（环境科学专业论文）黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律.pdf

黄河干流有机碳 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 一 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ：( 注；垫邃直基丝盖墓挂型直盟鲍：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：别匆抽签字日期：御，年月莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 学位论文作者签名易防和 签字日期：溯口年7 月俾日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 翮擗懈 签字日期：b 年6 月廖日 电话： 邮编 黄河干 通过2 0 0 3 至2 0 0 9 年多次对黄河干流、河口低盐度区( o s 5 ) 、花园口一 个完整水文年的有机碳观测和调水调沙时期利津站表层水体碳参数的调查，给出 了黄河干流有机碳的时空分布，借助c n 分析，并在沉降分级法的基础上结合 激光粒度仪的粒度测定和多元线性回归分析的数据处理方法，研究了黄河有机碳 的来源及输运特征，同时利用水文和化学等要素的同步观测资料，分析了调水调 沙对黄河碳输运规律的影响。主要结论如下： 1 、黄河干流p o c 为0 6 5 一- 3 9 9 5m g l ，d o c 为1 5 7 - 4 7 7m g l ，有机碳 存在明显的空间分布特征，中游花园口站有机碳表现出明显的时间特性，且与流 量的季节变化密切相关。 2 、水库及调水调沙这两个人为事件对黄河有机碳输运产生了不同的影响。 水库中浮游植物光合作用增强，对有机碳的贡献增加，d o c 是有机碳的主要形 式。调水调沙时期，有机碳的浓度和输运量大大增加，p o c 是该时期有机碳的 主导形态。 3 、黄河p o c 偏低于世界河流平均水平，p o c 随t s s 的增大呈对数降低 趋势。p o c 主要来源于黄土母质，浮游植物对p o c 的贡献很小。p o c 的沿程输 运具有极好的一致性，悬浮物粒径是控制黄河颗粒有机碳输运特性的主要因素： p o c 有8 0 以上集中在 1 6 阻粒径的颗粒物上，而粒径 3 8 i _ t m 时，由于各地 区沉积物类型不同，p o c 随粒径变化的规律不一致，但当t s s 粒径 o 0 0 1 ，n = 2 9 f d o c 是溶解有机碳通量；q 是径流深度( m m ) ，s 是地形坡度，c 则是流域土壤 中有机碳含量( ) ； 河流p o c 通量公式： f p o c = c r s s - 0 16 0 ( 1 0 9 c r s s ) + 2 8 3 ( 1 0 9 c r s s ) z - 13 6 ( 1 0 9 c r s s ) + 2 0 3 】 但这些经验公式在具体到某条河流时，常常与实际测定有较大差别。原因是 气候是影响土壤侵蚀的主要因素之一，河流碳通量很大程度上受制于气候波动， 这些按照气候变幅较缓和的欧美地区河流实测值建立的碳通量公式有局限性。 1 2 5 黄河碳循环的研究现状 黄河是世界上浑浊度最高的河流之一，流域侵蚀及风化严重，碳的时空分布 和输运形态具有特殊性。同时受到气候变化和及不同的人为活动影响，黄河水沙 输运又呈现不同的变化，研究表明这些过程也对黄河碳的性质及输运特征产生深 远的影响。如秋季黄河表层水体表现为大气c 0 2 的源，p c 0 2 为1 1 7 0 - - - - 1 6 1 6 a t m ， 主要受到碳酸盐体系的控制【弥5 3 1 。黄河干流d o c 和p o c 偏低于世界河流平均 水平，p o c 主要来源于陆源有机碳【5 3 1 。