錢娟婷,吳起鑫*,安艷玲,侯祎亮,韓貴琳,涂成龍(.貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 55000；.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),科學(xué)研究院,北京 0008；.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 55000)

三岔河pCO2特征及水-氣界面通量分析

錢娟婷1,吳起鑫1*,安艷玲1,侯祎亮1,韓貴琳2,涂成龍3(1.貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 550003；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),科學(xué)研究院,北京 100083；3.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 550002)

為了解喀斯特中小型河流的分布及其影響因素,于2014年2月和8月調(diào)查了三岔河的溫度、EC、DO、pH值和溶解無(wú)機(jī)碳(DIC),并計(jì)算水體CO2分壓p 在300～10000μatm之間,年平均值3100μatm,結(jié)果表明：EC、pH、TDS和 DIC均表現(xiàn)為枯水期＞豐水期,水體CO2枯水期＜豐水期.過(guò)飽和CO2與表觀耗氧量的相關(guān)關(guān)系分析發(fā)現(xiàn),枯水期含量呈正相關(guān),表明枯水期主要受碳酸鹽巖溶解控制的碳酸體系的影響;而豐水期河流水體高則主要受有機(jī)好氧呼吸作用和高濃度土壤CO2進(jìn)入到水體的影響.三岔河水-氣界面CO2交換速率為10.8～20.3MgC/(hm2·a),CO2釋放通量約為0.9～1.7×109molC/a.對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),喀斯特中小型河流三岔河CO2釋放速率高于亞馬遜河、長(zhǎng)江、西江等大型河流,卻低于喀斯特地區(qū)以及北歐等小型溪流,可見(jiàn)不同級(jí)別河流具有不同的CO2釋放通量,長(zhǎng)期以來(lái)可能低估了中小型河流對(duì)區(qū)域循環(huán)的貢獻(xiàn).

三岔河；二氧化碳分壓(pCO2)；水-氣界面CO2通量

大氣中 C O2自工業(yè)革命以來(lái)濃度從280μatm[1]增加至 2016年 7月的 404.39μatm[2],每年仍以2μatm的速度持續(xù)增加.河流是連接陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)兩大碳庫(kù)的重要環(huán)節(jié),在向海洋輸送碳(0.9PgC/a)的同時(shí)也會(huì)向大氣釋放碳1.8PgC/a,與陸地生態(tài)系統(tǒng)凈吸收 2.6PgC/a相當(dāng)[3].因此,正確評(píng)價(jià)河流水-氣界面CO2通量,對(duì)系統(tǒng)的理解碳的生物地球化學(xué)循環(huán)和握碳收支狀況及全球氣候變遷有著重大意義.

水體CO2分壓(pCO2)是控制水體表面向大氣釋放CO2的最重要的因素之一,而河流pCO2主要受其內(nèi)部碳酸鹽體系及外部生物地球化學(xué)過(guò)程的影響[4-5].由于河流物理、化學(xué)、生物等過(guò)程相關(guān)環(huán)境因子的不同,如pH值、溫度、降雨量、營(yíng)養(yǎng)元素含量、基巖/土壤類型、河流內(nèi)部新陳代謝、水力條件、土壤-水體聯(lián)通性以及人類活動(dòng)等[6],都有可能導(dǎo)致其pCO2控制機(jī)制的不同.在已有的河流水體 pCO2影響因素的報(bào)道中,亞馬遜河流域?qū)嶋H觀測(cè)水體pCO2平均值 4360μatm,河流侵蝕帶來(lái)有機(jī)碳的呼吸作用是其高pCO2的主要因素[7];加拿大渥太華河干流水體的pCO2平均值 1200μatm[8],土壤呼吸及礦物風(fēng)化作用釋放的游離CO2是導(dǎo)致水體高Pco2的主要控制因子;我國(guó)秋季黃河平水期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)pCO2平均值為1100μatm,流域內(nèi)強(qiáng)烈的機(jī)械侵蝕和化學(xué)風(fēng)化作用形成的碳酸鹽體系影響水體pCO2[5];對(duì)福建九龍江枯水期和豐水期調(diào)查中發(fā)現(xiàn),pCO2分布差異很大,平均值為 3500μatm,由水體有機(jī)物好氧呼吸作用和沉積物過(guò)程共同驅(qū)動(dòng)[9];西江河流枯水期pCO2受光合作用和呼吸/分解有機(jī)質(zhì)作用的交替變化影響,豐水期pCO2主要受到土壤呼吸作用的影響,但洪水的稀釋作用也使得pCO2值降低[10].

