摘 要：該文綜述了河流水體有機(jī)碳的研究狀況，相關(guān)研究表明，不同類型的河流其有機(jī)碳含量及來(lái)源均存在顯著差異；水溫、土壤有機(jī)質(zhì)的侵蝕及人類活動(dòng)的干擾等均會(huì)對(duì)河流水體有機(jī)碳的輸出通量產(chǎn)生重要影響。

關(guān)鍵詞：河流；有機(jī)碳；研究綜述

中圖分類號(hào) X52；P593 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）09-0028-03

Abstract：Research progress on the riverine organic carbon was summarized in this paper，there are significant differences in organic carbon content and source of different rivers.Water temperature，the erosion of soil organic matter and human disturbance activities have a significant impact on the output flux of organic carbon in rivers.

Key words：Rivers；Organic carbon；Review

1 引言

河流輸運(yùn)的碳主要有4種賦存形式，即顆粒性有機(jī)碳（POC：particulate organic carbon）、溶解性有機(jī)碳（DOC：dissolved organic carbon）、顆粒性無(wú)機(jī)碳（PIC：particulate inorganic carbon）和溶解性無(wú)機(jī)碳（DIC：dissolved inorganic carbon）。DOC和POC是河流有機(jī)碳的2種基本賦存形式，河流POC約占河流總有機(jī)碳通量的50%[1]，是有機(jī)質(zhì)在河流中運(yùn)輸?shù)闹饕d體；河流水體DOC則促進(jìn)了水體中微生物的繁殖[2]。研究河流水體有機(jī)碳的通量及其來(lái)源等，對(duì)于確定自然因素和人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度具有重要意義[3]。

2 河流水體有機(jī)碳含量

全球河流DOC平均含量為5～6mg/L[4]，河流POC平均含量為1～5mg/L[5]。不同流域類型的河流其有機(jī)碳含量存在顯著的時(shí)空差異（表1），如印度河DOC含量是全球河流平均含量的2倍之多，而黃河屬于侵蝕性河流，其POC含量遠(yuǎn)高于其他類型的河流。

河流水體DOC的含量與水溫、浮游植物的光合作用以及細(xì)菌降解等密切相關(guān)，其含量直接反映了人類活動(dòng)對(duì)流域地表水體的影響和污染程度等[7-8]。吳紅寶等[9]對(duì)脫甲河水體DOC的研究表明脫甲河DOC濃度范圍為0.46～9.54mg/L，并呈現(xiàn)出夏季>春季>冬季>秋季的變化趨勢(shì)。王俊博[10]等對(duì)九龍江干流（西溪和北溪）水體中DOC含量進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，西溪春季和夏季DOC含量范圍分別為1.66～11.79mg/L和1.72～5.91mg/L，表現(xiàn)為春季高于夏季含量的時(shí)空變化，而北溪春季和夏季DOC含量范圍分別為1.26～4.56mg/L和1.46～8.49mg/L，呈現(xiàn)出春季低于夏季的變化趨勢(shì)。黃奇波等[11]研究表明桂江流域內(nèi)巖溶出露面積大，表層土壤有機(jī)碳含量高造成水體中DOC相對(duì)偏高，河流水體DOC含量為0.68～2.16mg/L。魏秀國(guó)[12]等研究表明西江馬口斷面水體DOC含量介于0.98～4.17mg/L，且季節(jié)性變化幅度小。

不同類型的河流其水體POC含量也不相同，并呈現(xiàn)出不同的時(shí)空變化規(guī)律。張金流等[13]研究表明塘西河下游水體中POC濃度變化范圍為0.33～1.51mg/L，呈現(xiàn)夏季>春季>秋季>冬季的變化趨勢(shì)。王婧等[14]研究表明金水河水體POC含量呈春季>夏季>冬季>秋季的季節(jié)性變化格局，并隨著人為干擾強(qiáng)度的加強(qiáng)而呈遞增的趨勢(shì)，最高含量可達(dá)到9.883±3.45mg/L。張勝華等[15]對(duì)五華河進(jìn)行了一個(gè)完整水文年的月周期性采樣分析，結(jié)果表明五華河徑流中POC平均含量為0.77mg/L，且汛期含量高于枯水期。茅昌平等[16]對(duì)長(zhǎng)江干流夏季和冬季水體懸浮物進(jìn)行采樣分析，結(jié)果表明夏季干流水體中POC含量在0.4%～1.3%，冬季含量在0.7%～2.2%，降水帶來(lái)的大量粗顆粒礦物對(duì)懸浮物有機(jī)碳的稀釋是造成夏季水體POC含量較低的主要原因。

3 河流水體有機(jī)碳來(lái)源

河流水體有機(jī)碳的來(lái)源主要包括內(nèi)源和外源2個(gè)部分，土壤有機(jī)質(zhì)的侵蝕、陸生植物殘?bào)w以及人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)排放的有機(jī)物等是外源有機(jī)碳的主要來(lái)源；而內(nèi)源有機(jī)碳主要源于河流中植物葉綠體經(jīng)光合作用所產(chǎn)生的顆粒物、POC降解、細(xì)菌及其分泌物等[17]。研究中常采用河流水體有機(jī)質(zhì)的碳氮比值（C/N）及其穩(wěn)定碳同位素組成辨析河流有機(jī)碳的來(lái)源。當(dāng)C/N<12時(shí)，表明水生植物是有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源，而當(dāng)C/N>12時(shí)，則指示陸源有機(jī)碳是有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源。此外，有研究表明河流內(nèi)源有機(jī)質(zhì)δ13C為-22‰～-19‰，混合來(lái)源有機(jī)質(zhì)δ13C為

