摘要: 河流输送的有机碳是全球碳循环的重要组成部分。它通过陆地和海洋储库中的再矿化和保存过程，对大气中CO2的平衡和控制格局起到了至关重要的作用。陆源有机物在陆海交互作用区(河口和海岸)的输运过程对当地和全球的环境扰动极为敏感。因此对这些区域中的陆源有机物特征的理解，往往有助于认识其控制源地的过程及预测其在海洋碳循环的潜在作用。全球气候变化引起的自然气候条件的变化(如超大洪水/台风或极端干旱)和全球人口增长导致的人为改变(如大坝建设，森林砍伐和密集农业)是影响陆地和水生环境中重要环境元素(如碳和氮)的生物地球化学循环的两个重要因素。热带地区是全球科学界的研究热点，因为这些地区的水生系统地理跨度大，在过去几十年中全球环境变化(降水变化和土地利用变化)对其影响巨大。研究这些地区的碳通量组成，将使我们更好地理解自然和人为过程对热带地区陆源有机物迁移和循环的影响。尽管在过去的二十年来，印度和中国这两个发展中国家普通经历了大规模的自然气候变化(如季风降水的减少和频发的极端台风事件)和人类活动改造(如土地利用格局的改变，流域上大坝的建设和人口的增长)，然而印度和中国陆架边缘的热带地区却很少被研究。只有有限的几个研究报道了印度半岛和中国(海南岛)热带地区的部分流域河流有机物的输送，主要集中在季节输送的变化。本文的研究重点是季风降水的减少、持续的土地利用变化和大坝建设对河流有机物组成的影响，不仅针对其季节性的规模变化，也比较了这个区域较大地理范围内的众多水生生态系统。此外，先进的技术如多种参数(元素，同位素和生物标志物)为深入了解流经这些区域的河流有机物组成的控制机制提供了支持。本研究主要集中在印度西部大陆边缘的35个小型和大型河流的河口，印度东部大陆边缘的大河流，以及中国热带的海南岛最大河流体系。不仅提供了印度大陆边缘的水生和陆生环境的基础数据，而且提供了生物标志物(木质素)和总碳同位素(δ13c)等地球化学信息。然而，本论文的目的不仅限于填补这些区域的数据空白，也旨在找出如降水变化和大规模土地利用变化等重要调制过程对河流有机物组成的影响及小型和大型河流体系对其的不同响应。简言之，本文的研究目的如下：(一)提供印度半岛和海南岛热带河流和河口系统中颗粒态和沉积物有机物组成信息；(二)找出有机物组成空间和时间尺度差异的影响因素(三)分析降水改变(如台风和季风降水减少)和人类活动(如土地利用变更和大坝建设)的同时作用对不同水生系统有机物组成的影响。印度西海岸(WCI)沿岸的35条小型和大型河流的河口沉积物有机物，其元素分析结果(有机碳与总氮之比；C/N)，δ13C和木质素(人8)的记录，为评估高止山脉西部的土地利用方式变化导地貌及纬度上的降水变化对有机物组成的影响提供了有力证据，进而控制着河口地区有机物的组成，并最终影响着邻近的海洋系统(阿拉伯海)。此外，过度的农业耕作和生物质燃烧使有机物的性质被大幅度改变，使得最终的埋藏沉积记录受到的人为扰动增多。多元统计(如聚类分析)表明，WCI从南到北地理来源的差异对沉积物有机物组成存在明显影响，但同时这些河口体系存在类似的沉积化学性质，端元混合模型的研究结果表明，陆源(C3植物，C4植物和土壤)贡献了约80％的河口OM，剩下的20％来自于海洋(海洋浮游生物和河口大型水生植物)。大型河流的河口，如Narmada和Sabarmati河，C4植物和土壤有机物是有机物的主要贡献者，这很可能是由于C4植被和农业在其流域广泛分布的结果。所有河口都观测到低氮含量(C/N＞15-20)和降解的木质素((ad/al)v=0.4 to 0.6和DHBa/V=0.16. 0.34)，表明来源于陆生植物(生物降解)和土壤(去矿化)有机物的腐殖化和/或降解。由于人为活动如生物质燃烧和密集的多重农业耕作的影响，WCI的植物和土壤的有机物成分发现了超乎预料的矿化程度。与未燃烧的植物和土壤相比，燃烧残留物中的a8值降低，降解指数(ad/al)v曾加，说明木质素酚类组成和比例也受到生物质燃烧的影响。由于不同植物组织在混合中的可变性和矿化行为的差异，在河岸和农业土壤中，a8含量和木质素植被指数(LPVI)呈函数关系。