綜上所述,不同的河流控制水體pCO2分壓的因素是復(fù)雜多樣的,對(duì)不同背景的河流進(jìn)行系統(tǒng)研究,對(duì)于更為精確的評(píng)估河流碳釋放是非常必要的.但目前我國(guó)河流pCO2的研究大部分集中在少數(shù)大型河流主河道、河口以及大型水庫(kù),而對(duì)于低級(jí)別河流研究還很匱乏.三岔河流域是烏江的正源,喀斯特地貌廣泛,為亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候,流域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富,中上游分布有許多大中小型煤礦、煤炭洗選、火力發(fā)電廠及煉焦企業(yè).對(duì)三岔河Pco2特征及水-氣界面通量分析,探討喀斯特小流域的碳排放機(jī)制和驅(qū)動(dòng)因素,為我國(guó)西南喀斯特地區(qū)碳循環(huán)模和碳收支平衡提供科學(xué)依據(jù).

1 采樣與分析

研究區(qū)域和采樣點(diǎn)如圖1所示,本次采樣于2014年2月和8月進(jìn)行相同點(diǎn)位采樣,主要采集三岔河流域干流及其主要支流的河水樣品,其中2月處于三岔河的枯水期,而 8月份采樣時(shí)間對(duì)應(yīng)于三岔河的豐水期,豐水期降雨量約占全年降水量的 71%～88%,全年的徑流量主要發(fā)生在6～10月[11],豐水期、枯水期各采樣品25個(gè),干流18個(gè),1～8號(hào)為上游干流采樣點(diǎn),9～11號(hào)中游干流采樣點(diǎn),12～18號(hào)下游干流采樣點(diǎn),支流7個(gè),19號(hào)為上游支流采樣點(diǎn),20～23號(hào)為中游支流采樣點(diǎn),24～25為下游支流采樣點(diǎn).

圖1 三岔河流域采樣點(diǎn)示意Fig.1 Sampling distribution diagram in Sancha River

采用 WTW便攜式多參數(shù)測(cè)試儀對(duì)河流河水的水溫(T)、pH值、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率(EC)等值現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,HCO3–濃度用事先標(biāo)定為0.01mol/L濃度的 HCl滴定.采集的水樣用0.45μm的Millipore濾膜現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾,過(guò)濾后的樣品分裝在高密度聚乙烯瓶中,其中用于測(cè)定陽(yáng)離子的樣品加入超純鹽酸酸化至 pH＜2.陽(yáng)離子和陰離子用離子色譜儀(DIONEX,ICS-1100,IonPac AG-19陰離子柱,IonPac CS-12A陽(yáng)離子柱)分別分析測(cè)定,測(cè)試精度為±5%.

由pH值、HCO3、溫度、CO2平衡常數(shù)(Ka1、Ka2)和Henry定律常數(shù)(KH)計(jì)算DIC、CO3、2COp (式1,2,和3),Ka1、Ka2、KH均可由溫度計(jì)算得出[12].水體 pH值在 7.08～8.59之間,平均值 7.81,在碳酸平衡體系下,水體溶解無(wú)機(jī)碳以 HCO為-3主[13-16].

過(guò)飽和CO2(用△CO2表示)是水中釋放到大氣中去的那部分CO2[9,17-18],mmol/L,表觀耗氧量(△O2)是實(shí)測(cè)氧濃度對(duì)于氧溶解度的偏離量.

式中：[CO2]表示計(jì)算出的現(xiàn)場(chǎng)水體游離CO2濃度,mmol/L;pCO2(大氣中)是大氣中的CO2分壓,取值 397.7μatm(2014年大氣CO2分壓)[2];[O2]eq為現(xiàn)場(chǎng)水文氣壓條件下水體飽和溶解氧[19], mmol/L;[O2]為現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)溶解氧,mmol/L.