黄河p o c 输运具有一致性，颗粒物粒径 是控制p o c 输运的主要因素，粒径 1 6 岬的颗粒物承载了8 0 以上的颗粒有 机碳，悬浮物粒径是控制黄河水体p o c 输运特性的主要因素【钵5 5 1 。2 0 0 5 年调水 调沙时期的调查指出该时期黄河水体p c 0 2 平均可达2 0 8 7 j t a t m ，明显高于其他时 期，碳酸盐体系是p c 0 2 的主要影响因素【5 6 】。 1 3 研究内容与目标 目前虽然已有许多关于黄河碳循环的研究，然而对于黄河的有机碳的时空分 9 黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律 布及输运规律，人为活动，尤其是水库蓄水及调水调沙，对黄河碳输运的影响却 鲜有报道。 本文主要根据2 0 0 3 - 2 0 0 9 年黄河多个干流航次及河口低盐度区( o s 5 ) 有机碳的调查研究及2 0 0 5 、2 0 0 6 、2 0 0 8 、2 0 0 9 年黄河利津站调水调沙时期的连 续观测，给出黄河流域有机碳的时空分布及输运特征，并初步探讨了有机碳的来 源：揭示了人类活动，主要是水库及调水调沙影响下，黄河碳的分布、输运特征 及输运通量的变化。 1 0 黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律 2 1 黄河流域概况 2 研究区域概况及分析方法 黄河是中国第二大河流，发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓海拔4 5 0 01 1 1 约古 宗列盆地，位于3 2 0 - 4 2 0 n 、9 6 0 1 1 9 0 e 之间，流经青海、四川、甘肃、宁夏、 内蒙古、山西、陕西、河南、山东等九个省区，在山东垦利县注入渤海。干流全 长5 4 6 4k m ，流域面积7 9 5 万k m 2 ( 含内流区4 2 万k m 2 ，以下所指黄河流域若 非特别注明，均包括内流区) 。黄河流域面积集中分布在上中游地区，占流域总 面积的9 7 ，而长达7 8 6k m 的黄河下游平原河道，因高悬于地面成为地上悬河， 流域面积只占2 9 。黄河流域属大陆性气候，主要受北半球的副热带高压和欧 亚极地大陆气团控制，年降水量仅为5 0 0m m 且分配极不均匀。大致说来，流域 西北部多为干旱气候，中部为半干旱气候，东南少部分地区属湿润气候。黄河流 域降水的年际变化较悬殊，降水量越小的地区，年际变化越大，降水量年内分配 也极不均匀，7 - 9 月降水量占全年的比例很高，且多为暴雨。黄河支流众多且 沿流域分布不均，左右岸分布不对称，其中流域面积在0 1 万k m 2 以上的一级支 流上游4 3 条，中游3 0 条，下游3 条，左岸流域面积为2 9 3 万k m 2 ，右岸流域 面积为4 5 9k m 2 ，分别占全河集流面积( 不含内流区) 的3 9 和6 1 。 2 1 1 黄河流域地质背景及水沙状况 黄河流域地质背景较为复杂，分布有从前寒武纪到第四纪的各种岩石，边缘 处还分布着从太古庙到第三纪的花岗岩和变质岩。总体上，兰州及以上河段多分 布以页岩为主的碎屑岩；兰州至潼关广泛分布着第四纪的黄土和类黄土沉积；下 游主要分布变质岩、黏土和碎屑岩【5 7 1 。中游黄土高原占到流域面积的4 0 以上， 是世界上面积与厚度都最大的黄土沉积物地区。由于该地区气候寒冷干旱，植被 少，降水量也低，土壤松散，因此物理风化严重，成为了我国物理侵蚀率最高的 地区【5 8 】。流域内物理侵蚀与化学侵蚀之比为7 5 左右，风化指数在4 5 左右，表 明流域内以物理风化作用为主，化学风化降低到次要地位5 9 1 。 黄土高原由于本身的气候及地质条件等自然因素，使得其极易发生侵蚀，同 1 l 黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律 时各种人为活动更是加剧侵蚀程度，导致该地区已成为黄河近9 0 泥沙的来源 6 0 - 6 1 】，使得黄河曾一度成为世界上浑浊度最高的河流。