白龙江溶解有机碳的空间分布、来源及其控制因素探究

202丨年第49卷第3期V〇1.49. No.3,2021
地球与环境
E A R T H A N D E N V I R O N M E N T227
白龙江溶解有机碳的空间分布、来源及其
控制因素探究
赖曼婷，钟君*，王万发，易沅壁，陈率，徐胜
(天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院，天津300072)
摘要：流域碳循环是全球碳循环的重要组成部分，也是研究的热点，但是目前对于高原流域碳循环的认识仍然不足。

白龙 江流域位于青藏高原东缘，是研究高原流域碳循环的理想地区之一。

为了研究白龙江流域河流水体中溶解有机碳（D0C)的空间分布特征、来源及其影响因素，我们对白龙江流域河流水体进行了系统的空间序列采样并对河流水体水溫、p H、电导率(E C)、D0C浓度、D0C的稳定碳同位素组成（S13C DQe)及紫外-可见光吸收光谱特征等进行测试分析。

分析结果显示，白龙江 流域D0C浓度为0.4~4. 1mg/L，平均值为1.4 mg/L,513C D M变化范围为-27. 2%〇~-26. 2 %。

研究结果表明白龙江源区高海拔区域D0C含量在全流域内最高，自源区至下游，D0C含量逐渐降低，干流中、下游D0C浓度值基本相同，南部D O C含量由上游支流至下游支流逐渐减少。

白龙江流域D O C含量与土壤有机碳含量和a(254)之间明显的正相关性，以及S u C D n c的分 布范围等，均表明D0C主要来源于以C3植物为主的陆源有机质，其空间分布受到海拔（温度）和土地利用控制。

关键词：溶解有机碳；陆源C3植物；空间变化；白龙江
中图分类号：S159.2 文献标识码：A文章编号：1672-9250(2021)03-0227-11 doi ：10. 14050/j.c n k i. 1672-9250. 2021.49. 022
流域碳循环是全球碳循环的重要组成部分，由于流域碳来源的多样性、河流水动力条件的复杂性及周边环境的差异性，使得流域碳循环过程变得复杂。

河流中碳的浓度变化及其迁移转化过程会响应并记录流域内的生物地球化学过程及环境变化[1_2]。

河流中的碳分为无机碳（Inorganic Carbon,简称1C)和有机碳（Organic Carbon,简称0C)两大 类，其中有机碳又分为颗粒态有机碳（Particulate Or­ganic Carbon, 简称 POC)和溶解态有机碳 （Dissolved Organic Carbon,简称DOC)两种形态。

有机碳在从 河流运输到海洋的过程中，其形态、含量及组成成分等受河流生物地球化学过程控制而发生变化，因而对有机碳系统性的研究有利于识别流域碳循环过程[3)。

自然水体中D0C主要来源于土壤有机质的淋溶、水体浮游生物产生的有机质、沉积物屮有机质的扩散释放和人为输人[<]。

D0C作为一种能被微生物直接利用的碳源，是维持生态系统功能的关键能源物质，其产生及降解过程对流域内河流碳生物地球化学循环过程具有重要影响+6]。

因此，开展流域D0C的空间分布、来源以及控制因素等的 研究，对于全面理解流域碳循环，探究流域碳的生物地球化学过程具有重要意义。

研究D0C的时空变化趋势、来源及影响因素有 利于辨析流域碳的生物地球化学过程。

赵海娟等171研究发现漓江水体DOC含量受到流域内碳酸盐岩分布控制的溶解无机碳（Dissolved Inorganic Carbon,简称DIC)的影响，由上游至下游呈现逐渐升高的趋势。

马小亮等[8]在三江源流域的研究结果显示，河流I)〇C浓度与流域植被覆盖类型有关，沼泽草地覆盖面积在流域内占比越大，流域内水体中D0C浓度越大。

现有研究表明，不同流域中D0C 浓度存在一定差异，且水体中D0C的影响因素复杂 且相互作用，所以探明各因素对河流[)〇C的影响有 利于流域碳循环的深度理解。

紫外-可见光吸收光谱因其简单、快速、灵敏度 高的特点被广泛应用于探究溶解有机质（Dissolved Organic Matter,简称U0M)的迁移转化过程‘，其 中特定的紫外光谱信息SUVA254可有效指示D0M
收稿日期：2020-08-26;改回日期：2020-丨0-17
基金项目：国家自然科学基金项目（41803007)。

第一作者简介：赖曼婷（1996-),女，硕士研究生，主要研究方向为碳生物地球化学。

E-mail: ***********************.cn. *通讯作者：钟君（1987-)，男，博士，讲师，主要研究方向为地表地球化学。

E-mail: jun. zhong@ tj . cn.
228
地球与环境 E A R T H A N D E N V I R O N M E N T
202丨年第49卷第3期Vol.49. N o. 3,2021
低：571
1 - 100样品编号
15
30
60 k m
103° E
104° E
105°E
的芳香性程度9。

G ao 等[1°在黑河流域的研究中 发现SUVA 254的变化趋势与DOC 含量变化趋势相 吻合。

Chen 等[n 发现Kosi River 下游D 0C 紫外吸 收系数低于上游，其中腐殖质含量与农业土地利用 率成反比关系。

通过对D 0C 的紫外光谱特征分析 能有效解析河流中有机质的来源，有利于对流域有 机碳循环的研究。

白龙江流域空间地理条件变化大，是研究流 域内有机质空间分布特征、来源及其控制因素的 理想区域。

本文以白龙江流域为研究对象，通过 测定流域内河流水体的DOC 含量及其紫外光谱特 征和碳同位素组成，分析了流域内水体DOC 的空 间分布特征及其影响因素，探究了流域内D 0C 的 来源，为高原流域碳循环研究提供了基础数据和 信息支撑。

