西江河流无机碳-有机碳转化及其在碳循环中的意义

In-river transformation of inorganic carbon into organic is a crucial part for better understanding of sources,transport and processes of riverine carbon. However, so far there are very few studies focusing on this issue. In this study, we will distinguish between the terrestrial sourced and aquatic sourced fractions of the particulate organic carbon (POC) and dissolved organic carbon (DOC) in the Xijiang river and its two tributaries by using biomarker analysis and carbon isotopic analysis. Then, the contribution of aquatic sourced fraction to POC or DOC and the caused old carbon reservoir effect will be quantified. We also attempt to characterize and identify the variables controlling this in-river transformation by temporal and spatial analysis, which will help to understand the effect of carbonate weathering on the 14C age of organic matter and its implications in the global carbon cycle.

水生植物光合作用导致的无机碳-有机碳转化是河流碳内部循环中的一个重要生物地球化学过程，深入认识这一过程是正确评估河流碳的来源与迁移转化的基础，然而目前国内外对此问题的研究仍极为缺乏。本项目拟对西江及其典型支流河流颗粒有机碳（POC）与溶解有机碳（DOC）进行正构烷烃及其单体碳同位素分析，结合各形式河流碳的稳定碳同位素与放射性碳同位素双平行分析，为揭示河流水生植物无机碳－有机碳转化过程提供直接证据。同时，估算河流有机碳中水生植物的贡献，定量分析水生植物光合作用导致的无机碳-有机碳转化所带来的老碳库效应。通过不同基岩类型流域的对比及季节变化分析，考察这一过程的控制因素及机理，探讨碳酸盐风化对有机质14C年龄的影响及其在全球碳循环中的意义。

河流碳是全球碳循环的重要组成部分。河流内部过程对于辨识河流碳来源、年龄及行为具有重要意义，然而目前这方面研究仍然十分缺乏。本研究对西江下游及其3个支流进行了时空样品采集，系统分析了各形式河流碳（溶解无机碳DIC、溶解有机碳DOC和颗粒有机碳POC）、逸出CO2及水生植物的稳定碳同位素和放射性碳同位素，以及河流有机碳正构烷烃及其单体稳定碳同位素。结果显示，水生植物对POC、DOC及河岸沉积物正构烷烃的贡献分别为47%、68%、20%；水生植物年龄（平均760 y）与DIC年龄（平均590 y）总是比较相似，说明水生植物主要利用水体DIC进行光合作用。另外发现，河流逸出CO2与河水DIC的年龄也总是基本保持一致（偏差±9%），说明逸出CO2直接来自河水碳酸盐系统。由于河水DIC浓度并没有因大量CO2逸出而降低，可以推断有机质氧化产生的CO2首先被河水DIC系统完全缓冲，与系统中其它组分（H2CO3，CO32-, HCO3-） 达到化学平衡后再逸出。应用河水离子数据，估算了源于岩石化学风化DIC的理论14C年龄（平均2562 y），其远大于实测的DIC年龄，结合河流POC（平均1554 y）年龄，我们推定西江水体中年龄较新的有机质被优先氧化并驱动CO2逸出。