
很少。
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