-22‰～-16‰[18]。侯青葉等[19]對(duì)烏裕爾河豐、枯水期POC含量及其δ13C進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明水體POC主要來(lái)源于未受玉米殘?bào)w及根系輸入影響的深層土壤，并利用同位素端元混合模型計(jì)算出豐水期各支流對(duì)不同干流采樣點(diǎn)水體POC的貢獻(xiàn)率。譚慧娟等[20]通過(guò)分析金水河流域河岸帶土壤、植物以及河流中藻類POC的C/N比值和穩(wěn)定碳同位素組成（δ13C），對(duì)河流水體POC來(lái)源及不同來(lái)源的貢獻(xiàn)比例進(jìn)行研究，表明金水河流域水體POC主要來(lái)源于土壤有機(jī)質(zhì)、C3植物和藻類，水體POC的來(lái)源及其貢獻(xiàn)率具有明顯的季節(jié)變化。葉琳琳等[4]以太湖流域西北部的2條入湖河流（殷村港和陳東港）為研究對(duì)象，表明2條入湖河流中溶解性碳水化合物主要來(lái)源于外源輸入和浮游植物光合作用的釋放。

4 河流水體有機(jī)碳通量及控制因素

4.1 河流水體有機(jī)碳通量的計(jì)算 河流有機(jī)碳通量主要來(lái)自對(duì)流域土壤有機(jī)質(zhì)的侵蝕[3]，記錄著人類活動(dòng)對(duì)流域地表自然狀態(tài)的改變[21]。一般可采用河流徑流量與有機(jī)碳質(zhì)量濃度之積來(lái)估算有機(jī)碳的輸出通量，如孔凡婷等[3]采用公式（1）、（2）估算出大沽河流域一個(gè)完整水文年水體DOC的輸出通量。張連凱等[4]根據(jù)兩季河流徑流量在全年中所占比例（即F=F'/P，P為采樣季流量占全年的百分比）估算出珠江流域河流有機(jī)碳的年輸出通量。

式中，F(xiàn)'為采樣季的碳通量，Ci為物質(zhì)的質(zhì)量濃度，Qi為河流徑流量，1/n為采樣頻次。

4.2 河流水體有機(jī)碳通量的控制因素 水溫、葉綠素a濃度、細(xì)菌的降解作用、光化學(xué)氧化作用以及顆粒態(tài)有機(jī)物的共沉淀均會(huì)引起DOC濃度的變化[22-23]。張連凱等[4]指出流域化學(xué)侵蝕對(duì)水體中DOC含量有重要影響，降水量、氣溫及水文過(guò)程的變化也都會(huì)引起DOC含量的變化。Ludwig等[5]認(rèn)為河流的DOC通量與徑流深度和土壤有機(jī)碳含量呈正比，而與流域的地形呈反比；陶澍等[24]根據(jù)實(shí)測(cè)流量和水體DOC含量計(jì)算出伊春河水體DOC的月輸出通量，進(jìn)而估算出1993年伊春河全年輸出通量為7113t，并指出夏季出現(xiàn)大量降水，DOC含量與流量變化趨勢(shì)一致，因此夏季輸出通量對(duì)全年的貢獻(xiàn)比例最大，高達(dá)90%；魏秀國(guó)[25]指出河流在流經(jīng)城鎮(zhèn)、工業(yè)區(qū)等過(guò)程中會(huì)有大量含溶解有機(jī)物的人類生活污水和工業(yè)廢水匯入，使水體中的DOC濃度大幅度升高，進(jìn)而影響到河流水體中DOC的通量。張連凱等[4]對(duì)珠江流域河流碳的輸出通量及變化特征進(jìn)行了研究，表明水體DOC的質(zhì)量濃度隨雨季的到來(lái)而升高，根據(jù)河流有機(jī)碳的徑流量和質(zhì)量濃度計(jì)算出珠江流域POC和DOC的入海通量分別為2.50×1012、1.13×1012g·a-1?？追餐さ萚3]對(duì)大沽河流域DOC的輸出通量進(jìn)行了估算，結(jié)果表明大沽河一個(gè)完整水文年度DOC的輸出通量約為1.6×105gC/km2/yr，這與大沽河流域暖溫帶沿海濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)的自然條件和人為因素（流域人口密度大、工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展等）密切相關(guān)。

國(guó)內(nèi)外也有學(xué)者對(duì)河流水體POC通量的影響因素進(jìn)行了研究，如Balakrishna等[26]對(duì)印度戈達(dá)瓦里河有機(jī)碳的輸出通量和遷移過(guò)程研究發(fā)現(xiàn)戈達(dá)瓦里河POC的輸出通量為756×109g·yr-1，在遷移過(guò)程中22%的POC由于有機(jī)物的氧化、壩后有機(jī)物截留和河道淤積而損失，同時(shí)表明土壤侵蝕和森林砍伐的加劇是造成戈達(dá)瓦里河有機(jī)碳產(chǎn)出的重要原因；茅昌平等[16]估算出長(zhǎng)江一年的顆粒有機(jī)碳通量為1.46Mt/a；譚慧娟等[20]指出土地利用方式的改變及人為干擾程度都能對(duì)河流水體POC的含量產(chǎn)生較大影響。

5 結(jié)語(yǔ)

河流有機(jī)碳的成分及來(lái)源較為復(fù)雜，是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[27]。認(rèn)識(shí)了解河流水體有機(jī)碳的組成、含量、來(lái)源及貢獻(xiàn)比例、控制因素等，有助于加深對(duì)河流水體有機(jī)碳循環(huán)生物地球化學(xué)過(guò)程的理解，為進(jìn)一步開(kāi)展河流水體有機(jī)碳循環(huán)研究工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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（責(zé)編：張宏民）