长江流域水体稳定同位素分馏特征及碳水循环

原雅琼; 孙平安; 于奭; 何师意

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.2.8

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (5) : 409 -420. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.2.8

“综合生态系统碳循环与碳中和”专栏

长江流域水体稳定同位素分馏特征及碳水循环

原雅琼 ¹^,²^,³ ,
孙平安 ¹^,²^,³^,^* ,
于奭 ¹^,²^,³ ,
何师意 ¹^,²^,³

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Fractionation of stable isotopes and the carbon-water cycle in Yangtze River

Yaqiong YUAN ¹^,²^,³ ,
Ping’an SUN ¹^,²^,³^,^* ,
Shi YU ¹^,²^,³ ,
Shiyi HE ¹^,²^,³

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摘要

岩溶碳循环具有快速的动力学反应过程,对环境变化敏感,水循环可影响岩溶碳循环的两个驱动因子(水和CO₂),是岩溶碳循环的重要影响因素。通过2016年6月和10月长江干流、主要支流、水库、湖泊的采样测试,分析了δD、δ¹⁸O、无机碳含量和同位素分馏特征及控制因素,揭示了长江流域水循环对岩溶碳循环的影响特征。结果表明:长江流域水体δD和δ¹⁸O的空间变化表现出大陆效应、纬度效应和海拔效应,并随降雨的季节性变化而变化;无机碳主要源自碳酸盐岩风化,δ¹³C_DIC值主要受碳酸风化碳酸盐岩和硫酸/硝酸风化碳酸盐岩对$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$的贡献比例控制。长江流域水文过程可显著影响岩溶碳循环,上游冻土区土壤冻结时,幔源和大气源CO₂参与碳酸盐岩风化使δ¹³C_DIC值显著增加;夏秋季季风期降雨爆发,降水导致δD和δ¹⁸O急剧下降,同时利于土壤CO₂累积和碳同位素值下降,并使得水体δD、δ¹⁸O和δ¹³C_DIC值均下降;水文过程可影响“生物碳泵”作用,平水期“生物碳泵”作用更强,水库的分层效应也更显著。