相比世界其他河流而言， 黄河最显著的特征在于它的低流量和高含沙量，黄河输沙量是长江的两倍，而径 流量仅占到长江的1 2 0 t 6 2 1 。然而近5 0 多年来，由于受到自然因素和人为活动的 影响，黄河的径流量和输沙量都已大大降低，目前黄河已从世界上输沙量最高的 河流降低到第四位，截止2 0 0 5 年黄河输沙量己降低到0 1 5g t y r ，仅占到常被引 用数据( 1 0 8g v y r ) 的1 4 【6 3 删。 黄河不仅泥沙来源比较集中，而且具有“水沙异源 的显著特点。河口镇以 上黄河上游地区流域面积3 8 6 万k m 2 ( 不含内流区) ，占全流域面积( 不含内流区) 的5 1 3 ，来沙量仅占全河总沙量的8 7 ，而来水量却占全河总水量的5 4 ，是 黄河水量的主要来源区；黄河中游河口镇至龙门区间流域面积为1 1 2 万k m 2 ，占 全流域面积( 不含内流区) 的1 4 9 ，来水量仅占1 4 ，而来沙量却占5 5 ，是 黄河泥沙的主要来源区。 由于黄河泥沙主要来源于黄土高原的第四纪沉积物，因而黄河悬浮泥沙粒度 组成、矿物组成、有机物含量与黄河中游地区黄土具有极大的相似性。中游黄土 物质的来源是近于同一补给地区，并受同一的地质营力所支配，因此在理化性质 上具有相当程度的均一性。另外黄河泥沙中有机质含量极低，极少超过1 t 6 5 删。 然而黄河流域土壤有机质含量分布极为不均，上游土壤有机质平均含量为6 6 超过中游黄土中有机物含量( o 2 0 - 0 6 0 ) 的1 0 倍以上【6 7 石引，黄河流域土壤含 碳率沿程分布也不规律，兰州以上河段土壤含碳率明显高于中下游【6 9 7 0 1 。 2 1 2 人类活动对黄河流域的影响 目前黄河水文状况在很大程度上受到了人类活动的控制，如灌溉引水、污染、 修建水库和调水调沙等，这些因素加之自然过程变化共同导致的黄河径流量和输 沙量降低，进而对河流的物质输运产生了深远的影响。 黄河流域地处干旱、半干旱地区，黄河是流域主要的水源，几千年来，灌溉 引水一直是影响黄河水文的重要人为事件。目前黄河流域的灌溉区已扩大到了沿 黄九省区及河北省、天津市，农灌耗用水量占到总耗水量的9 2 【7 1 1 。宁蒙灌溉 区位于兰州以下至包头河段，是黄河流域最大的灌区，农灌用水占流域总灌溉耗 1 2 黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律 用的7 0 。灌溉不仅降低了黄河水量，而且回水也严重影响了黄河的水质。几十 年来灌溉涌水量巨大及氮肥施用量的不断增加，加之不科学的灌溉方式和氮肥利 用率底下，导致黄河干流水质发生了浓化现象，氮污染日益加剧，导致流域生态 环境恶化【7 2 - 7 3 1 。 黄河流域污染严重，干流及主要支流优于类水质的河段仅占总河长的 3 5 3 3 8 7 ，入黄的废污水主要为工业废水和生活污水，主要通过支流输入或 各省区排污口的直接排放【7 4 7 5 1 。评价分析表明三门峡水库段污染负荷最大达到 4 2 2 ，这主要是由于该河段接纳了渭河、汾河等污染严重的支流，以及流域城 镇的工业废水和生活污染；其次是小花段，污染负荷比为1 1 1 ，该河段接纳了 三门峡水库、众多支流及周围城镇的污水；第三是银川段，污染负荷为8 4 ， 这主要是由农灌退水量较大造成的【7 6 1 。可见黄河流域随排污口和支流污染物输 入的沿程增加，水体水质表现出沿程降低的趋势。三门峡至花园口河段及支流的 调查还表明该河段有机污染异常严重，仅有毒有机物就达6 0 多种，进入水体中 有机物还会在沉积物中发生富集现象，使得沉积物中的浓度达到了水体中1 0 2 1 0 6 倍【7 7 1 。 修建水库是人类活动干扰黄河的另一重要事件，目前黄河干流沿程己修建几 十座大型水库，其中上游主要为龙羊峡、刘家峡和青铜峡，中游主要有万家寨、 三门峡和小浪底。