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值、EC、TDS及DIC

三岔河EC、TDS和DIC濃度值均表現(xiàn)為枯水期＞豐水期(表1),水體TDS與EC呈顯著正相關(guān)性(枯水期：y=1.3974x-2.634,r=0.9902;豐期：y= 0.9774x+136.4,r=0.7750),電導(dǎo)率越高,溶解性鹽分越高,TDS越高.枯水期三岔河干流TDS與DIC濃度呈正相關(guān)(y=0.0018x+1.6888,r=0.43),表明枯水期河流水體主要來(lái)源于喀斯特地下的裂隙流,帶來(lái)大量的溶解碳酸巖鹽,使得水體的EC、TDS和DIC濃度較大;而豐水期由于高強(qiáng)度降水過(guò)程所表現(xiàn)出的稀釋作用,地表和地下管道快速流的比例增大,稀釋了裂隙巖溶水,使得豐水期河流水體TDS和DIC的濃度稍小于枯水期;但在豐水期TDS、DIC濃度均與溫度呈正相關(guān) (TDS與溫度：y=0.0509x+4.141,r=0.4486;DIC 與溫度： y= 25.026x+70.611, r=0.7248),表明豐水期高溫多雨,徑流量增大,加速了流域碳酸鹽巖溶解作用,溶解更多的可溶巖,相對(duì)弱化了豐水期降雨徑流的稀釋效應(yīng)[20],因此河流TDS和DIC的濃度并沒(méi)有表現(xiàn)出特別顯著的枯、豐水期差異.三岔河流域礦產(chǎn)資源豐富,其中煤炭資源儲(chǔ)量最大,是貴州省重要的煤炭基地;同時(shí),該地區(qū)火力發(fā)電規(guī)模也相對(duì)較大,是西電東送的組成部分,屬于我國(guó)典型的酸雨區(qū)[21],豐水期干流水體SO42與pH值呈正相關(guān)(y=0.4143x-2.1887,r=0.3474),可見(jiàn)酸雨輸入、硫化物的氧化及有機(jī)硫氧化過(guò)程的酸性物質(zhì)輸入,使得豐水期pH值降低.

表1 三岔河流域河水樣品pH值、EC、TDS、DIC一覽表Table 1 The pH、EC and TDS of the river water samples from Sancha River

2.2 pCO2三岔河枯水期干流Pco2為300～1500μatm,平均值為 870μatm,支流為 600～920μatm,平均值為770μatm;豐水期干流Pco2為 1700～10000μatm,平均值為5700μatm,支流為1800～6000μatm,平均值為 4300μatm;Pco2表現(xiàn)為枯水期＜豐水期,支流＜干流,枯水期和豐水期Pco2差異較大,平均值的差別達(dá)到一個(gè)數(shù)量級(jí);三岔河枯水期上、中、下游pCO2平均值分別為800、920、820μatm,變化不大;其中,采樣點(diǎn)2、3及12號(hào)的Pco2值分別為360、300和380μatm,低于空氣Pco2;三岔河豐水期上、中、下游Pco2平均值分別為 6700、4300、4500μatm,上游明顯高于中、下游(圖2).

三岔河豐水期Pco2均高于空氣 pCO2(＞400μatm),處于過(guò)飽和狀態(tài).從全年來(lái)看,三岔河流域全年平均值為3100μatm,略低于烏江上游紅楓湖流域Pco2值 3443μatm[22],高于全球河流的平均值2900μatm[23].

圖2 三岔河枯水期和豐水期Pco2分布Fig.2 Pco2distribution in the Sancha River in the dry season and in the flood season

2.3 三岔河Pco2的形成機(jī)制

世界上大多河流、湖泊以及河口普遍認(rèn)為CO2過(guò)飽和,是大氣CO2的源[6,24-29].生物好氧呼吸作用是水體CO2重要來(lái)源,當(dāng)水體中生物好氧呼吸受到抑制時(shí),水體的溶解氧飽和度增加,好氧呼吸作用產(chǎn)生的CO2相應(yīng)減少.水體中過(guò)飽和CO2(△CO2)與表觀耗氧量(△O2)的比值(△CO2：△O2)可以定量表征好氧呼吸的作用程度.假設(shè)可以參照海水中的 Redfield關(guān)系來(lái)表達(dá)淡水水體的好氧呼吸作用[9],當(dāng)河流水體中富含HCO3時(shí),即有機(jī)物在好氧條件下充分礦化,各元素之間的化學(xué)計(jì)量關(guān)系如下式所示,按照經(jīng)典Redfield比值進(jìn)行計(jì)算：