1研究区域概况
白龙江流域（1〇2。

30，~ 105。

40, E ，32°20，~34。

HT N )位于青藏高原东缘，处于我国第一、二级阶梯 交界处。

白龙江源起甘肃、四川、青海三省交界处 的郎木寺附近，流经甘肃南部、四川北部，最终汇人
103° E
嘉陵江。

白龙江全长576 km ，流域面积达32 810 km 2。

全流域高程差近3 000 m ，地表下切强烈，呈 西高东低、北高南低的趋势。

研究区位于亚热带与 暖温带之间，流域内气候复杂，跨越高寒阴湿气候 区、温带半湿润区和亚热带湿润气候区，年均气温 6~16弋[12]。

全年降水分布不均，年均降水量为 400~1 000 mm ,主要集中于夏季7~8月12;。

流域 内土壤类型包括黑钙土、棕壤、暗棕壤、高山草甸 土、褐土等M 2]。

流域内林地覆盖面积最多，其次为 草地，耕地占地面积较少[~。

植被类型以阔叶林、 针叶林及草甸为主[1~。

白龙江流域整体位于秦岭东西构造带及龙门 山北东向构造带，高山、峻岭和峡谷盆地相继分 布，构造活动频繁，导致滑坡、泥石流等地质灾害 频发。

流域内主要有黄土、河谷及山地三种地 貌"41,其中，高山山地地貌主要分布于白龙江流域 南北两侧，岩土体松散，主要由砂板岩、灰岩和变 质砂砾岩组成；河谷地貌成树枝状发育于白龙江 干流、支流两侧；黄土地貌形成于侵蚀堆积，沿河 谷阶地分布。

现存资料显示，白龙江流域岩性大 致分为易风化的岩石和抗风化的岩石两类，易风
105° E
104° E N ;e
N
O S
Z。

寸 e
z o e e
图1
白龙江流域采样点分布及D O C 含量空间分布图
Fig. 1
Spatial distributions of sampling sites and D O C concentration in the Bailong
River catchment
第3期赖敁婷等：白龙江溶解有机碳的空间分布.来源及其控制W*探究229
化的岩石有砂岩、片岩以及页岩等；抗风化的岩石以砾岩、砂砾岩为主[14\
2材料与方法
2019年8月1~14日，我们对白龙江干流及其支流共100个采样点进行了样品采集（图1),选取 流速较快、靠近河中央的地方作为河水采样点。

利 用便携式水质参数仪（德国WTW Multy 3630 IDS)现场测定了河水温度、P H、电导率（E C)等水物理化 学参数，并于24 h内用0.45 p m滤膜（美国GE Whatman醋酸纤维）过滤采集的样品，过滤后水样保存于用过滤后的水样润洗3次的干净的100 mL 聚乙烯瓶，冷藏保存直至后续实验室测试与分析。

DOC含量、紫外光吸收度以及碳同位素组成分 析在天津大学地球系统科学学院进行。

DOC含量 的测定采用湿法氧化（高温过硫酸盐法）测定法，即水样首先与过量磷酸反应以去除样品中DIC，然后 加人强氧化剂过硫酸钠，在100 条件下与样品中 有机碳反应生成C02，经惰性气体吹扫通过总有机碳分析仪（美国Aurora 1030W TOC)测定样品中有 机碳浓度，每个样品重复测定两次，取其平均值。

仪器测试范围2 (Xg/L~ 30 000 mg/L,测试精度±2 (jL g/L0
紫外光吸收度的分析采用紫外吸光光谱仪（曰本Shimadzu UV-2700 UV-VIS)进行扫描，用超纯水 作空白，样品测试比色皿选用光程为1cm的石英比 色皿，在200~750 nm波长范围内进行吸收扫描，间隔为1nm。

本文使用的SUVA254是样品在254 nm 下的吸收系数和样品DOC浓度之比，计算公式见公 式（1)，样品溶液吸收系数计算公式见公式（2):
S U V A25A = (1)
〇u) = 2,30300)
(2)其他气体分离，纯化并收集C02气体。

将纯化后的 C02利用气体稳定同位素比值质谱仪（美国Thermo Fisher MAT-253 Plus)进行UC/12C 测定。

碳同位素 组成结果以S UC(%c)表示，计算公式如公式⑶：
8,3C =
R1
- 1x1〇〇〇
^V P D B J
(3)式中，和分别为样品和国际标准物质VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite)44 ，C/I2C实测值。

3结果与讨论
白龙江采样点位置信息、物理化学参数（水温、PH、EC)、实验分析结果（DOC、SUVA254、S l3C,)()c)等 列于表1。

水体p H变化范围是7.5 ~ 8.7; E C变化 范围是168〜778 pS/cm，平均值为359 pS/cm(不包 含10号点），1〇号点河流可能受到蒸发岩的贡献比 较明显，E C值异常高（2 530 pS/c m h D O C的浓度 变化范围是〇.4〜4. 1mg/L，平均值为1.4 mg/L，远 低于世界河流D0C平均值（5.8 mg/L)M5]，略低于 亚洲南部河流的平均值（2.4 mg/L)[16]。

紫外光谱 分析结果显示在254 nm下的样品吸收系数a(254) 为 1. 15~27. 87 nT1，平均值为 7.76 m'S U V A w 值 范围是 〇.56 ~ 7. 15 L/( mg.m)，平均值为 5.36 L/ (mgTti)。

