摘 要：该文综述了河流水体有机碳的研究状况，相关研究表明，不同类型的河流其有机碳含量及来源均存在显著差异；水温、土壤有机质的侵蚀及人类活动的干扰等均会对河流水体有机碳的输出通量产生重要影响。

关键词：河流；有机碳；研究综述

中图分类号 X52；P593 文献标识码 A 文章编号 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

河流输运的碳主要有4种赋存形式，即颗粒性有机碳（POC：particulate organic carbon）、溶解性有机碳（DOC：dissolved organic carbon）、颗粒性无机碳（PIC：particulate inorganic carbon）和溶解性无机碳（DIC：dissolved inorganic carbon）。DOC和POC是河流有机碳的2种基本赋存形式，河流POC约占河流总有机碳通量的50%[1]，是有机质在河流中运输的主要载体；河流水体DOC则促进了水体中微生物的繁殖[2]。研究河流水体有机碳的通量及其来源等，对于确定自然因素和人类活动对生态系统的干扰程度具有重要意义[3]。

2 河流水体有机碳含量

全球河流DOC平均含量为5～6mg/L[4]，河流POC平均含量为1～5mg/L[5]。不同流域类型的河流其有机碳含量存在显著的时空差异（表1），如印度河DOC含量是全球河流平均含量的2倍之多，而黄河属于侵蚀性河流，其POC含量远高于其他类型的河流。

河流水体DOC的含量与水温、浮游植物的光合作用以及细菌降解等密切相关，其含量直接反映了人类活动对流域地表水体的影响和污染程度等[7-8]。吴红宝等[9]对脱甲河水体DOC的研究表明脱甲河DOC浓度范围为0.46～9.54mg/L，并呈现出夏季>春季>冬季>秋季的变化趋势。王俊博[10]等对九龙江干流（西溪和北溪）水体中DOC含量进行了分析，结果表明，西溪春季和夏季DOC含量范围分别为1.66～11.79mg/L和1.72～5.91mg/L，表现为春季高于夏季含量的时空变化，而北溪春季和夏季DOC含量范围分别为1.26～4.56mg/L和1.46～8.49mg/L，呈现出春季低于夏季的变化趋势。黄奇波等[11]研究表明桂江流域内岩溶出露面积大，表层土壤有机碳含量高造成水体中DOC相对偏高，河流水体DOC含量为0.68～2.16mg/L。魏秀国[12]等研究表明西江马口断面水体DOC含量介于0.98～4.17mg/L，且季节性变化幅度小。

不同类型的河流其水体POC含量也不相同，并呈现出不同的时空变化规律。张金流等[13]研究表明塘西河下游水体中POC浓度变化范围为0.33～1.51mg/L，呈现夏季>春季>秋季>冬季的变化趋势。王婧等[14]研究表明金水河水体POC含量呈春季>夏季>冬季>秋季的季节性变化格局，并随着人为干扰强度的加强而呈递增的趋势，最高含量可达到9.883±3.45mg/L。张胜华等[15]对五华河进行了一个完整水文年的月周期性采样分析，结果表明五华河径流中POC平均含量为0.77mg/L，且汛期含量高于枯水期。茅昌平等[16]對长江干流夏季和冬季水体悬浮物进行采样分析，结果表明夏季干流水体中POC含量在0.4%～1.3%，冬季含量在0.7%～2.2%，降水带来的大量粗颗粒矿物对悬浮物有机碳的稀释是造成夏季水体POC含量较低的主要原因。

3 河流水体有机碳来源

河流水体有机碳的来源主要包括内源和外源2个部分，土壤有机质的侵蚀、陆生植物残体以及人类生产、生活活动排放的有机物等是外源有机碳的主要来源；而内源有机碳主要源于河流中植物叶绿体经光合作用所产生的颗粒物、POC降解、细菌及其分泌物等[17]。研究中常采用河流水体有机质的碳氮比值（C/N）及其稳定碳同位素组成辨析河流有机碳的来源。当C/N<12时，表明水生植物是有机质的主要来源，而当C/N>12时，则指示陆源有机碳是有机质的主要来源。此外，有研究表明河流内源有机质δ13C为-22‰～-19‰，混合来源有机质δ13C为