產(chǎn)生的CO2與 DO消耗之間的摩爾比即△CO2：△O2的比值為 124：138≈0.90,可作為多數(shù)水生環(huán)境生物好氧呼吸作用的一個(gè)標(biāo)度[18].另一方面研究顯示海洋呼吸熵,即 CO2釋放/O2消耗值落在在0.62～0.79范圍內(nèi)[30-31].因此,把0.62～0.90作為好氧呼吸/礦化導(dǎo)致的△CO2：△O2比值范圍[18].根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示(圖 3),三岔河流域△CO2：△O2只有3個(gè)點(diǎn)落在生源有機(jī)物好氧分解的控制范圍,分別是枯水期干流第2、8以及15號(hào)點(diǎn).將枯水期豐水期干流點(diǎn)的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行匯總,三岔河枯水期的△CO2：△O2比值 0.448,低于生物好氧呼吸作用控制水體Pco2的理論下限0.62,說(shuō)明生物好氧呼吸作用對(duì)三岔河Pco2的影響較弱;豐水期三岔河△CO2：△O2比值為1.4197,表明豐水期高Pco2并不完全是好氧呼吸作用主導(dǎo)的,扣除好氧呼過(guò)程產(chǎn)生的CO2,仍然有一部分其他來(lái)源的△CO2.

圖3 三岔河枯水期(a)和豐水期(b)水體過(guò)飽和CO2與表觀耗氧量之間的關(guān)系Fig.3 SupersaturatedCO2(△CO2) versus apparent oxygen utilization(△O2)in the Sancha River in the dry season (a) and in the flood season (b)

三岔河是典型的喀斯特流域,流域內(nèi)的風(fēng)化主要受到碳酸鹽巖的控制,其次為硅酸巖鹽,蒸發(fā)巖鹽的影響可以忽略不計(jì),硫酸也參與到巖石風(fēng)化過(guò)程中[32].三岔河流域化學(xué)風(fēng)化反應(yīng)可表達(dá)為：

三岔河枯水期干流Pco2與DIC呈顯著正相關(guān)(圖 4),y=782.91x-966.07,r=0.6120,表明三岔河流域枯水期水體 DIC通過(guò)上述反應(yīng)平衡影響pCO2的高低,水體Pco2受水體碳酸鹽系統(tǒng)的控制.碳酸鹽礦物化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中,消耗H+使得pH值升高.

圖4 三岔河枯水期Pco2與DIC關(guān)系Fig.4 pCO2versus DIC in the Sancha River Basin in the dry season

在三岔河流域的豐水期,干流Pco2與 DIC無(wú)明顯的相關(guān)性,流域內(nèi)碳酸鹽巖風(fēng)化作用對(duì)CO2體系的控制作用相對(duì)不明顯.根據(jù)過(guò)飽和CO2與表觀耗氧量的耦合分析表明,扣除水體有機(jī)物好氧呼吸作用產(chǎn)生的CO2,還包含其他過(guò)程釋放的游離CO2.在土壤中,由于植物根部的呼吸作用、土壤有機(jī)質(zhì)的微生物分解作用,腐殖質(zhì)和植物根系分解分泌的有機(jī)酸將會(huì)導(dǎo)致 pH值降低,致使土壤的大氣CO2分壓較高[33].研究表明,巖溶地區(qū)土壤CO2濃度是大氣的幾十倍甚至是幾百倍[34].流域內(nèi)豐水期高溫多雨,河水主要靠降雨補(bǔ)給,而降雨過(guò)程中雨水-地表水-地下水轉(zhuǎn)換迅速,雨水滲入土壤,滯留時(shí)間較長(zhǎng),高濃度的土壤CO2可溶解于水中進(jìn)入河流體系[35],成為大氣CO2的源.