水库的总容量在1 9 9 3 年为5 8 7k m 3 y ，比黄河1 9 5 0 1 9 9 5 年 的年径流量还大( 3 6 6k m 3 y ) 【7 8 1 。大坝拦截在水库中形成了独特的水环境体系， 影响了黄河水输运的规律，这与其他人为活动及气候因素一同导致了黄河流量的 降低【6 3 】。 调水调沙是近年来人类调控黄河的又一典型事件。黄河多年水沙输送不平衡 导致泥沙在下游严重堆积，形成了地上悬河，一般下游河床高出地面3 - - 5 - m ， 个别地段达到1 01 1 1 。为解决下游泥沙堆积和改善河口湿地缺水而引起的生态问 题，自2 0 0 2 年起开始黄河中下游连续3 年进行了调水调沙原型试验，实现了黄 河下游河道全线冲刷，2 0 0 5 年黄河进行第四次调水调沙成为一个生产运作，成 为治理黄河的一个有效措施，要长期坚持下去。所谓调水调沙，就是在充分考虑 黄河下游河道输沙能力的前提下，利用水库的调节库容，有效地调节和控制水沙， 适时蓄存或泄放，协调水沙过程，以便更好地输沙，从而减轻下游河道淤积，甚 1 3 调查，2 0 0 9 年又增加了上游达日、拉加、刘家峡和中游支流渭河、下游河口淡 水端的采样。2 0 0 5 年1 1 月 2 0 0 6 年1 1 月于花园口站进行每周连续观测时间， 为调查调水调沙影响于5 - 7 月提高观测频率。利津站连续观测时间为2 0 0 5 年6 月7 月、2 0 0 6 年6 月7 月、2 0 0 8 年6 月 - - 7 月、2 0 0 9 年6 月2 0 日、2 5 日、 9 月1 8 日、2 8 日，并根据水量和含沙量加密观测。黄河口低盐度区( 0 s 5 ) 调查时期为2 0 0 3 年8 月、2 0 0 4 年4 月和9 月、2 0 0 5 年9 月、2 0 0 6 年4 月、2 0 0 9 年5 月和9 月。 其中2 0 0 3 年1 0 月底( 秋季) 、2 0 0 6 年1 1 月初( 秋季) 、2 0 0 7 年7 月( 夏季) ， 1 4 黄河千流有机碳及调水调沙时期碳输运规律 2 0 0 5 年1 1 月 - 2 0 0 6 年1 1 月花园口站的每周连续观测，2 0 0 5 年6 月 - 7 月和2 0 0 6 年6 月7 月调水调沙时期的每日连续观测，2 0 0 3 年8 月、2 0 0 4 年4 月和9 月、 2 0 0 5 年9 月及2 0 0 6 年4 月黄河口低盐度区( 0 s 5 ) 走航观测的相关数据是继 承了实验室以前的研究结果。2 0 0 6 年干流及黄河口部分数据己发表【5 3 - 5 6 , 8 0 】。取自 文献的数据有1 9 8 7 h h k 和1 9 8 5 h h k ，前者引自z h a n g 掣8 1 】表1 中0 s 5 的t s s 和p o c 数据，后者根据c a u w 吼等3 9 】文章描述从图8 中获得0 s 5 的t s s 和p o c 一 数据。 在本文分析过程中发现黄河自流入黄土高原后，水体性质发生了重大变化， 故而在本研究中，以黄土高原上游的兰州站为界划分黄河上中游。 2 2 2 分析方法 水样用n i s k i n 采水器采集，每站只取表层水，各参数测定方法如下： t s s ：用预先于4 5 低温烘至恒重( 2 4h ) 并称量的0 4 5p m 醋酸纤维膜过 滤水样，滤膜在烘箱中4 5 低温烘至恒重，以百万分之一电子天平称重。空白 膜置于水样品膜下方过滤，同步进行空白实验，每1 0 个样品做一个空白； d o c ，p o c ：以0 7 0 岬g f fw h a t m a n 玻璃纤维膜( 4 5 0 高温灼烧去除 有机物) 利用压力过滤，滤液加入8 ，1 0 山饱和h g c l 2 溶液后于4 冷藏保存， 滤膜冷冻保存。滤膜样品以浓盐酸熏蒸2 4h 去除无机碳待测。