-22‰～-16‰[18]。侯青叶等[19]对乌裕尔河丰、枯水期POC含量及其δ13C进行了系统研究，结果表明水体POC主要来源于未受玉米残体及根系输入影响的深层土壤，并利用同位素端元混合模型计算出丰水期各支流对不同干流采样点水体POC的贡献率。谭慧娟等[20]通过分析金水河流域河岸带土壤、植物以及河流中藻类POC的C/N比值和稳定碳同位素组成（δ13C），对河流水体POC来源及不同来源的贡献比例进行研究，表明金水河流域水体POC主要来源于土壤有机质、C3植物和藻类，水体POC的来源及其贡献率具有明显的季节变化。叶琳琳等[4]以太湖流域西北部的2条入湖河流（殷村港和陈东港）为研究对象，表明2条入湖河流中溶解性碳水化合物主要来源于外源输入和浮游植物光合作用的释放。

4 河流水体有机碳通量及控制因素

4.1 河流水体有机碳通量的计算 河流有机碳通量主要来自对流域土壤有机质的侵蚀[3]，记录着人类活动对流域地表自然状态的改变[21]。一般可采用河流径流量与有机碳质量浓度之积来估算有机碳的输出通量，如孔凡婷等[3]采用公式（1）、（2）估算出大沽河流域一个完整水文年水体DOC的输出通量。张连凯等[4]根据两季河流径流量在全年中所占比例（即F=F'/P，P为采样季流量占全年的百分比）估算出珠江流域河流有机碳的年输出通量。

式中，F'为采样季的碳通量，Ci为物质的质量浓度，Qi为河流径流量，1/n为采样频次。

4.2 河流水体有机碳通量的控制因素 水温、叶绿素a浓度、细菌的降解作用、光化学氧化作用以及颗粒态有机物的共沉淀均会引起DOC浓度的变化[22-23]。张连凯等[4]指出流域化学侵蚀对水体中DOC含量有重要影响，降水量、气温及水文过程的变化也都会引起DOC含量的变化。Ludwig等[5]认为河流的DOC通量与径流深度和土壤有机碳含量呈正比，而与流域的地形呈反比；陶澍等[24]根据实测流量和水体DOC含量计算出伊春河水体DOC的月输出通量，进而估算出1993年伊春河全年输出通量为7113t，并指出夏季出现大量降水，DOC含量与流量变化趋势一致，因此夏季输出通量对全年的贡献比例最大，高达90%；魏秀国[25]指出河流在流经城镇、工业区等过程中会有大量含溶解有机物的人类生活污水和工业废水汇入，使水体中的DOC浓度大幅度升高，进而影响到河流水体中DOC的通量。张连凯等[4]对珠江流域河流碳的输出通量及变化特征进行了研究，表明水体DOC的质量浓度随雨季的到来而升高，根据河流有机碳的径流量和质量浓度计算出珠江流域POC和DOC的入海通量分别为2.50×1012、1.13×1012g·a-1。孔凡亭等[3]对大沽河流域DOC的输出通量进行了估算，结果表明大沽河一个完整水文年度DOC的输出通量约为1.6×105gC/km2/yr，这与大沽河流域暖温带沿海湿润季风区的自然条件和人为因素（流域人口密度大、工农业的快速发展等）密切相关。

国内外也有学者对河流水体POC通量的影响因素进行了研究，如Balakrishna等[26]对印度戈达瓦里河有机碳的输出通量和迁移过程研究发现戈达瓦里河POC的输出通量为756×109g·yr-1，在迁移过程中22%的POC由于有机物的氧化、坝后有机物截留和河道淤积而损失，同时表明土壤侵蚀和森林砍伐的加剧是造成戈达瓦里河有机碳产出的重要原因；茅昌平等[16]估算出长江一年的颗粒有机碳通量为1.46Mt/a；谭慧娟等[20]指出土地利用方式的改变及人为干扰程度都能对河流水体POC的含量产生较大影响。

5 结语

河流有机碳的成分及来源较为复杂，是当今研究的热点和难点[27]。认识了解河流水体有机碳的组成、含量、来源及贡献比例、控制因素等，有助于加深对河流水体有机碳循环生物地球化学过程的理解，为进一步开展河流水体有机碳循环研究工作奠定坚实基础。

参考文献

[1]Gao Q Z，Tao Z，Yao G R，et al.A preliminary study on the isotope of the riverine particulate organic carbon using AMS in the Zengjiang River，southern China[J].Quaternary Sciences，2004，24（4）：474-475.