基于海拔高度等因素，本研究选取5个 代表性样品的8^…。

(；变化范围是-27.2%。

〜-26.2 %c，平均值为-26. 7 %〇。

3.1白龙江流域D O C空间分布特征及控制因素
白龙江流域D0C浓度表现出明显的空间异质性，在2 780 m的海拔差内D0C含量变化较大。

如 图1所示，流域内郎木寺至迭部区域（后文统称为源头区域）D0C含量最高（D0C浓度>2 mg/L)，而 D0C含量最低区域在拱坝河、白水江流域（后文统
式中，c是D0C样品浓度，/)(A)是在波长A处的溶 液吸光度，/是指光透过石英比色皿的光程长度(m)。

溶解有机碳的稳定同位素（s nc D C)C)组成分析采用湿化氧化进行碳转化。

将4L水样经旋转蒸发 浓缩至〜50 m L后加人足量过硫酸钾（99.0 %)至反 应瓶中，抽真空后在1〇〇 t条件下水浴加热30 min 进行反应；将反应生成的C02转移至真空系统中，利用酒精-液氮混合溶液（约-85 T)将水与C02等 气体进行分离，然后通过液氮（-196 T)将C02与称为下游支流区域）（D0C浓度<1 mg/L)，D0C浓 度处于1~2mg/L范围内样品大约有总样品量的50%，在全流域内没有明显空间分布规律。

在流域源头区域，处于冻土泥炭区，低温环境利于有机碳的积累[17],不利于D0C的分解，使得这 部分水体的D0C含量在研究区内最高。

温度随海拔降低而升高，使得白龙江流域下游支流DOC含量 在全流域中最低。

从图1中可知流域内达拉河和白 河流域（后文统称为上游支流区域）与下游支流海拔落差较大，上游支流海拔高、温度低，下游支流海
230地球与环境2021 年
T a b l e1
表1白龙江流域河水采样点信息及分析结果
I n f o r m a t i o n of the s a m p l i n g sites a n d the analytical result of surface w a t e r f r o m B ailong Riv e r
序号北纬东经海拔/m水温/*€p H
E C/
(p,S/cm)
D O C/
(m g/L)
a(254)/
m_l
s u v a254/
(L/( m g.m))
S -C d o c’
%c
132°52'33"105°6'0W73026. 38.5298 1.67. 14 4.46-232°52'\5"1〇4°47,44"86024. 68.3168 1.16.68 6.07-27. 24 332。

57,31"104°38'31"96021.28.1273 1.68. 75 5.47-432。

59,55"104o36,47"92018.98.24481.1 5. 53 5.03-533。

6,42"104o38,33"1 38013.68.43410.5---633。

6,48〃104o39，15"1 41017. 78.44880.5---733013,5f f104°45'39"1 28413.78. 33110.51. 84 3.68-833。

6,51"104° 56 23"87015. 68.43730.5 2.07 4. 14-933。

7,42〃104。

57,34"84021.68.6421 1.46.22 4.44-1033°22'1"105。

0,48"114020. 78.42530 1.0---1133°2\'23"105〇1，29"1 04027.78.3778 1.78.06 4.74-1233。

24,45"104。

55，17"1 04024. 88. 35041. 88. 52 4.73-1333。

21，56"104°56,48w98016.08.52890. 8 4. 15 5. 19-1433。

27，12"104°35,0W1 33018. 28. 5290 1.27. 14 5.95-1533。

24,37〃104°36'44"137013. 88.4290 1.0 5. 76 5.76-1633。

24,4"104o4T60"118010. 68.03170. 6 2. 99 4.98-1733。

24,678"1〇4°44,46h114312.47.93650.7 3.68 5.26-1833。

25,29"104o40，18"1 24017. 28.4451 1.58.29 5.53-1933°26'16〃104°46,31w1 03019. 38.4384 1.79. 67 5.69-2033。

46,29"104o17'27"1 48518. 08. 5415 1.1 5. 07 4.61-2133。

53,8"104o4，14"1 58013. 28. 44170. 8 4. 15 5. 19-2233。

54,33"104。

00,49"1 59815. 98.44650.9 4. 84 5.38-2334° 1'44"103〇55，11"1 73011.58.5296 1.2 6. 68 5.57-26. 38 2434。

3,6"103o54,29"183013. 28.5429 1.58. 06 5.37-2534。

2,47"103o53,21"181014. 18.5322 1.1 6. 22 5.65-2634。

5,46"104° 1218" 2 02012.68.52641. 27. 37 6. 14-273405,24〃104。

144"1 97013.08. 5244 1.812. 21 6.78-2834〇5，10"104o16,22"1 910--- 1.38. 29 6. 38-2934〇06,25"104o15，18"1 9768.48.4447 1.79. 67 5. 69-3034〇10,4"104o15,35" 2 10916. 28. 5462 2.614. 74 5.67-3134〇9，16w104° 1647" 2 07016. 58.4412 2.918. 65 6. 43-3233047，14〃104°3T38〃1 41013. 18.4320 1.0 4. 84 4. 84-3333。

58，14〃104°25,28w1 77015. 87.7303 1.47. 83 5. 59-3434〇0,35"104° 26'49"1 66019. 88. 5356 1.58. 52 5.68-3534。

3 33"104o23,32"1 79628. 48.4562 1.910. 59 5.57-3634〇0，11〃104o23,46"184018. 38.5279 1.48. 52 6.09-3733。

45,5"103o56，14〃 2 34012.78. 6330 1.3 6. 91 5. 32-3833045,9"103o56,6w 2 33012. 68.6306 1.0 5.76 5.76-26. 23 3933。