2.4 水-氣界面CO2交換通量

水氣界面CO2交換通量主要受幾個(gè)因素的影響：(1)水氣界面CO2的分壓差;(2)氣體交換系數(shù),主要受流速、風(fēng)速、溫度等因素影響.利用水-氣界面CO2釋放理論擴(kuò)散模型,具體的估算公式為：

式中：F為水氣界面擴(kuò)散通量,mol/(m2·a),F＞0表示水體向大氣中釋放CO2,F＜0表示水體吸收大氣CO2;Cwater為水體中溶解CO2濃度,μatm;Cair為空氣中CO2濃度,μatm;k為氣體交換系數(shù),表示單位時(shí)間與大氣CO2達(dá)平衡的水深,cm/h.

三岔河是長(zhǎng)江支流烏江的正源,烏江流域洪家渡、紅楓湖k取值0.5～0.8m/d之間[36-37].由于河流是個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng),流速大于湖泊、水庫(kù),而且需要考慮渾濁度的影響,洪家渡、紅楓湖 k值并不適用.三岔河途經(jīng)區(qū)域盤縣、畢節(jié)及安順等地區(qū)累計(jì)年平均風(fēng)速(中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng))值0.9～2.4m/s.借鑒其他已有研究,如 Amazon流域平均風(fēng)速1～3m/s,干流k取值1.4～3.2m/d[6];西江流域風(fēng)速為 0.7～2.7m/s,其 k取值 1.92～3.6m/ d[10];三岔河的風(fēng)速為 0.9～2.4m/s,水流速度較快,渾濁度中等,與Amazon及西江相似,其k值應(yīng)該與Amazon河流、西江河流較為接近,本研究取k的估算區(qū)間1.92～3.60m/d.

三岔河干流年平均Pco2為 3300μatm,根據(jù)公式(8)估算三岔河水-氣界面CO2交換通量為90.8～170.3mol/(m2·a),即 10.9～20.4MgC/(hm2·a).三岔河流域水域面積約為 976.8hm2,估算得到三岔 河 釋 放 通 量 約 為 0.9～1.7×109molC/a. Raymond[3]、Aufdenkampe等[23]研究表明,不同級(jí)別河流CO2釋放受不同因素的影響,其CO2釋放速率也有明顯的差別.我國(guó)大型河流長(zhǎng)江、黃河、珠江研究顯示,其CO2交換速率分別為 1.9～4.1MgC/(hm2·a)、 0.87MgC/(hm2·a)和 8.3～15.6MgC/(hm2·a)[8,10,39],亞馬遜河[6]、育空河[40]等世界大河釋放速率也均小于 10MgC/(hm2·a),這些大型河流的交換速率明顯小于三岔河.而在一些小溪流的監(jiān)測(cè),則發(fā)現(xiàn)了明顯更高交換速率.如,在喀斯特溪流后寨河地表水觀測(cè)點(diǎn)的連續(xù)監(jiān)測(cè)顯示,CO2交換速率達(dá)到 147.6MgC/(hm2·a)[43],北歐小流域VindeIn為14.6～64.11MgC/(hm2·a)[42], G?ddtj?rn上游小流域的交換速率為17.9～238.3MgC/(hm2·a)[44].對(duì)比不同地區(qū)河流可知(表 2),不同級(jí)別河流具有明顯不同的CO2釋放速率,CO2交換速率表現(xiàn)為溪流＞中小型河流＞大型河流.由于不同級(jí)別河流的水力條件、生態(tài)環(huán)境不同,其CO2釋放速率的控制因素可能是截然不同的.而在全球范圍內(nèi),其他相關(guān)研究結(jié)果也表明中小型河流可能比大型河流具有更強(qiáng)的釋放潛力[3,23,26].可見(jiàn),中小型河流作為快速的碳交換系統(tǒng),在區(qū)域碳平衡模型中可能具有不可忽視的地位.

表2 世界上主要河流Pco2和水-氣界面CO2交換通量Table 2 ThePco2andCO2outgassing flux in rivers around the world

3 結(jié)論

3.1 三岔河流域Pco2具有明顯的洪枯特征,枯水期顯著小于豐水期Pco2,河流控制機(jī)制的不同導(dǎo)致河流Pco2差異較大,其中枯水期Pco2受水體碳酸鹽巖系統(tǒng)控制;而過(guò)飽和CO2與表觀耗氧量相關(guān)關(guān)系分析表明,豐水期水體高Pco2受有機(jī)物好養(yǎng)呼吸作用和土壤CO2影響.

