三峡建坝后库区有机质来源、转化与沉积机理研究

Large-scale damming around the world has led to significant changes in the composition and decomposition of organic matter in rivers, affecting the carbon burial and cycling in downstream and coastal area. The “reservoir effect” is currently an important part in the study of terrestrial carbon cycle. Because of its special hydrodynamic condition, the organic matter transformation and deposition process is very complex, which has largely restricted the carbon budget within the reservoir area. Built on previous findings, the project will focus on the head part of the Three Gorges Reservoir, combing multiple molecular organic geochemistry tools to characterize molecular composition and structure of organic compounds present in three different pools: dissolved organic matter (DOM), particulate organic matter (POM), and sedimentary organic matter (SOM). Results will be combined with physicochemical parameters to elucidate mechanisms mediating organic carbon input, transformation and preservation in the Three Gorges Reservoir across seasonal and hydrological regimes. This project represents a detailed study on the organic carbon cycle of the Three Gorges Reservoir, and will lay out a solid foundation for assessing reservoir carbon budgets and improving terrestrial carbon cycle models.

大江大河的筑坝拦截干扰了河流中有机质的传输、转化及沉积模式，对下游、河口以及近海地区碳的埋藏和循环转化产生重要影响，形成了“水库效应”，是当前陆地生态系统碳循环研究的重要组成部分。河流库区由于独特的水动力条件，水体有机质的转化、沉降过程十分复杂，是制约库区碳收支研究的关键因素之一。本项目以三峡库首区为研究对象，在前人大量观察资料和数据积累的基础上，采用分子有机地球化学的技术和手段，详细分析干支流水体可溶性有机质（DOM）、颗粒态有机质（POM）、以及库底沉积有机质（SOM）的分子组成、结构以及具有特定生源指示的生物标志物组成，探讨大坝截流下不同季节与水文特征下有机质的来源及其构成，并正确评估水体有机质在沉积过程中的降解机制及其控制因素。研究成果对于了解河流水库系统的碳收支平衡，完善陆地碳循环模型具有重要科学意义和迫切的现实需求。

本项目主要围绕拦河建坝对河流碳循环的干扰这一议题，聚焦水库调蓄下水体有机碳的“节律”，水库调蓄下土壤—水界面有机碳的迁移，及热点时刻（洪水期）有机碳输运及其对河口碳循环的影响开展了研究。获得以下一些认识：1.利用稳定碳同位素、光谱及傅立叶变换离子回旋共振质谱对香溪河库湾DOM的组成和来源进行了解析：发现DOM主要由天然陆源、天然自生（藻类）来源与人类活动（污水排放）源组成；2. 排、水期香溪河库湾水体DOM的性质演变：发现香溪河库湾蓄水期DOM分子量、分子复杂度和芳香度均增加，结合水文动力模式，推测水文动力模式改变控制了库湾DOM分子组成、活性与含量；3. 香溪河库湾DOM组成的的空间差异：发现当干流陆源信号强且存在干流向库湾的异重流切入时，库湾的陆源信号高于上游非水库区；4. 探究了香溪河库湾水体有机碳组成的垂向演变：通过垂向水柱高分辨的采样，发现DOM从表层到底层，其腐殖化程度、分子芳香度、陆源分子占比等均显著增高，指示DOM整体陆源和惰性程度升高；此外，此时干流高陆源信号DOM向库湾的切入进一步加剧了库湾水体DOM垂向演变的程度。5. 在香溪河库湾认识的基础上，探究了支流库湾间水体DOM组成和性质的异质性，发现在相似的地貌和土地利用类型的背景下，水文特性的差异可能会驱动库湾间DOM组成的差异；6. 以大宁河库湾为靶区，通过同步分析水体、表层沉积物和沉积柱，初步探究了库湾水体有机碳组成对有机碳埋藏的启示，也发现水动力过程对碳埋藏有显著的影响。7、通过同步分析土壤DOM，淹没土壤DOM以及临近界面水体DOM的分子组成，证实了DOM分子在界面迁移过程存在“分馏”行为；8、发现三峡库区洪水期间水体DOM相较平水期陆源和惰性信号显著升高，且存在大量独特的分子，主要包括一些黑碳类、木质素降解中间产物分子，且其中大部分分子能抵抗生物和光降解，可能是河口惰性碳库的潜在来源。发表一作或者通讯作者主流SCI论文22篇，包含Water Research 4篇，GCA 1篇，Chemical Geology 1篇，Journal of Hydrology 1篇等。