水库颗粒有机质锶同位素组成特征初探——以贵州红枫水库为例

作     者：仇晓龙 

作者单位：中国科学院大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宝利

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程] 

主      题：水库 水化学 颗粒有机质 锶同位素 源解析 

摘      要：水库颗粒有机质的来源识别及其贡献份额一直是水库基础科学问题的难点和热点。河流被筑坝拦截后，自然属性和物质循环都受到较大影响，最直接的表现首先是库区水文的变化（水流减缓和水温升高等），而后随着水体滞留时间的增加，生物活动（主要是浮游藻类）开始加强，再加上人为的影响（水库反季节蓄水发电和渔业等），使得水库有机质的地球化学循环变得更加复杂。水库颗粒有机质的碳(POC)是区域和全球碳循环的重要组成部分，目前多利用δ13C或C/N摩尔比来进行源解析时，但由于其信号在内源POC（主要是浮游藻类）和外源POC（主要是流域土壤带入）中存在重叠，从而影响了其份额的准确核算。如果内外源颗粒有机质的锶(Sr)同位素具有各自的特征值，就可利用Sr同位素技术来对颗粒有机质进行源解析，从而为水库颗粒有机质内外源的份额评估提供一种新的地球化学方法。 为此，论文以贵州喀斯特红枫水库为研究对象，通过优化的悬浮颗粒物中不同相态Sr的连续提取方法，分别提取其中的酸溶态、有机态和残渣态Sr，进行其Sr含量和同位素组成的研究。于2017年7月、10月和2018年1月对红枫水库的入库河流、库区和下泄水进行了水样采集，分析测定了其基本理化性质和水化学组成，溶解态Sr及不同相态悬浮颗粒物Sr的含量及其同位素组成，得到以下主要结论: 1.温度变化范围为5.85℃～25.10℃，平均值为17.08℃;pH变化范围为7.30～8.80，平均值为7.76;溶解氧变化范围为0.23mg/L～12.23mg/L，平均值为5.82mg/L。Ca和HCO3为水体主要阴阳离子，其变化范围分别为845μmol/L～2485μmol/L和1645μmol/L～3637μmol/L，平均值分别为1369μmol/L和2610μmol/L;水体的主要水化学组成受碳酸盐岩风化控制。Ca和Sr在地表过程中具有相似的地球化学行为。在水库剖面，Ca和Sr在水温季节性分层期间(7月份)也出现了分层现象，且下泄水溶解态Ca和Sr浓度低于库区底层的离子浓度，表明河流水库化过程可以改变其原来的地球化学行为。 2.水体溶解态Sr的浓度变化范围为2.16μmol/L～16.17μmol/L，平均值为4.70μmol/L;其87Sr/86Sr比值变化范围为0.7070～0.7084，平均值为0.7079。高溶解态Sr浓度和低87Sr/86Sr比值反映了碳酸盐岩风化为主的特征。库区7月份剖面上溶解态Sr同位素比值最高(平均值0.7080)，10月份最低(平均值0.7077);且在温度分层期间（7月），溶解态Sr同位素比值也受到了分层的影响，水深15m左右Sr同位素比值大小发生了较为明显的变化。 3.悬浮颗粒物无机态Sr(酸溶态Sr)的87Sr/86Sr变化范围为0.7071～0.7084，平均值为0.7078，与溶解态87Sr/86Sr比值相差不大，说明红枫水库悬浮颗粒物中的无机态Sr主要来源于碳酸盐岩矿物。 4.悬浮颗粒物有机态87Sr/86Sr变化范围为0.7087～0.7141，平均值为0.7111，远高于溶解态87Sr/86Sr比值;且具有明显的季节性变化，在7月、10月和1月份在库区剖面平均87Sr/86Sr比值分别为0.7122、0.7098和0.7106。此外，7月份，水库剖面Sr同位素比值随深度增加而增加，发生了明显的分层现象。 通过本论文的研究，发现水库颗粒有机质的87Sr/86Sr具有自己的特征值，且与前人研究的该流域土壤有机质的87Sr/86Sr明显不同，表明可以利用87Sr/86Sr来进行水库颗粒有机质的物源解析，这是本论文的主要创新之处。不足之处在于，缺乏室内浮游植物的培养实验及不同类型水库的系统研究，从而影响了对颗粒有机质87Sr/86Sr控制机制的深刻认识。