论文摘要
河流是连接两大碳库—陆地和海洋的重要纽带,陆源有机物在河流沉积物中的埋藏过程在全球碳循环中扮演了重要角色,而来源和转化过程是河流沉积物中陆源有机物研究的关键环节。全球气候变化导致厄尔尼诺和拉尼娜现象发生的频率增加,而降雨模式和强度的改变导致极端洪水/干旱等气候事件出现的概率增大,森林砍伐、人工筑坝以及农业用地扩大等人文活动的加剧也引起了自然条件的变化,这些因素对陆源有机物在河流向海输送过程中的来源、降解和埋藏过程产生了巨大影响。热带河流具有比温带、寒带河流更加快速的碳循环,陆源有机物在热带河流中的输送过程是全球碳循环的重要组成部分,以往的研究重点关注了亚马逊河、刚果河等热带大河流域,而对其他中小型热带河流的生物地球化学循环过程知之甚少,而这部分热带河流对全球陆源有机物输送的贡献同样不容忽视。近半个世纪以来,由于经济发展的迫切需求,热带地区经历了比温带、寒带地区更为剧烈的土地利用改变过程,而气候变化导致季风环流的改变,也极大地影响了热带地区的降雨模式和强度。与热带大河相比,体量更小的热带中小型河流对于这些环境条件的改变会产生更为敏感的响应。本文选择不同气候类型的热带中小型河流—马来西亚泥炭地河流（Rajang河、Maludam河、Sebuyau河和Simunjan河,热带雨林气候）、印度河三角洲（亚热带干旱气候,紧邻热带地区）以及潘加尼河流域（热带草原气候）为研究对象,以木质素为生物标志物,利用有机物的整体参数(有机碳（OC%）、总氮（TN%）、总有机碳与总氮摩尔比（C/N）、稳定碳同位素(δ13C)和粒度),结合植物、土壤样品,对以上河流沉积物中陆源有机物的来源、降解和埋藏过程进行示踪,并初步探讨了人文活动与自然条件的改变对热带中小型河流沉积物中陆源有机物的影响。马来西亚泥炭地河流沉积物中,C3植物对有机物的贡献占主导地位。聚类分析和主成分分析表明,Rajang河沉积物中的有机物与其他三条小河流相比具有不同的特征。在Rajang河沉积物中,粒度对OC%和木质素含量的控制效应较强,而三条小河流中粒度控制效应较弱。拉尼娜现象的发生导致采样期间出现“洪季不洪、枯季不枯”的现象,这可能是马来西亚泥炭地河流沉积物中的有机物特征没有明显季节差异的主要原因。Rajang河下游和三条小河流沉积物中,木质素的（Ad/Al）v值在0.40.6之间,降解程度中等,而Rajang河上游的木质素（Ad/Al）v大于0.8,降解程度较高。低pH和高氮含量可能是三条小河流中木质素降解程度不高的重要原因。印度河三角洲沉积物中,木质素的来源受到不同区域内植被覆盖的影响较大,Λ8和δ13C指示干流沉积物中C4植物草本组织的来源贡献比较明显,可能与该区域密集的C4农作物（甘蔗和向日葵）种植有关。而Σ8与平均粒径的正拟合关系（R2=0.87,p<0.05）表明,在红树林覆盖的潮汐汊道—Waddi Khuddi Creek（W汊道）中,植物碎屑输入的贡献不容忽视。印度河三角洲沉积物整体上呈现低碳低氮的特征,潮汐汊道沉积物的整体参数(OC%、TN%、C/N和δ13C)在雨季和旱季之间相似,而木质素含量Σ8和Λ8以及降解参数（Ad/Al）v和P/（S+V）在不同的季节之间差异较大。木质素比整体参数更为明显的季节差异表明在对物源变化的响应上,木质素比整体参数更加敏感,可以直观地示踪陆源改造过程。印度河三角洲受Kotri大坝的截流作用以及农业灌溉用水的影响,全年大部分时间内处于干涸状态,在当地高温干旱气候的作用下,大部分三角洲沉积物中木质素的降解程度较高（（Ad/Al）v>0.6和P/（S+V）>0.4）。而雨季时W汊道的沉积物中木质素更加“新鲜”（（Ad/Al）v≈0.4）,可能是新鲜植物碎屑输入的结果,这和Σ8与平均粒径的指示结果一致。在潘加尼河不同的海拔区域内,植被覆盖和土壤特征的不同导致沉积物中有机物的来源存在差异。山区支流（海拔>1100 m）植被主要为C3高等植物,而森林砍伐和陡峭的地形导致土壤侵蚀比较明显,Λ8和δ13C的结果显示沉积物中有机物主要以C3植物和土壤的来源为主。而干流（海拔<700 m）存在大面积C4农作物（甘蔗、玉米）的种植,因此除了C3植物和土壤来源以外,个别站点的有机物存在明显的C4植物来源。与印度河三角洲相同的是,潘加尼河沉积物中木质素特征参数的季节差异比整体参数更加明显,而沉积物的粒径对OC%及木质素含量具有一定的控制效应。旱季的山区支流沉积物中,木质素的（Ad/Al）v<0.5,而雨季和雨季后的（Ad/Al）v>0.6,降解程度更高。结合有机物来源以及土壤的DHBA/V和（Ad/Al）v的高值可知,雨季和雨季后的降雨、地表径流有所增加,引起土壤来源有机物的输入增强,导致沉积物中木质素的降解程度较高。综上所述,自然条件和人文活动的不同导致不同气候条件下的热带中小型河流沉积物中陆源有机物的分布、来源和降解存在差异。热带雨林气候的马来西亚泥炭地河流中,新鲜C3植物碎屑的高强度输入以及低pH、高含量氮元素对降解过程的抑制作用导致陆源有机物比较“新鲜”,高温干旱气候和大坝截流的耦合作用引起印度河下游沉积物中陆源有机物的高度降解,而在热带草原气候的潘加尼河流域,土壤是沉积物中陆源有机物除C3植物以外的重要来源,大规模种植的C4农作物对印度河下游和潘加尼河下游沉积物中有机物的贡献不容忽视。随着气候变化和人文活动的加剧,热带中小型河流沉积物中陆源有机物的埋藏改造可能会继续发生变化,而这一过程对区域性及全球碳循环过程产生的影响值得进一步研究。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 朱坤
导师: 吴莹
关键词: 热带河流,沉积物,陆源有机物,木质素,马来西亚泥炭地河流,印度河三角洲,潘加尼河流域
来源: 华东师范大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学
单位: 华东师范大学
基金: 中国自然科学基金(41530960),SKLEC 开放研究基金SKLEC-KF201502,SKLEC 开放研究基金SKLEC-KF201610,Newton-Ungku Omar Fund(NE,P020283,1)
分类号: P512.2
总页数: 163
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标签：热带河流论文; 沉积物论文; 陆源有机物论文; 木质素论文; 马来西亚泥炭地河流论文; 印度河三角洲论文; 潘加尼河流域论文;