滤液与预处理后 的滤膜，用日本岛津公司t o c v c p n 分析仪及s s m 5 0 0 0 a ( 固体试样燃烧装置) ， 分别于6 8 0 ，9 0 0 高温燃烧催化氧化非分散红外吸收( n d 瓜) 法测定。仪 器量程为0 1 3 0m g c ，灵敏度1 - 2 0 “g c ，多次测量偏差 士1 ； p o c ，p o n ：p o c 膜冷冻保存，酸化去除颗粒无机碳后，于v a r i oe l ic h o n s 元素分析仪( 德国) 测定，样品测定的绝对误差0 5 2 5 ，变异系数o 0 0 7 ， ( 仅用于2 0 0 9 年样品测定) ； d i c ，p i c ：以0 7 0 岬g f fw h a t m a n 玻璃纤维膜利用压力过滤，滤液加入 8 1 0m 饱和h g c l 2 溶液后于4 冷藏保存，滤膜冷冻保存。用日本岛津公司 t o c v c p n 分析仪及s s m 5 0 0 0 a ( 固体试样燃烧装置) ，分别于6 8 0 ，9 0 0 高温燃烧催化氧化非分散红外吸收( n d 取) 法测定。 c h l a ：以0 7 0g a ag f fw h a t m a n 玻璃纤维膜过滤水样，于滤膜上滴加饱和 1 5 黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律 m g c 0 3 溶液固定，冷冻保存。样品加入1 0m l ( 9 + 1 ) 丙酮溶液并置于4 冰 箱中萃取1 4 - 2 4h ，然后离心1 0m i n ( 3 0 0 0r r a i n ) ，提取上清液，以s i g m a 公司 c h l 一“s i g m a c 5 7 5 3 ) 为标准品制作工作曲线，用日本日立f - 4 5 0 0 荧光分析仪测 定； c o d v m ：采用2 0 0 7 年国家海洋监测规范( g b1 7 3 7 8 4 2 0 0 7 ) 碱性高锰酸钾 法测定黄河原水样和0 7 0 岫w h a t m a ng f f 玻璃纤维膜过滤后的澄清液。 悬浮物粒径分级样品：兰州、潼关、花园口样品于2 0 0 6 年1 1 月取自各站表 层水，利津a ，b 分别于2 0 0 5 年6 月2 3 日和6 月2 9 日取自黄河利津水文站表 层水，黄河口a ，b 于2 0 0 5 年9 月取自黄河河口低盐度区的表层水。采用基于 s t o k e s 原理的水淘选装置【8 2 1 ，如图2 2 所示，将水体中的悬浮颗粒物分为五级， 按粒径从小到大分别为：粘土和极细粉砂( 6 3 岫) 。使用预先在4 5 0 。c 灼烧 并恒重的o 7 0p a ng f fw h a t m a n 玻璃纤维膜过滤，过滤后的滤膜4 5 低温烘干 称重。滴加几滴2m o l l 盐酸，置于含浓盐酸蒸汽的干燥器中熏蒸2 4h ，除去样 品中的无机碳，然后于4 5 低温烘干，除去过量的盐酸，于干燥器中保存，待 测p o c 。 驷h & 嚏l 钙缸翌坦盥q 泌 乜o 函曩0 0 r r i s ) ( 5 红啪) q 细曩、 图2 - 2 悬浮物粒度分级处理的水淘选装置 悬浮物粒度测试：用m a s t e r s i z e r - 2 0 0 0 ( 英国m a l v e r n 公司) 进行粒度测定。 该仪器的测试粒度范围为o 0 2 2 0 0 0 l m ，多次重复测量误差小于3 。 1 6 黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律 3 黄河干流有机碳性质及输运特征 黄河是世界上浑浊度最高的河流之一，其最大的特点在于低流量和高含沙 量，使得黄河流域碳具备不同于其他河流的特性。受到自然过程和人为活动的影 响，在过去的5 0 年里黄河径流量和输沙量已大大降低，但是启2 0 0 2 年起黄河中 下游每年夏季进行调水调沙，又使得进入河口的流量和泥沙含量大幅增加。黄河 水沙输运的重大变化必然会对其有机碳的特性和输运产生深远的影响。