闽江水口水库DOM转化及其输送的调控机制研究

来源 :厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dada_2003
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大坝建设导致河流发生湖库化现象,改变了河流原本的水文结构、停留时间和营养状态,不少水库由于分层出现内部缺氧等环境问题,这些理化环境的变化无疑会对库区溶解有机质(DOM)的产生、降解、转化产生重要影响,进而影响到从库区向下游直至河口近岸海域输送的DOM的含量和组成。但是,对于大型河道型水库整个库区全部水柱范围内DOM的来源、降解转化及其对流域碳输出的影响,目前的研究尚显不足。本文以闽江干流大型水库——水口水库下游库区为研究对象,基于2017-2018年春、夏、秋、冬4个季节开展的水平和垂直剖面的现场调查,利用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱的分析手段,结合温度、溶解氧、叶绿素、营养盐等多种理化参数的综合分析,研究了库区DOM光谱参数的时空分布及其主要调控因素,着重分析了库区微生物耗氧过程对DOM来源、转化及其输出的影响。主要研究结果如下:(1)水口水库有色溶解有机物(CDOM)的紫外-可见吸收光谱特征存在显著的季节和空间差异,并且各个季节的CDOM吸收系数aCDOM(350)与光谱斜率S275-295呈现显著的负相关关系(P<0.01)。从季节分布来看,CDOM吸收系数aCDOM(350)表现为春季最高,夏季次之,秋冬季较低,光谱斜率S275-295表现为夏季、秋季和冬季的光谱斜率S275-295接近,且都高于春季。从空间分布来看,春季表层吸收系数aCDOM(350)高而光谱斜率S275-295低,底层吸收系数aCDOM(350)低而光谱斜率S275-295高,而夏季、秋季和冬季则正好相反。(2)利用三维荧光激发发射矩阵光谱和平行因子分析(EEMs-PARAFAC)对库区水体的荧光溶解有机物(FDOM)荧光组分进行分析,共识别出4个荧光组分,分别为类富里酸组分C1(250,315/428 nm)、类蛋白质组分C2(285/324nm)、类胡敏酸组分C3(265,400/456 nm)与类色氨酸组分C4(240,310/352 nm)。在季节差异上,类腐殖质组分在春夏季的荧光强度高于秋冬季,类蛋白质组分在秋冬季的荧光强度高于春夏季。在空间差异上,水库不同区域同一水层的FDOM荧光组分强度差异不大,而夏季由于水体分层,不同水层的差异显著,表现为底层水体FDOM组分荧光强度高于表层。(3)水口水库DOM的时空分布受到陆源输入、水体分层、微生物降解、沉积物释放及人类活动等多种因素的调控。水库春季DOM的分布主要受降水事件所带来的陆源输入影响,夏季、秋季和冬季DOM的分布主要受到微生物生物活动和人类活动的影响。而在夏季,由于水体分层,表、底层分别受到不同过程的控制,表层以外源输入和浮游生物现场生产的贡献为主,而在温跃层以深,伴随耗氧过程的微生物降解过程则是主要调控因素。此外,水口水库富含有机质的沉积物间隙水会是上覆水体DOM的一个来源,尤其对温度较高的夏秋季影响更为明显。同样地,根据不同季节FDOM荧光组分存量及不同来源FDOM的相对贡献,夏、冬季库区自生源比例的显著变化也说明了水库蓄水等人类活动及水体混合/分层等自然条件变化对库区DOM生物地球化学过程的双重影响。(4)水口水库类腐殖质荧光组分和类蛋白质荧光组分的输出通量具有明显的季节性差异。其中,夏季的输出通量最高,分别为7.03×109 R.U.(C1),3.00×109R.U.(C2),1.70×109R.U.(C3)和3.68×109R.U.(C4),春季次之,秋冬季较低。然而,微生物降解作用所贡献的类腐殖质组分输出通量的季节变化中,冬季水库微生物降解所产生的类腐殖质组分的输出通量最高,夏季次之,秋季最小。因此,大坝建设可以导致水口水库向闽江下游流域输出的惰性有机质组分的增加,显示大坝建设等人类活动对从陆地到海洋的碳循环过程具有显著的调控作用。
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