兰州大学第三极地区河水与冰川可溶有机碳研究取得新进展

日期: 2020-04-30 阅读: 来源: 关键词:

有机碳是碳循环的重要环节,也是近年来全球变化研究领域的一个热点问题。气候变暖背景下,第三极地区冻土退化、雪冰融化,均可释放大量的可溶有机碳(DOC)进入下游生态系统。但目前,对河流碳输送在区域以及全球碳收支研究中的作用研究不足,特别是冻土活动层冻融过程对河流DOC的输出具有重要影响。此外,DOC具有较强的生物可利用性,且可有效吸收紫外和近紫外波段的太阳辐射,也是造成冰川消融的吸光性杂质之一。DOC雪冰消融过程中吸光性的变化及其与辐射强迫的关系还没有清楚的认识,从而限制了全面认识和评估DOC对雪冰消融的贡献。

针对上述科学问题,兰州大学资源环境学院高坛光博士、中国科学院西北生态环境资源研究院康世昌研究员团队等相关单位科研人员,在青藏高原北部黑河上游地区和新疆北部的木斯岛冰川开展了相关研究。黑河上游位于祁连山高寒冰雪冻土带,多年冻土以及季节冻土广泛发育。气后变暖背景下,冻土退化导致大量有机碳释放。基于2018年8月−2018年9月的黑河上游河水、冻土地下冰DOC研究发现,黑河上游河水DOC含量的高值出现在春末夏初(图1),其年输出量约为0.86 Gg C yr−1,这比三江源以及北极地区河流DOC输出量偏低。由于黑河上游地区积雪覆盖比例较低,指出河水DOC的变化特征更多的受到冻土融化的影响(图2)。

通过对新疆北部木斯岛冰川DOC以及吸光性的研究,发现木斯岛冰川DOC含量水平与青藏高原其他冰川研究结果相当,表层雪中DOC吸光强度随海拔升高而降低(图3),表明高吸光强度的DOC在附加冰消融过程中倾向于保存下来。雪冰中C/N比值变化范围0.17−11.7,表明雪冰DOC具有较高的生物可利用性。目前冰川快速退缩背景下,木斯岛冰川DOC的年释放量约为3.47−18.5 t C yr−1。基于DOC吸光性结果,评估表明雪冰中DOC导致的辐射强迫约占黑碳导致辐射强迫的18−38%。该研究明确了雪冰消融过程中DOC的吸光性和辐射强迫的动态变化,加深了对DOC在雪冰消融贡献方面的理解(图4)。

图1 黑河上游野牛沟(YNG)以及葫芦沟(HLG)河水DOC、DIC(溶解无机碳)、TDN(总溶解氮)以及气温、降水、河水径流等变化特征。

图2 黑河上游河水DOC及其传输示意图。

图3 木斯岛冰川DOC吸光性与海拔变化以及DOC含量的关系(a和c是2018年7月采样结果,b和d是2018年8月采样结果)

图4  木斯岛冰川DOC迁移传输示意图

以上研究成果加深了冰冻圈地区有机碳循环过程方面的认识,为进一步探讨流域尺度上碳循环与气候变化的反馈提供基础数据。研究成果 “Riverine dissolved organic carbon and its optical properties in a permafrost region of the Upper Heihe River basin in the Northern Tibetan Plateau” 和“Characterization, sources and transport of dissolved organic carbon and nitrogen from a glacier in the Central Asia”分别在2019年6月和2020年4月发表在环境科学TOP期刊《Science of the Total Environment》上。该成果得到了中国科学院战略性先导科技专项(A类)、第二次青藏高原科考项目、国家自然科学基金、西部之光以及冰冻圈国家重点实验室自主课题等联合资助。康世昌研究员团队高坛光博士为论文第一作者,兰州大学为第一完成单位。

成果链接:

1.Gao TG, Kang SC, Chen RS, Zhang TG, Zhang TJ, Han CT, Tripathee L, Sillanpaa M, Zhang YL, 2019. Riverine dissolved organic carbon and its optical properties in a permafrost region of the Upper Heihe River basin in the northern Tibetan Plateau. Science of the Total Environment, 686, 370-381. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.478

2.Gao TG, Kang SC, Zhang YL, Sprenger M, Wang FT, Du W, Wang X, Wang X, 2020. Characterization, sources and transport of dissolved organic carbon and nitrogen from a glacier in the Central Asia. Science of the Total Environment, 725, 138246 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138346.

3.Gao TG, Kang SC, Zhang YL, Sprenger M, Wang FT, Du W, Wang X, Wang X, 2020. Data on DOC and N from the Muz Taw glacier in Central Asia, Data in Brief, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138346

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编辑:丁璠
责任编辑:许文艳

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