3.2 三岔河流域水-氣界面CO2交換速率為10.8～20.3MgC/(hm2·a),CO2年釋放通量約為0.9～1.7×109molC/a,是大氣CO2的源.通過(guò)對(duì)比分析可知可知,中小型河流對(duì)區(qū)域尺度的碳循環(huán)可能被低估了,因此加強(qiáng)不同尺度河流碳釋放研究是非常有必要的.

[1]Indermühle A, Stocker T F, Joos F, et al. Holocene carbon-cycle dynamics based onCO2trapped in ice at Taylor Dome, Antarctica [J]. Revista De La Facultad De Medicina Universidad Nacional De Colombia, 1955,23(8)：438-470.

[2]US NOAA/ESRL. Trends in atmospheric carbon dioxide [EB/OL]. http：//www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/.

[3]Raymond P A, Hartmann J, Lauerwald R, et al. Global carbon dioxide emissions from inland waters [J]. Nature, 2013,503(7476)：355-359.

[4]Field C B, Raupach M R, Field C B, et al. The Global Carbon Cycle： Integrating Humans, Climate, and the Natural World [J]. Global Carbon Cycle Integrating Humans Climate & the Natural World, 2004,62(6)：2389-2390.

[5]張龍軍,徐雪梅,溫志超.秋季黃河 pCO2控制因素及水-氣界面通量 [J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2009,20(2)：227-235.

[6]丁 虎,劉叢強(qiáng),郎赟超,等.河流水-氣界面碳交換研究進(jìn)展及趨勢(shì) [J]. 上海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2015,21(3)：275-285.

[7]Richey J E, Melack J M, Aufdenkampe A K, et al. Outgassing from Amazonian rivers and wetlands as a large tropical source of atmosphericCO2[J]. Nature, 2002,416(6881)：617-20.

[8]Telmer K, Veizer J. Carbon fluxes, pCO2and substrate weathering in a large northern river basin, Canada：carbon isotope perspectives [J]. Chemical Geology, 1999,159(1—4)：61-86.

[9]祁 第,翟惟東,陳能汪,等.九龍江的碳酸鹽體系、CO2分壓及其調(diào)控 [J]. 地球與環(huán)境, 2014,42(3)：286-296.

[10]Yao G Y, Gao Q, Wang Z, et al. Dynamics ofCO2partial pressure andCO2outgassing in the lower reaches of the Xijiang River,a subtropical monsoon river in China [J]. Science of The Total Environment, 2007,376(1—3)：255-266.

[11]張艷梅,陳海濤,黃太林,等.近50年六盤水市雨季降水特征分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011,39(15)：9072-9072.

[12]Marcus W, shi B I, Ouml, et al. Temporal and spatial variability of dissolved inorganic carbon in a boreal stream network： Concentrationsand downstream fluxes [J]. Journal of Geophysical Research Biogeosciences, 2010,115(G02014)：384-397.

[13]Das A, Krishnaswami S, Bhattacharya S K. Carbon isotope ratio of dissolved inorganic carbon (DIC) in rivers draining the Deccan Traps, India： Sources of DIC and their magnitudes [J]. Earth & Planetary Science Letters, 2005,236(1)：419-429.

[14]Dreybrodt W. Processes in karst systems： physics, chemistry, and geology [M]. Springer-Verlag, 1988：13-30.

[15]高全洲,沈承德.河流碳通量與陸地侵蝕研究 [J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 1998,13(4)：369-375.

[16]姚冠榮,高全洲,王振剛,等.西江下游溶解無(wú)機(jī)碳含量的時(shí)空變異特征及其輸出通量 [J]. 地球化學(xué), 2008,37(3)：258-264.

[17]Richey J E, Devol A H, Wofsy S C, et al. Biogenic gases and the oxidation and reduction of carbon in Amazon River and floodplain waters [J]. Limnology & Oceanography, 1988,33(4)：551-561.