48，12〃103o53,3，， 2 21013. 38. 6315 1.0 5. 99 5.99-4033。

57,44"103o41，13"198010. 28. 7509 1.810. 82 6.01-4133。

56,58"103°40，15" 2 00011.28.6492 2. 316. 357. 11-4233。

56,28〃103o37,55"1 9809. 88.6295 2.616. 12 6.20-4333。

58,28"103°33,0W 2 15012.28. 5451 1.1 5. 53 5.03-4434。

3,44"103o29,49" 2 58015. 28. 53200.9 4. 61 5. 12-4534。

3，12"103o29，10" 2 34016. 18. 6328 2. 214. 51 6.60-463402,37"103°29,34w 2 34017. 48. 5323 1.47. 83 5. 59-4734°9;49w103o16，15" 2 67014.08. 6358 2. 312. 67 5. 51-4834°9,49H103o16,24" 2 68013. 18. 53061. 3 6.45 4.96-4934。

7,38"103o14,53" 2 63014. 08.5325 1.57.60 5.07-5034°屮53"103°i r i7w 2 6109.08. 5310 1.48. 52 6. 09-
第3期赖曼婷等：白龙江溶解有机碳的空间分布、来源及其控制因素探究231续表
序号北纬东经海拔/m水温/t：
513409,5"103°10,32" 2 58010.7 5234°6f52w103〇9,58" 2 49010.2 5334〇6,0"103°6,33w 2 4809.5 5434。

2,57"103〇4,36" 2 6409. 3 5534〇2,20"103〇4,39〃2 6008.8 563405,26〃102〇37,50" 3 37014.2 573407,35"102〇36,43" 3 35012.6 583407，15"102〇39,4" 3 27412.4 593405,34"102〇44,24" 3 17016.5 6034°屮20"102〇46,52” 3 10919. 3 613409，i r102〇48,32" 3 06214.0 6234〇10,15"102〇48，16" 3 06619.5 6333054,4W103〇27,49" 2 27012.1 6433。

53，18"103〇22,47" 2 34010.8 6533°52,5W103°20,16w 2 51011.8 6633042，14"103〇22,29" 2 70011.1 6733018,25"103〇22，12" 3 39011.4 6833〇18,51"103〇23〇20 3 34611.4 6933025,36"103〇21，44" 3 26010. 7 7033036,35"103〇20,49" 2 74011.8 7133036'4"103〇21，25" 2 834-7233。

35，17"103〇13,76" 2 9808.1 7333〇40，1"103〇14,29" 2 94011.2 7433034,49"103〇35,23〃 3 32011. 5 7533032,28"103〇40,49" 2 51313.7 7633。

18,59"103〇39,39" 3 06013.9 7733018,45"103〇39,58" 3 06014. 1 7833°26,10w103。

40，13" 3 05011.2 7933〇33,30"103〇55,26" 2 0708. 7 8033°3r i7w103。

58,36，，20208.6 8133〇29,20"104〇1，34，，188010.2 8233〇28,20"104。

2,35”188013.4 8333024,58"104〇3,26"182012.0 8433。

18,26"103〇47,38"2 26013.6 8533〇17,23〃103°47/27/, 2 35010.5 8633〇5,20"103〇55,55"202013. 8 8733013,34"103〇54,41"218012.8 8833015'49"103〇55,20" 2 03012.8 8933°18,19w104〇9,36"1 49012.7 9033017,23"104〇13,35"1 46012.4 9133〇0,22"104〇13，10"186013.7 923304,59"104〇9，15”1 71011.3 9333。

521"104〇8,39"185611. 5 9433。

8,52"104°13,32"139014. 1 9533〇7,6，，104〇19,26"123012.2 9633。

2,37”104〇24,5”121014.2 9733°4'24"104〇26,39"112017.7 9833015,25"104〇24,8"149015.0 9933〇12,20"104〇25,9"139014.0 10032044,31w105〇14,50"61020.7P H
8.0
8.4
8.4
8.4
8.4
8.0
8.4
8.6
8.4
8. 2
8.5
8. 7
8.4
8.4
8.6
8.6
8.3
8.5
8.4
8.5
8.4
8.5
8.6
8.3
8.4
7.5
8.4
8.0
8.4
8.4
8.5
8.5
8.5
8. 3
E C/
(fiS/cm)
395
333
306
282
300
378
411
406
420
461
193
518
467
366
379
531
267
257
288
470
260
495
302
324
278
292
284
321
260
343
397
221
456
501
306
348
345
279
311
368
338
277
300
287
342
397
361
344
348
D O C/
(m g/L)
2.4
1.6
2.5
3. 1
2.6
0. 4
3. 9
2.2
3.0
1.6
2. 5
1. 5
2.4
2.2
2. 1
1.5
0. 9
1.0
1.4
2. 8
1.2
1.4
1.1
0. 7
0.6
0. 8
1.2
0. 6
4. 1
0. 7
0.5
0.4
0.4
0. 8
0.6
1.5
0.6
0. 7
0.6
0. 7
0.6
0.7
0. 8
0.6
(254)/S U V A254/
m 1( L/( mg* m))
12. 67
8. 75
15. 20
20. 96
15.43
1. 15
27. 87
14. 51
20. 04
9. 90
15.43
10. 36
11.05
12.44
11. 75
7. 14
4. 38
4. 84
6. 68
16. 81
5.99
5. 53
3. 22
8. 52
5.99
7. 60
7.60
7. 14
2. 30
2. 76
3.68
5.99
2.76
2.30
3.45
2.07
2.07
1.61
4. 15
3.92
10. 13
3.22
3.68
3.45
3.68
2.76
3.68
4. 61
2. 76
6.68
5.28
5.47
6.08
6.76
5.93
2. 88
7. 15
6.60
6.68
6. 19
6. 17
6.91
4.60
5.65
5.60
4. 76
4. 87
4. 84
4.77
6. 00
4. 99
5.03
2.68
5. 68
5.45
5. 85
5.43
6.49
3. 29
4. 60
4. 60
4.99
4. 60
0. 56
4.93
4. 14
5. 18
4. 03
5. 19
6. 53
6. 75
5. 37
5. 26
5. 75
5. 26
4. 60
5. 26
5. 76
4. 60
6. 07
8'5C doc/
%C
-27. 14
-26. 66
注表示未获取该项数据
:
103° E
104° E
105。