[2]叶琳琳，吴晓东，孔繁翔，等.太湖入湖河流溶解性有机碳来源及碳水化合物生物可利用性[J].环境科学，2015（3）：914-921.

[3]孔凡亭.大沽河溶解性有机碳时空分布特征和通量研究[D].青岛：青岛大学，2014.

[4]张连凯，覃小群，杨慧，等.珠江流域河流碳输出通量及变化特征[J].环境科学，2013，34（8）：3025-3034.

[5]Luwig W，Probst J L，Kempe S.Predicting the oceanic input of organic carbon by continental erosion[J].Global Biogeochemical Cycles，1996，10（2）：161-175

[6]張永领.河流有机碳循环研究综述[J].河南理工大学学报：自然科学版，2012，31（3）：344-351.

[7]Bade D L，Carpenter S R，Cole J J，et al.Sources and fates of dissolved organic carbon in lakes as determined by whole-lake carbon isotope additions[J].Biogeochemistry，2007，84（2）：115-129.

[8]商荣宁，王作华，张传松，等.冬季黄东海溶解有机碳的分布特征[J].海洋科学进展，2012，30（1）：94-101.

[9]吴红宝，秦晓波，吕成文，等.脱甲河流域水体溶解有机碳时空分布特征[J].农业环境科学学报，2016，35（10）：1968-1976.

[10]王骏博.溶解有机碳同位素测定方法研究及其在九龙江的应用[D].厦门：国家海洋局第三海洋研究所，2015.

[11]黄奇波，覃小群，唐萍萍，等.桂江流域河流有机碳特征[J].地质科技情报，2014（2）：148-153.

[12]魏秀国，李宁利，沈承德，等.西江水体有机碳含量变化及悬浮物碳同位素的意义[J].地理科学，2011，31（2）：166-171.

[13]张金流，鲍祥，姚尧，等.塘西河颗粒有机碳浓度季节变化及其来源分析[J].环境科学与技术，2016，39（2）：201-205.

[14]王婧，袁洁，谭香，等.汉江上游金水河悬浮物及水体碳氮稳定同位素组成特征[J].生态学报，2015，35（22）：7338-7346.

[15]张胜华，高全洲，陶贞，等.粤东五华河悬浮颗粒有机质的组成及输出通量[J].中山大学学报（自然科学版），2013，52（3）：143-148.

[16]茅昌平，季峻峰，罗郧，等.长江干流颗粒有机碳及其同位素组成的季节性输送特征[J].地学前缘，2011，18（6）：161-168.

[17]高全洲，陶贞.河流有机碳的输出通量及性质研究进展[J].应用生态学报，2003，14（6）：1000-1002.

[18]Louchouam P，Lucotte M，Farella N.Historical and geographical variations of sources and transport of terrigenous organic matter within a large-scale coastal environment[J].Organic Geochemistry，1999，30（7）：675-699.

[19]侯青叶，杨忠芳，余涛，等.乌裕尔河流域颗粒有机碳的来源：碳同位素证据[J].地学前缘，2011，18（6）：150-160.

[20]谭慧娟，夏晓玲，吴川，等.基于碳稳定同位素示踪的金水河颗粒有机碳来源辨析[J].生态学报，2014，34（19）：5445-5452.

[21]林晶.长江口及其毗邻海区溶解有机碳和颗粒有机碳的分布[D].上海：华东师范大学，2007.

[22]Gobler C J，Sa?udo-Wilhelmy S A.Cycling of colloidal organic carbon and nitrogen during an estuarine phytoplankton bloom[J].Limnology and Oceanography，2003，48（6）：2314-2320.

[23]Minor E C，Simjouw J P，Mulholland M R.Seasonal variations in dissolved organic carbon concentrations and characteristics in a shallow coastal bay[J].Marine Chemistry，2006，101（3–4）：166-179.

[24]陶澍，梁涛.伊春河河水溶解态有机碳含量和输出通量的时空变化[J].地理学报，1997（3）：254-261.

[25]魏秀国.河流有机质生物地球化学研究进展[J].生态环境，2007，16（3）：1063-1067.

[26]Balakrishna K，Probst J L.Organic carbon transport and C/N ratio variations in a large tropical river：Godavari as a case study，India[J].Biogeochemistry，2005，73（3）：457-473.

[27]丁薇，陳敬安，杨海全，等.云南抚仙湖主要入湖河流有机碳来源辨识[J].地球与环境，2016，44（3）：290-296.

（责编：张宏民）