[18]Zhai W D, Dai M H, Cai W J, et al. High partial pressure ofCO2and its maintaining mechanism in a subtropical estuary： The Pearl Riverestuary, China [J]. Marine Chemistry, 2005,93(1)：21-32.

[19]滕業(yè)龍,趙振祥.一種預(yù)測(cè)水中飽和溶解氧的新方法 [J]. 上海環(huán)境科學(xué), 1992,9(4)：32-33.

[20]焦樹(shù)林,劉 麗,孫 婷,等.三岔河流域水文特征與化學(xué)風(fēng)化碳匯效應(yīng) [J]. 地理研究, 2013,32(6)：1025-1032.

[21]Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. Significant Acidification in Major Chinese Croplands [J]. Science, 2010,327(5968)：1008-10.

[22]Wang S, Yeager K M, Wan G, et al. Carbon export and fate in carbonate catchments：A case study in the karst plateau of southwestern China [J]. Applied Geochemistry, 27(1)：64-72.

[23]Aufdenkampe A K, Mayorga E, Raymond P A, et al. Riverine coupling of biogeochemical cycles between land, oceans, and atmosphere [J]. Frontiers in Ecology & the Environment, 2011, 9(1)：53-60.

[24]Butman D, Raymond P A. Significant efflux of carbon dioxide from streams and rivers in the United States [J]. Nature Geoscience, 2011,4(4)：839-842.

[25]Cai W J, Wang Y. The chemistry, fluxes, and sources of carbon dioxide in the estuarine waters of the Satilla and Altamaha Rivers, Georgia [J]. Limnology & Oceanography, 1998,43(4)：657—668.

[26]Cole J J, Caraco N F, G W Kling, et al. Carbon dioxide supersaturation in the surface waters of lakes [J]. Science, 1994,265(5178)：1568-70.

[27]Kling G W, Kipphut G W, Miller M C. Arctic lakes and streams as gas conduits to the atmosphere： implications for tundra carbon budgets [J]. Science, 1991,251(4991)：298-301.

[28]Roehm L C, Prairie Y T, Del G P A. The pCO2dynamics in lakes in the boreal region of northern Québec, Canada [J]. Global Biogeochemical Cycles, 2009,23(3).

[29]Wang S, Yeager K M, Wan G, et al. Dynamics ofCO2in a karst catchment in the southwestern plateau, China [J]. Environmental Earth Sciences, 2015,73(5)：2415-2427.

[30]Chen C T, Lin C M, Huang B T, et al. Stoichiometry of carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur and oxygen in the particulate matter of the western North Pacific marginal seas [J]. Marine Chemistry, 1996,54(1/2)：179-190.

[31]Hedges J I, Baldock J A, Gélinas Y, et al. The biochemical and elemental compositions of marine plankton：A NMR perspective [J]. Marine Chemistry, 2002,78(1)：47-63.

[32]An Y L, Hou Y L, Wu Q X, et al. Chemical weathering andCO2consumption of a high-erosion-rate karstic river：a case study of the Sanchahe River, southwest China [J]. Chinese Journal of Geochemistry, 2015,34(4)：601-609.

[33]萬(wàn)國(guó)江,白占國(guó).論碳酸鹽巖侵蝕與環(huán)境變化-以黔中地區(qū)為例[J]. 第四紀(jì)研究, 1998,13(3)：279-279

[34]蔣穎魁.喀斯特流域硫同位素地球化學(xué)與碳酸鹽巖侵蝕 [D].貴陽(yáng)：中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所, 2007.

[35]丁 虎,劉叢強(qiáng),朗赟超,等.桂西北典型峰叢洼地降雨過(guò)程中地表溶解性碳和 δ13CDIC變化特征 [J]. 地學(xué)前緣, 2011,18(6)：182-189.

[36]王仕祿,萬(wàn)國(guó)江,劉叢強(qiáng),等.云貴高原湖泊CO2的地球化學(xué)變化及其大氣CO2源匯效應(yīng) [J]. 第四紀(jì)研究, 2003,23(5)：581-581.

[37]喻元秀,劉叢強(qiáng),汪福順,等.洪家渡水庫(kù)溶解二氧化碳分壓的時(shí)空分布特征及其擴(kuò)散通量 [J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2008,(7)：1193-1199.