E
232 地球与环境 2〇2i 年
拔低而温度高，DOC 降解量增加而表现出DO C 含 量在下游支流值较低。

白龙江自文县至广元段区 域（后文统称为下游区域）DOC 含量与中游区域（宕 昌-舟曲至武都段）DOC 含量分布范围没有明显差 异，可能的原因是这两段的河流水体海拔落差小， 温度变化小；由泥炭地产出DOC 降解性低ns]，白龙 江源区产生的D 0C 中易降解的部分在上游区域海 拔急剧降低引起的巨大温差变化下几乎被降解，部 分难降解的DOC 沿水流被运输至下游，使得中下游 的D 0C 含量变化不大。

土地利用对河水中有机碳的空间分布具有重 要影响18]。

如图2所示，白龙江流域以林地和草地 为主，耕地主要分布于流域北边及下游区域，水体 中D 0C 含量总体呈现出由西北向东南递减的趋势。

源头区域以林地和草地为主，草地分布相对较多， 高的有机碳积累使河流中D 0C 含量增加[8],是整个 流域中D 0C 含量最高的区域；上游支流草原面积占 比增加，且西边与若尔盖泥炭地接壤，这导致河流 水体含有相对较高浓度的DOC [8'l7];下游区域土地 利用方式改变，耕地面积相对增加，土壤中有机质 的淋溶作用加强，导致更多的土壤有机碳（Soil
Organic Carbon ,简称S 0C )进人水体19 , DOC 含量 下降幅度减弱。

综上所述，白龙江流域D 0C 的空间分布受海拔 (温度）、土地利用等因素影响，总体呈现出由上游 至下游逐渐降低的趋势，这与当曲、澜沧江等流域 D 0C 的空间分布趋势相一致2°]。

白龙江干流区域 呈现出源头区域含量高，中下游含量接近，但较源 头区域较低的特征；支流D 0C 含量呈现明显的由上 游至下游降低的趋势。

3.2白龙江流域D O C 的来源
河流中D 0C 的含量及其分子组成受其来源控 制，D 0C 的来源主要包含土壤有机碳、内源植物和 初级生产力等多个因素，分析河流D 0C 的来源有助 于解析青藏高原东缘流域碳循环过程。

高海拔河 流水体中，陆地土壤中的有机碳经淋溶作用后随壤 中流和地表径流等汇人河流水体，是D 0C 的主要来 源之一[9]。

张金茜等[121的研究结果显示研究区内 S 0C 含量随海拔上升而逐渐增加，研究区内D 0C 含 量随海拔的变化趋势与流域内土壤有机质的变化 趋势相近（图3)。

白龙江流域位于我国第1、2级阶 梯交界处，坡度较大，地形陡峭，水流揣J t 、，并且气
103° E
104° E 105° E
z o T r e
M O S
z st
e
z c e e
图2
白龙江流域土地利用及D O C 含量空间分布图
Fig. 2 Spatial distributions of the land use and D O C concentrations in the Bailong
River catchment
第3期赖曼婷等：白龙江溶解有机碳的空间分布、来源及其控制因素探究
233
0 5 10 15
20 25 30
a (254)/m -1
84号样品作为异常值处理，而没有被包括在相关性计算中
图4
紫外吸收系数a (254)与D O C 浓度之间的相关性
Fig. 4
Relationships between a (254) and D O C concentration from the Bailong river catchment
温较低，不利于浮游生物的生长U1],造成白龙江内 DOC 降解速率下降[22],SO C 淋溶加剧:21]。

以上分 源性D 0C 贡献较低。

白龙江下游区域海拔较低、地 析说明白龙江中上游D 0C 主要受S 0C 控制，下游势逐渐平缓，耕地占地面积增加，土壤水含量变高，
D 0C 则因土地利用方式和环境的改变同时由S 0C
40
573〜1330 1720-2053 2371〜2689 3016〜3367 3779〜4866
海拔范围/m
S O C 数据源自文献[12]
表示每个海拔范围内对应D O C 样品数量
图3
白龙江流域水体中D 0C 与S 0C 的相关性。

Fig. 3
T h e relationship of D O C and S O C in Bailong River catchment
n =i 2
■ D O C «=12
•
S O C
.
n =5
,
«=21
■
* _■ _
«=20
■
•
■
■
■
rt=14
-
■
•
n =2
■
•
m
•
•i
.
i
.
i
.
. i
4
(
l i u o a
(E l l /s ^01x )/u o s
20
o(
o
o 1
丨
8
6
(_J /S E )/o 〇
a
234地球与环境2021 年
和内源性D0C控制。

紫外-可见光吸收光谱特征常被用来表征DOM 的组成，是研究DOM特征的重要指标。

已有研究 指出，在水生环境中，当陆源输人为主的DOM占主 导时，紫外吸收系数与DOC浓度之间存在很强的相 关性。

DOC的可降解性受DOC芳香性的影响，SU-VA254可有效指示D O C的芳香性及陆生植物输人[9_23]。

本次研究拟合了 D0C浓度与其在254 nm 波长下的吸收系数a(254)，两者具有极好的正相关 性，ft2值高达0.95 (图4),结果与前人研究一致[21]。