目前虽然 已有关于黄河有机碳的报道，但研究多限于黄河口，对于干流有机碳尚存许多疑 问。本章旨在通过对黄河干流及低盐度区( 0 4 0 0m g l 时，p o c 主要介于0 2 5 - - - 0 7 2 ，变化较小，与黄土有机碳含量 0 2 0 - - - 0 6 0 相近，说明黄河干流有机碳绝大部分都来源于黄土母质。当t s s 4 0 0 m g l 时，c m c = - 0 6 5 9 1 7 xl nc r s s “5 8 3 2 4 ( 影= 0 6 3 3 7 4 ，n - - 1 1 3 ) ，p o c 主 要在o 7 5 - - 3 2 1 之间，这些样品主要取自黄河口、花园口秋冬季及2 0 0 9 年黄河 干流兰州上游。黄河口淡咸水混合使得悬浮颗粒物沉降、浮游植物光合作用的贡 献可能会使得p o c 升高。如前文中分析花园口调查时期进入秋冬季后，大颗粒 物沉降及浮游植物光合作用的贡献是导致p o c 升高的主要原因。黄河上游土壤 背景不同于中游黄土，其土壤有机质含量偏高使得p o c 较高。可见黄河干流水 体中p o c 主要来源于土壤母质，对于黄河中t s s 偏低的时期或区域而言，可能 还存在水体自生源的贡献。 3 2 2 黄河p o c p o n 通过p o c 与t s s 的关系分析得到黄河p o c 主要来源于土壤母质；河流c n 比值也可用于说明p o c 的来源。陆源土壤中c n 比值常大于1 2 ，而对浮游植物 而言该比值多处于6 - - 8 之间【2 7 3 0 1 。2 0 0 9 年调查发现干流p o n 和p o c 分别为 0 2 3 - - 1 0 1 6 x o 1 和2 1 0 8 5 9m g l 。c n 沿程变化较大，为8 4 5 - - 1 0 0 ，平均 5 4 。小浪底水库p o n 和p o c 分别为0 8 5 x 0 1 和1 3 8m g l ，c n 为1 6 1 9 。2 0 0 9 年6 月调水调沙时期利津连续站p o c 和p o n 分别为1 2 9 2 , - 一17 1 1 和为0 2 0 - 2 4 4 m g l ，c n 为最低值为6 6 1 ，其他在1 4 7 0 , 0 6 7 7 4 之间，平均为2 9 8 8 。 2 0 0 9 年黄河干流调查结果表明最低值8 4 5 出现在中游银川，银川位于黄河 最大的灌溉区宁蒙灌溉区，农业施肥及引水回灌使得黄河水体t n 明显升高【7 3 1 ， 黄河水体中p o n 含量增加，从而导致c n 明显降低。包头站也处于灌溉区，导 致p o n 偏高，c n 偏低。拉加站处于黄河上游，土壤有机质含量丰富【醅删，从 而使得p o n 偏高，c n 偏低。除银川站外，黄河干流c n 均超过了1 2 ，本调查 发现包头站c n 为2 2 ，这与韩风鹏等【8 9 】调查黄河中游包头地区( 窟野河流域) 黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律 土壤平均为2 1 的c n 比值接近，再次表明黄河水体颗粒有机碳的主要来源是土 壤母质。小浪底水库中c n 偏低是由于沉降使得p o c 低于干流各站，同时浮游 植物的贡献使p o n 升高，进而导致该比值降低。 g 厶 图3 72 0 0 9 年黄河干流及调水调沙时期c n 与t s s 关系 调水调沙时期p o c 显著升高，平均达到1 4 4 5m g l ，同时流量增大可能会 冲刷河岸植物进入河流使得p o n 浓度也较干流有所升高，平均为o 8 6m e a - ，c h i 平均为3 0 ，低于干流平均值5 4 。黄河干流p o c 浓度与其他河流相差不多，但 p o n 含量偏低，从而使得c n 总体高于其他许多河流，包括一些高浑浊度的河 流，如t a n a 及f l y s t r i c k l a n d 2 s , 9 0 1 ，这也再次说明黄河水体中生命态有机物含量 较低，成为土壤母质是黄河中颗粒有机碳主要来源的又一佐证。 