[38]梅航遠(yuǎn),汪福順,姚臣諶,等.萬(wàn)安水庫(kù)春季二氧化碳分壓的分布規(guī)律研究 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2011,32(1)：58-63.

[39]Zhai W, Dai M, Guo X. Carbonate system andCO2degassing fluxes in the inner estuary of Changjiang (Yangtze) River, China [J]. Marine Chemistry, 2007,107(3)：342-356.

[40]Striegl R G, Dornblaser M, McDonald C, et al. Carbon dioxide and methane emissions from the Yukon River system [J]. Global Biogeochemical Cycles, 2012,26(4)：GB0E05.

[41]Koprivnjak J-F, Dillon P J, Molot L A. Importance ofCO2eavsion from small boreal streams [J]. Global Biogeochemical Cycles, 2010,24(4)：5613-5618.

[42]Wallin M B, Grabs T, Buffam I, et al. Evasion ofCO2from streams—The dominant component of the carbon export through the aquatic conduit in a boreal landscape [J]. Global change biology, 2013,19(3)：785-797.

[43]Li S L, Liu C Q, Li J, et al. Geochemistry of dissolved inorganic carbon and carbonate weathering in a small typical karstic catchment of Southwest China： Isotopic and chemical constraints [J]. Chemical Geology, 2010,277(3/4)：301-309.

[44]Kokic J, Wallin M B, Chmiel H E, et al. Carbon dioxide evasion from headwater systems strongly contributes to the total export of carbon from a small boreal lake catchment [J]. Journal of Geophysical Research： Biogeosciences, 2015,120(1)：13-28.

致謝：感謝貴州大學(xué)安艷玲、吳起鑫及徐暢老師在論文寫作中的指導(dǎo)！

Partial pressure ofCO2andCO2outgassing fluxes of Sancha River.

QIAN Juan-ting1, WU Qi-xin1*, AN Yan-ling1,HOU Yi-liang1, HAN Gui-lin2, TU Cheng-long3(1.Key Laboratory of Karst Environment and Geohazard Prevention, Guizhou University , Guiyang 550003, China；2.School of Scientific Research, China University Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China；3.State Key Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Science, Guiyang 550002, China). China Environmental Science, 2017,37(6)：2263～2269

In order to understand the distributions and influences ofPco2in medium and small karstic rivers, the Sancha River was investigated in February and August 2014. The temperature, EC, DO, pH and dissolved inorganic carbon (DIC) of the river were measured and the partial pressure ofCO2(Pco2) was calculated. The results showed that EC、pH、TDS and DIC in dry season were higher than that in wet season. ThePco2in the surface water ranged between 300 and 10000μatm, with an average value of 3100μatm. ThePco2values in the wet season were higher than that in dry season. The analyses of supersaturatedCO2and apparent oxygen utilization demonstrated thatPco2was controlled by the carbonate system in the dry season. The in-situ aerobic respiration was one of the significantin fluencing factors in the wet season, and the supersaturatedCO2may attribute to the flushing of carbon dioxide from soils. TheCO2emission flux from Sancha River to atmosphere was estimated about 0.9～1.7×109molC/a and 10.8～20.3MgC/(hm2·a). The water-to-airCO2outgassing flux from Sanchahe River was higher than that from large rivers (i.e. Amazon River、Yangtze River) and lower than that from streams (i.e. Houzhai River、G?ddtj?rn River). The results indicated that theCO2emission fluxes from surface water systems are influenced by the scale of rivers, and the contribution to the regional carbon cycling brought by the medium and small river may be underestimated for a long time.

Sancha River；partial pressure ofCO2(Pco2)；CO2outgassing fluxes

錢娟婷(1991-),女,江蘇丹陽(yáng)人,碩士研究生,環(huán)境科學(xué)專業(yè),主要研究方向?yàn)樾×饔蛱佳h(huán).

2016-11-07

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(42603123);中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014M562388);水利部公益性項(xiàng)目(201401050)

* 責(zé)任作者, 副教授, wuqixin@mail.gyig.ac.cn

X131.2

A

1000-6923(2017)06-2263-07