如表1所示，SUVA254的变化范围较大，最低 值为 0.57 L/(mg.m),其余的在 3.09~7.25 L/(mg •m)之间变化，与青藏高原冰川河流[24]相比具有更 高的SUVA254值，进一步表明白龙江D0C的生物可 利用性较高原冰川河流中的D0C更强；与刘堰杨等[9]研究显示受陆源腐殖质影响的白河SUVA254范 围（3.90~7.70 L/(mg.m))接近，表明白龙江流域内D0C受陆源腐殖质的影响。

稳定同位素组成是区分有机碳来源和指示生物地球化学过程的重要指标。

不同类型植物具有特定的碳同位素组成[25\C3植物的5I3C变化范围 是-35%c~ -20%，平均值是-26%c,C4植物的513C 变化范围是，平均值是-12%c,CAM植 物的513C变化范围是-22% ~ - 10%c，平均值是-16%c,不同端兀值碳同位素的差异有利于D0C的来源辨析。

研究显示，青藏高原东部地区高山植物的S13C值范围介于-29. -25.4%c之间,甘南高寒地区C3植物的S13C值在-29. 0%c~-25.0%c 之间变化[27]。

本研究涉及的5个样品的S13C变化 范围为-27. 2%。

〜-26. 2%c,具有比较明显的典型C3 植物来源特征。

流域内林地主要分布于白龙江源头区域、中段及下游区域，河道附近以针叶、阔叶林 这些典型的C3植物为主，而水体中D0C的碳同位 素组成与C3植物的S I3C完全吻合。

因此，可以进 一步印证白龙江溶解有机碳主要来源于土壤中陆源C3植物的分解。

3.3与世界其它河流的比较
D0C含量受纬度、植被条件、气候环境、岩土类 型及人为活动等多种因素影响。

与世界河流相比，我国境内的河流D0C含量较其他位于高讳度的河流D0C含量更少（图5)。

Congo河w D0C浓度变 化范围为 4.6~29. 2 mg/L，Epulu河[28]D0C 浓度范 围为 5.2 〜9.0 mg/L。

美洲 Mississippi 河[29]00(：变 化范围是2.9~4. 1mg/L，Yuk〇n河[3°]流经高纬度森林，D0C变化范围较大（0.5~32.0 mg/L)A m a­zon河[31」的变化范围是 1.5~6.0 mg/L。

欧洲的 O b 河[32]、Len a河_和Conwy河™的DOC范围分别 是 0.6 ~ 2. 8 mg/L、5.5 ~ 12. 0 mg/L 和 6.5 ~ 14. 8 mg/L。

我国长江[34]、黄河[34;DOC浓度范围接近，分别是 〇.7~10. 1mg/L 和 1.6~12.4 mg/L，黄河水 含沙量高是D0C含量高的主要原因之一，珠江[34]水域的D0C范围为0.4〜3. 8 mg/L。

白龙江周边河
Epulu 河
Congo 河
Mississippi 河
Yukon 河
Amazon 河
Conwy 河
Lena 河
Ob河
长江
黄河
珠江
嘉陵江
&河
抚边河
杂谷脑
岷江
纳木错
葫芦沟
野牛沟
白龙江
0 5 10 15 20253035
DOC/(mg/L)
图5全球典型河流中D0C含量的比较
Fig. 5 Compa r i s o n of D O C concentrations in typical rivers worldwide
第3期赖曼婷等：白龙江溶解有机碳的空间分布、来源及其控制因素探究235
流（例如嘉陵江[35]、白河i9]、峨江[9]、抚边河…及杂 谷脑[9])的DOC范围接近，均在2~6mg/L的范围 内，位于高海拔地区的纳木错入湖河流[6]、葫芦 沟[1°和野牛沟[1°]的DOC含量较低，变化较小。

DOC主要来源于陆源植物与土壤有机质的分解，水体自生有机碳及人为活动也是其重要来源[36]。

我国境内关于水体S I3CD(K的研究较少，抚仙湖人湖 河流中的S13C doc变化范围为-25. 5%c~-12.6%c，珠 江流域东江DOC主要来源于河岸土壤及周边红树林 土壤，其 Sl3CD()c 变化范围为-27.6%c~-24.2%c[37]，天津地表水水体中的S13CD(M；值分布在-25%c附近，主 要受生活污水的影响38]。

北极高寒冻土区的Dryad-breen 和 Fardalen 河的 S'-均值约为-40%〇’，由内源性生物（细菌、藻类植物等）控制；Raymond等[32]报道的高纬度河流L e n a河（-27. 0知）、O h河 (_27.4%c)和 Yukon 河（-26.2%)的 S13C d o c 均值，以及 Guo 等.4〜在 Mackenzie(- 26. 2%c)、Sagavanirktok (-27. 1%C)和Yukon河（-27. 1%。

)三条河流获取的的 5I3C_；，都与本次研究结果相近，表明研究区水体的 DOC主要来源于C3植物。

4结语
本文通过对青藏高原东缘白龙江流域的系统研究，得出以下结论：
1)白龙江流域D O C的变化范围是0.4 ~ 4. 1 mg/L，平均值为1.4 mg/L,远低于世界河流D0C的
平均值，符合亚洲低纬度地区D0C浓度低的特征，
与我国其它高原河流水体中D0C含量相当，且具有
芳香性高、腐殖程度较高的特点；
2)白龙江流域源头区域D0C含量在空间上具有一定的分布规律。

源区具有较高的D0C含量，随
着水流方向，水体中D0C逐渐降解，这一规律在在
南部支流流域表现突出，但随着农业活动增多，人
口分布更密集等原因使得下游D0C陆源输人更多，
从而与干流中游D0C含量分布范围基本一致；
3)白龙江流域D0C与土壤有机碳之间存在较好的相关性，结合紫外-可见光光谱特征分析和
S UCD(K的对比分析，D0C的主要来源为陆源C3
植物。