3 2 3 黄河不同粒径颗粒物承载的p o c 黄河横跨5 0 0 0k m 以上的长度，流域地质背存在较大的差别，颗粒物及颗粒 有机碳的特性也存在一定的差别。 为研究黄河干流p o c 的特性及输运规律，对黄河样品的颗粒物粒度及有机 碳含量进行了分析。基于s t o k e s 原理的水淘选装置把兰州、潼关、花园口、利 津、黄河口的悬浮物分为f 。8 1 t m 、f8 1 6 1 m a 、f1 6 - 3 2 p m n 、f3 2 - 6 3 1 t m 、f ，6 3 1 m l 五个粒级范 围，黄河口样品由于t s s 含量低且粒径较细，仅得到三个粒级，其余样品均得 到五个粒级。沉降分级所得悬浮物和未分级的原始样悬浮物的粒度组成及相应的 p o c 含量如表3 1 所示。可以看出各粒级样品p o c 随中值粒径的增大依次降低， 如潼关站样f 8i n n 的颗粒物中p o c 为0 4 8 1 ，f1 6 - 3 2 呻的颗粒物中p o c 蔓塑王鎏查垫三二三三二二：三三三二三三：二二二二二二二二二二二二一 _ _ _ _ _ _ _ o - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ o _ _ _ _ - _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ - - _ _ _ - _ - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ - - - _ _ _ _ _ _ - - - - - - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ o _ - _ _ _ _ _ _ _ 一 表3 1 样品各粒级及原始样悬浮物的粒度组成及其p o c 含量 5 4 - 5 5 】 根据不同取样站位沉降分级所得悬浮物和未分级的原始样悬浮物的粒度组 成及相应p o c 含量的分析结果发现：黄河悬浮物中的p o c 与其对应的中值粒 径确实存在良好的负指数关系，如图3 8 所示： p o c = 0 6 116 一0 2 8 5d ( o 卯，( r 2 = 0 8 4 15 ，n = 4 0 ) ( 3 2 ) 由关系式可知黄河悬浮物中p o c 的极限值为0 6 1 ，接近黄土中有机物的 极限0 6 0 t 6 5 】，这种负指数关系是两方面原因综合作用的结果：一方面悬浮物中 值粒径越小，颗粒物比表面积越大，吸附的有机碳就越高；另一方面随着中值粒 径的增大，石英和长石的含量逐步升高对有机碳存在一个稀释作用【矧。 2 7 黄河干流有机碳及调水调沙时期碳输运规律 02 04 0 1 图3 8 黄河中p o c 与中值粒径“5 1 的关系 l a u r e n t 等【3 l 】曾对阿拉斯加河流及海湾，秘鲁、瑞典海湾的表层沉积物p o c 含量进行研究并指出，颗粒物中大部分p o c 主要集中在 3 8l a i n 的细颗粒物中。 对黄河不同粒级颗粒物所承载的p o c 量进行对比分析发现，虽然黄河不同区段 悬浮物相同粒级间p o c 含量存在明显的差异，但总体而言悬浮物中有机碳主要 集中在 1 6 岫粒径的颗粒物上，如表2 所示，粒径 1 6p a n 的颗粒物承载了8 0 以上的颗粒有机碳，而粒径 3 2 阻的颗粒物承载了9 5 以上的颗粒有机碳；此 外值得注意的一个现象是黄河悬浮物中各粒级颗粒物所承载的p o c 占样品p o c 总量的比例在不同区段各样品间非常近似地一致，包括黄河口盐度为1 6 的样品。 可见，虽然黄河自西向东横跨5 0 0 0k m 以上的长度，落差达4 0 0 0m 以上，但颗 粒有机碳的输运规律具有一致性，悬浮物粒径是控制黄河水体p o c 输运特性的 主要因素。悬浮物中有