吸附过程在流域生物地球化学选还中的作用.doc

河流有机质生物地球化学研究进展 魏秀国1，2，3 1. 广东商学院旅游与环境学院，广州 510320；2. 广东省生态环境与土壤研究所，广州 510650；3. 华东师范大学河口海岸国家重点实验室，上海 200062探讨了近年来河流中有机质的生物地球化学研究况。大多数河流有机质的来源主要是外源即流域侵蚀而来的，经过河流的新陈代谢过程，把河流中的悬浮物分解为不同类型的有机质。在有机质分解过程中由于外部条件的差异，形成粒径大小不同的颗粒物和溶解有机质、无机质等。河流水体中的溶解有机碳（DOC）在全球不同纬度、不同区域，其含量差异较大，但目前对其生物地球化学控制的量级缺乏足够的理解和认识。另外碳氮同位素及其比值在当前的河流有机质生物地球化学研究中仍起着非常重要的示踪作用。 河流有机质生物地球化学中图分类号：P593 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2007）0--05河流是连接陆地与海洋的通道，为陆地和近岸海域提供营养物质，并哺育了生活在流域内不同区域的人们[1-2]。河流中的物质含量同时也反映流域的生物地球化学过程，并可以通过通量量化从陆地到海洋的输出[3-4]。基于此，碳氮等生物地球化学循环对于河流及其流域的状态评估就显得特别重要[5-7]。 在全球尺度上，河流营养物和沉积物向海洋的输出由于人类对海岸带的利用而发生改变[1]；为获取河口、海岸及临近海域的生物地球化学信息，了解人口稠密地区的人类活动对河流及流域的巨大影响，对世界各地的主要河流、河口及毗邻海域进行了广泛的研究[8-11]。特别是在大流域，由于各种不同的环境，大尺度的流域面积 [12-13]和河流相对较低的人类扰动，一直吸引着大批的生物地球化学家从事这方面的研究工作，本文将就这方面的问题进行初步的阐述。 生物地球化学和同位素地球化学分析显示大多数河流特别是大型河流中悬浮物颗粒有机质和沉积物有机质主要是外源[14]，来源于流域侵蚀和水土流失过程。显微研究发现大多数河流中的粗颗粒有机质（CPOM）有部分类似于植物降解的碎片，并且保留有可见的细胞结构[15]，其CPOM也比相同粒级的矿物质颗粒密度小[16]；生物来源的指示剂，也显示了河流中的CPOM来源于植物叶子[17]；其它证据也支持这个结论，并且还进一步显示草类来源的有机质在河流中的次要地位[18]；所有显微研究以及CPOM生物化学组成的证据都支持河流悬浮物的保守降解行为并且发现其组成相当单纯。CPOM的14C分析和低密度土壤颗粒有机质（POM）也证实了其最近来源[19]；对溪流和小河研究也显示，持续不断的进入河流的CPOM，大多来源于河岸直接落入河流中的植物和碎屑[20]。因此，整体上讲，河流有机质也主要是外部来源。对于个别受人为扰动较小的小型流域，河流有机质来源可能主要为水体藻类自身的光合作用产生[21]。 基于陆地成分的分解和吸附过程间的相互作用，CSS，FSS（细颗粒悬浮物）以及溶解物具有组成上的不同，在这三种物质中缺乏其它两种物质的动态就无法完全理解另外一种颗粒物动态。同样，考虑到全部河流过程，例如，河流新陈代谢，所有三种粒径不同的颗粒必须放在一起考虑，因为营养物质和底层物质（或污染物）能吸附更多的颗粒[22]。此外还有河流来源的微生物有机质的新陈代谢问题，河流中细菌生物量总计只有1550 μm OC/L（0.752.5×109细胞/）或者小于总有机碳的5%[23-24], 这样，对任何总颗粒物都有显著的贡献。然而，微生物群落差不多成为自然环境中所有生物化学转换的媒介，包括岩石侵蚀，并且象微生物有机体的活性等在生物地球化学循环的讨论中也是必不可少的[25]。 在世界上的大多数河流中，大约有90％的河流运移物质是通过吸附于细矿物颗粒或者溶于水中[15]而完成的。其中，生物活性的元素从陆地向海洋的河流运移构成了全球生物地球化学循环系统的主要联系[26]。物质在河流内输移的差异性是非常大的——从岩石和植物的侵蚀产物到构成了各种形式的活体有机物，从单个分子到沙砾、树木碎屑等颗粒物，包括了全部物质的连续的统一体[27]。在早期的河流研究中，河流中的物质按粒径大小被分成不同类型的颗粒[26]，从2065 μm、滤膜孔径从0.11.0 μm过滤物被划分为粗颗粒、细颗粒以及溶解物质三种。第一是粗粒，实质上，所有被河流输移的物质都是以粗颗粒物的形式开始的。基岩和正分解的植被经历物理和化学侵蚀并逐渐变小，直至到达河流[28]。粗颗粒包括较大的石粒以及枯死的树木，大多数河流研究中包括了砂砾级（63 μm2 mm）。由于CSS可以快速的沉积在河床上，并且悬浮物含量强烈依赖于河流的流量并随着河流深度的增加而增加，因此，CSS输出具有非常高的季节性和突然性，并大多发生在洪水季节[29]。第二是