低纬度小河流流域盆地新鲜有机质入海定量化研究

Small rivers are sensitive and have sharp response to weather events. In wet seasons, when major flux is exported, terrestrial materials usually enter into the coastal zone without being impacted by the filtration effect in the estuary. If the wide distribution and large number of small rivers worldwide are further considered, small rivers should play an equal role as classic large rivers in terms of both materials flux and impact to coastal zone. Under the background of eutrophication, phytoplankton grows in quantity. The fresh organic matter derived from primary production (i.e. freshwater algae carbon) are flushed into the coastal zone by flood, and with the death of freshwater algae, degradation and/or transformation of these fresh organic matter will raise challenge to coastal ecosystem such as hypoxia. In low latitude region, there is an increasing trend in wet deposition, which will enlarge the impact of small rivers in terms of materials flux and coastal ecosystem. In this study, we focus on Wanquanhe in Hainan. By statistical analysis of typical end-member samples, we can quantify the fresh organic matter concentration in small rivers. After field observation, laboratory measurement and statistical analysis, we plan to reveal the distribution of fresh organic matter in the lower reaches of small rivers in low latitude. Based on the discharge from Jiaji station, we further plan to quantify the flux of fresh organic matter and its portion in total particulate organic matter flux of the Wanquanhe.

小河流流域稳定性差，对天气过程响应快，受人文过程改造更为明显，而且分布广泛、数量庞大，因此小河流的影响并不亚于传统的大河流。洪季是小河流实现入海物质通量的主要时期，期间陆源物质随洪峰常常不受河口过滤效应影响而全部直接进入近海。在富营养化背景下，流域盆地内浮游植物生长繁茂，大量源于现场生产的新鲜有机质被冲入近海后，随着藻细胞的迅速衰败和死亡，新鲜有机质的降解或转化给近岸生态系统带来低氧、异养群落有机质来源失衡等挑战。低纬度地区小河流，受未来降水频率增加的影响，可能对物质通量、近海环境的影响进一步加大。本研究以海南万泉河为研究对象，通过流域盆地特征端源样品的线性回归统计，结合样品中的叶绿素a含量，实现小河流新鲜有机质组分（这里指淡水浮游植物碳）的定量化。进而揭示小河流新鲜有机质组分在下游地区的分布特征，结合加积站流量数据，定量估算新鲜有机质组分入海通量和占颗粒有机碳入海通量比例

小河流的新鲜有机碳组分的关注在之前的研究中较少涉及。小河流数量庞大、全年通量不对称，在全球变暖和富营养化的背景下，小河流向海输送通量问题存在诸多不确定性。本研究以海南万泉河为主要研究对象，并加入琼东其他小河流（例如文昌河）和北极内的冰川融水性小河流作为对比，通过确定浮游植物有机碳的含量，并结合氨基酸手性对应体，开展小河流有机质成分分析，并借助叶绿素a进行河流新鲜有机质组分（这里指淡水浮游植物碳）的定量化；在项目执行期间进行万泉河水文站的每日流量监测与记录，将流量数据与现场采样获取的新鲜有机质含量相结合，定量评估新鲜有机质组分入海通量和占颗粒有机碳入海通量的比例。.项目研究结果表明，万泉河、文昌河等低纬度小河流的颗粒悬浮物中有机质（POC）总体上呈现较为新鲜的特征，氨基酸指征的有机质降解指数DI均在0.5以上，并且颗粒物中氨基酸的含量和叶绿素a的浓度呈现非常高的正相关水平，暗示浮游植物现场生产是新鲜有机质的主要来源。浮游植物光合色素研究表明，绿藻是琼东小河流淡水段的主要浮游植物种群，但向下游随着盐度的增加，绿藻的比重在河口迅速下降，取而代之的是硅藻，在河口口门高盐度区域，可以观测到原绿球藻等南海开阔海的浮游植物种群信号。通过在万泉河和文昌河开展的端源样品回归分析，得到河流中浮游植物有机碳和总有机碳的比值系数，多次回归分析表明该系数在23到48之间。在这样的基础上，项目评估计算发现10月万泉河的新鲜有机碳含量为274μg/L，结合流量数据，初步评估当月万泉河向海输送的新鲜有机碳为60吨。基于我们之前积累的不同年、多季节的观测资料，可以进一步推算万泉河在整年中的新鲜有机碳的输送通量。发现尽管万泉河不同季节的POC的含量差异较大，但新鲜有机碳的含量相对较稳稳定，占到总POC的比例为6-56%。项目研究评估万泉河每年输送的新鲜有机碳为660吨。在高纬度地区冰川融水小河流的拓展研究发现北极海湾河的新鲜有机碳的含量为12.9μg/L，占河流POC的比重为1.5%-2.2%，结合海湾河流量数据估算得到海湾河的年输送新鲜有机碳量仅为0.34吨。尽管单条小河流的新鲜有机碳通量很小，但如果考虑世界范围内小河流数量庞大，因此小河流对近海海洋的新鲜有机碳输送通量总量不容忽视，容易成为通量研究中被忽视的环节。由于这些有机质本身活性较大，在河口和近海的降解过程将对海洋环境造成较大压力。