在研究过程中，仍发现许多不足之处，未能定
量的分析河流中D0C的具体来源，在以后的研究中
会对D0C具体成分及来源通过FT-ICR M S及放射
性碳同位素等进行进一步分析。

致谢：感谢胡楠、崔丽峰、陈鹏斌、陈赛男和张
小龙在采样及实验分析过程中的帮助。

参考文献
[1 ]Dagg M,Benner R,Lohrenz S,et a l.Transformation of dissolved and particulate materials on continental shelves influenced by large rivers：
Plume processes [J ]. Continental Shelf Research , 2004, 24(7-8)：833-858.
[2] Y e F, G u o W,Wei G, et a l. The sources and transformations of dissolved organic matter in the Pearl River Estuary, China, as revealed by stable
isotopes[J]. Journal of Geophysical Research：Oceans, 2018, 123(9)：6893-6908.
[3」Moyer R P，Powell C E，Gordon D J，et a l.Abundance，distribution，and fluxes of dissolved organic carbon (D O C)in four small sub-tropical rivers of the T a m p a Bay Estuary (Florida, U S A)[J].Applied Geochemistry, 2015, 63：550-562.
[4] Raymond P A, Bauer J E. Riverine export of aged terrestrial organic matter to the North Atlantic Ocean[ J]. Nature, 2001 , 409(6819) ： 497-
500.
[5] Marwick T R, Tamooh F, Teodoru C R,et a l.The age of river transported carbon：A global perspective [J].Global Biogeochemical Cycles,
2015, 29(2) ：122-137.
[6]开金磊，王君波，黄磊，等.西藏纳木错及其入湖河流溶解有机碳和总氮浓度的季节变化[J].湖泊科学，2019, 31(4): 1099-1108.
[7]赵海娟，肖琼，吴夏，等•漓江地表水体有机碳来源[J].环境科学，2017, 38(8): 3200-3208.
[8]马小亮，吴晓东，叶琳琳，等.青藏高原腹地不同植被下河流溶解性有机碳特征[J].环境科学与技术，2018, 41(9): 79-84, 89.
[9]刘堰杨，秦纪洪，孙辉.川西高海拔河流中溶解性有机质（D0M)紫外-可见光吸收光谱特征[J].环境科学学报，2018, 38(9) :3662
-3671.
[10] Gao T, Kang S, Chen R, et a l. Riverine dissolved organic carbon and i t s optical properties in a permafrost region of the Upper Heihe River basin
in the Northern Tibetan Plateau[J]. The Science of the Total Environment, 2019, 686：370-381.
[11] Chen M,Zeng C,Zhang F, et a l.Characteristics of dissolved organic matter from a transboundary Himalayan watershed：Relationships with land
use, elevation, and hydrology [J].American Chemical Society：Earth and Space Chemistry, 2020, 4(3) ：449-456.
[12]张金茜，巩杰，柳冬青.甘肃白龙江流域土壤有机碳与全氮储量的空间格局特征[J]. 土壤通报，2018, 49(l h23-30.
[13]马能文.甘肃白龙江流域土地利用变化及生态健康评价研究[D].兰州：西北师范大学，2019.
236地球与环境2021 年
[14]宁娜•白龙江流域不同尺度泥石流危险性评价技术研究[D].兰州：兰州大学，2014.
[15] Meybeck M. Carbon, nitrogen, and phosphorus transport by world rivers[J]. American Journal of Science, 1982, 282(4) ： 401-450.
[16]潘德炉，刘琼，白雁•D O C遥感研究进展—基于全球大河D O C与C D0M保守性特征[J].海洋学报，2012, 34(4):卜11.
[17] Wild B, Andersson A, Broder L, et a l.Rivers across ihe Siberian Arctic unearth the patterns of carbon release from thawing permafrost [J]-Pro­
ceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2019, 116(21)：10280-10285.
[18]马小亮，刘桂民，吴晓东，等.青藏高原多年冻土区典型植被下河流溶解性有机碳的生物可利用性[J].环境科学，2018, 39(5): 2086
-2094.
[19]章程.典型岩溶泉流域不同土地利用方式土壤营养元素形态及其影响因素[J].水土保持学报，2009, 23(4): 165-169, 199.
[20]赵登忠，汪朝辉，申邵洪，等.青藏高原典型河流与湖泊表层水体碳时空变化特征初步分析[J].长江科学院院报，2018, 35( 11 ): 13
-19.
[21] W e n Z,Song K,Liu G, et a l. Characterizing D O C sources in China* s Haihe River basin using spectroscopy and stable carbon isotopes[ J].E n­
vironmental Pollution, 2020, 258：113684.
[22] Strohmeier S,Knorr K H,Reichert M, et a l.Concentrations and fluxes of dissolved organic carbon in runoff from a forested catchment ：Insights
from high frequency measurements[ J ]. Biogeosciences, 2013, 10(121) ：905-916.
[23] Spencer R G M,Butler K D, Aiken G R. Dissolved organic carbon and chromophoric dissolved organic matter properties of rivers in the U S A[J].
Journal of Geophysical Research-Biogeosciences, 2012, 117(3) ：G00301.
[24] Spencer R G M, G u o W,R aymond P A, et a l.Source and biolability of ancient dissolved organic matter in glacier and lake ecosystems on the Ti­
betan Plateau[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2014, 142( 1) ：64-74.
[25]韦莉莉，严重玲，叶彬彬，等.C3植物稳定碳同位素组成与盐分的关系[J].生态学报，2008, 28(3) :1270-1278.
[26]李明财，易现峰，李来兴，等.青藏高原东部典型高山植物叶片513C的季节变化[J].西北植物学报，2005, 25( 1): 77-81.
[27]刘旻霞，刘洋洋，陈世伟，等.高寒草甸不同坡向条件下植物叶片S13C及水分利用效率的变化[J].应用生态学报，2016, 27( 12):
3816-3822.
[28] Spencer R G M，H e m e s P J,Ruf R, et a l.Temporal controls on dissolved organic matter and lignin biogeochemistry in a pristine tropical river,
Democratic Republic of Congo[J]. Journal of Geophysical Research：Biogeosciences, 2010, 30( 115)：G0313.
[29] Cai Y, G u o L, W a n g X, et a l.Abundance, stable isotopic composition, and export fluxes of D O C,P O C,and DIC from the Lower Mississippi
River during 2006-2008[ J].Journal of Geophysical Research-Biogeosciences, 2015, 120( 11) ：2273-2288.
[30] Aiken G R,Spencer R G M, Striegl R G, et a l.Influences of glacier melt and permafrost thaw on the age of dissolved organic carbon in the Y u­
kon River basin [J] .Global Biogeochemical Cycles, 2014, 28(5)：525-537.
[31 ]Medeiros P M,Seidel M, War d N D, et a l.Fate of the Amazon River dissolved organic matter in the tropical Atlantic Ocean[ J]. Global Biogeo­
chemical Cycles, 2015, 29(5) ：677-690.
[32] Raymond P A,McClelland J W,Holmes R M,et a l.Flux and age of dissolved organic carbon exported to the Arctic Ocean ：A carbon isotopic
study of the five largest arctic rivers[J]. Global Biogeochemical Cycles, 2007, 21(4) ：GB4001.
[33] Evans C D,Freeman C, Cork L G, et a l.Evidence against recent climate-induced destabilisation of soil carbon from 14C analysis of riverine dis­
solved organic matter[J]. Geophysical Research Letters, 2007, 34(7) ：L07407.
[34] Bao H, W u Y, Zhang J.Spatial and temporal variation of dissolved organic matter in the Changjiang：Fluvial transport and flux estimation [J].
Journal of Geophysical Research：Biogeosciences, 2015, 120(9) ：1870-1886.
[35] Nie Y, Zhang Z, Shen Q, et a l.Significance of different carbon forms and carbonic anhydrase activity in monitoring and prediction of algal blooms
in the urban section of Jialing River, Chongqing, China[J]. Environmental Science：Processes & Impacts, 2016, 18(5) ： 600-612.
[36] 丁薇，陈敬安，杨海全，等.云南抚仙湖主要人湖河流有机碳来源辨识[J].地球与环境，2016, 44(3):290-296.
[37] Fu Y,Tang C,Li J, et a l.Sources and transport of organic carbon from the Dongjiang River to the H u m e n outlet of the Pearl River, southern
China[J]. Journal of Geographical Sciences, 2014, 24( 1) ：143-158.
[38]王中良，李军，刘丛强，等.天津地表水中有机碳来源的同位素示踪研究[J].地球与环境，2011，39(1):1-8.
[39」Hindshaw R S，Lang S Q，Bernasconi S M，et a l.Origin and temporal variability of unusually low 813C-D O C values in two High Arctic catch- ments[J], Journal of Geophysical Research ：Biogeosciences, 2016, 121(4)：1073-1085.
[40] G u o L, Cai Y,Belzile C, et a l.Sources and export fluxes of inorganic and organic carbon and nutrient species from the seasonally ice-covered
Yukon River[J]. Biogeochemistry, 2012, 34( 13)：187-206.
第3期赖曼婷等：白龙江溶解存机碳的空间分布、来源及其控制因家探究237
Spatial Distribution, Sources and Controlling Factors of Dissolved
Organic Carbon of Bailong River
LAI M anting,ZHONG Ju n,WANG W anfa,Y I Y u an b i,CHEN S h u ai,XU Sheng (Institute of Surface-Earth Science System, School of Earth Science System, Tianjin University, Tianjin 300072,China)
A b s t r a c t：Riverine carbon cycle is one of the most important c o m p o n e n t s a n d research hotspot in studying the global carbon cycle.
H o w e v e r,few studies focused on the riverine carbon cycle in the Tibetan Plateau. Bailong River catchment is located o n the northeast edge of Tibetan Plateau, being the ideal areas to study the carbon cycle of catchment on the plateau. In order to study the spatial distri­bution ,sources a n d controlling factors of dissolved organic carbon (D O C)of Bailong River catchment, the river water samples were systematically collected from the Bailong River catchment and analyzed for the temperature, p H,electrical conductivity ( E C) ,c o n c e n­tration of D O C,U V optical properties a n d8'C of D O C.T h e analytical results s h o w that the concentration of D O C is in the range of 0. 4-4.1m g/L with an average 1.4 m g/L,and 8,3C I)O C ranges from -27. 2%c to -26. 2%c.There is a trend of D O C spatial distribu­tion ,being high in the upstream and low in downstream, and the range of D O C concentration in the middle and lower reaches of m a i n stream is similar, while the concentration of D O C in the southern tributary decreases gradually from the upstream to the downstream. T h e D O C concentration reveals positive correlations with the soil organic carbon concentration and a(254)value. T h e s e features to­gether with 8'3C D()(： values suggested that D O C in Bailong River catchment were mainly derived from the decomposition of terrestrial C3-type organic matter, and were controlled by the altitude (temperature) and land use.
K e y w o r d s：dissolved organic c a r b o n；terrestrial C3-type organic matter；spatial distribution；Bailong River。