考虑流域的大小，如小河流(流域面积：≤103 km2的Zuari河)和大坝修筑对流域有机物的迁移的影响存在差异，本文将印度季风区河流的沉积物有机物组成做了进一步的比较。结果表明：尽管其显著的季风环境且主要(85％)由夏季西南季风(SWM)降水控制其径流，这些河流的水文性质(pH值和悬浮颗粒物浓度(SPM))，叶绿素a浓度，总体性质(OC的浓度和的同位素比值)和木质素组成的季节性差异很小。Zuari河从源头到近海短暂的停留时间反而凸显了河口过程(如河口最大浑浊带；ETM)和大坝对径流的调控，两者都造成OM有机物组成特征的不均匀分布，同时，这也是物理化学过程即细菌降解和/或生物生产的强烈表现。多元统计分析确定了两个重要因素：物理混合和现场生物生产，这是Zuari河体系中有机物生物地球化学特征的主要控制因素。其中，水动力混合过程中发生的颗粒态有机物木质素的组分改变和现场生物过程使其元素和同位素组成上有明显的变化。整个水文观测中都存在这两个因素的空间差异。由于夏季季风降水的大幅波动，印度东部海岸入海最大的季风性河流即Godavari河，其流域普逼干旱，也增加了修建在干流上大坝的淡水蓄水量，该区域有机物组成为孟加拉湾的悬浮颗粒物的陆源有机物的季节分布提供了重要信息。其有机物的分布及组成变化表现为，Godavari河上游支流(δ13C=-20.4+2.2‰)比下游支流(δ13C=-25.4±1.5‰)富集重碳，这是由于上游与下游的植被不同。在极端干旱的条件下，来自于大坝蓄水区附近的藻类的有机物被纳入SPM和沉积物中。中游大坝(Sriram Sagar)的下游区域，其SPM和沉积物的OC含量比其上游区域高(SPM：2.2±1.6 vs.1.0±0.1％ OC；沉积物：2.1±2.3vs.0.6±0.2％OC)。而SPM和沉积物中木质素酚类的含量(a8)在大坝蓄水的后段明显低于其前段(SPM：0.37 vs 1.94mg/100mg OC；沉积物：2.9±1.1 vs 5.4±2.3mg/100mg OC)，这是由于来自藻类和降解土壤的不含木质素的其他有机物贡献增加造成的。2009年，降雨的减少和大坝蓄水使来自淡水藻类和河口浮游植物爆发产生的易降解有机物的比例增加。本论文还首次记录了印度季风河流(Godavari)木质素通量信息，其通量为7.26×103t yr-1，该值比世界上大多数河流的数据低很多(北极地区的河流除外)。为了更全面地理解热带小河流有机物的季节分布特征，首次对海南岛(中国南海；SCS)南渡江(NDR)的有机物生物地球化学特征开展了短时间观测，主要关注颗粒有机物(POM)在不同湿季(2011年8月和2012年10月)的特征。不同湿季(台风和非台风)被证实存在大规模的时间差异性，尽管2011年8和2012年10月平均降水和河流径流量几乎没有变化，但由于台风的影响，不仅淡水流量而且POM的组成也有较大的不同。NDR两个季风活动时期，POM不同来源的贡献总体变化范围差异很大。平均来说，2011年8月，在河边站位土壤的贡献是普遍较高的(53±13％)，接下来河流浮游生物的贡献较高(39±2％)。与此相反，2012年10月，来自河流浮游生物的贡献较高(73±1％)而土壤有机质较低(20±9％)。在河口区，海洋浮游生物的贡献占主导地位，2011年8月和2012年10月的季风时期分别贡献45±6％和57±±3％。木质素酚类浓度和组分比率可以指示POM组成的差异，在洽河地区以草本被子植物的草、叶为主，在河口地区以木本混合组织为主，2011年8月在该地区观测到，不同来源的有机物降解存在很显著的差异。附近台风时期大量的降水对POM性质和组成变化有潜在的影响，长期的人为活动，如在整个海南岛土地利用的变化，是影响南渡江流域和相邻的南海碳循环的两大关键因素。总体而言，本文针对自然(降水量变化)和人为(土地利用变化、筑坝等)过程对印度和中国热带流域有机物生物地球化学循环的耦合影响提供了丰富的第一手资料，并提出了新的见解，展示了随着整个热带地区的降水变化，土地利用的改变过程对其组成分布的影响。表明降水量和频率的变化，及其对植被覆盖和密集的人类活动过程，如洽河道的水坝建设，影响和改造了有机物的组成和含量，继而对河床沉积，对近海碳循环和热带次大陆人类文明发展的影响具有重要意义。
关键词: 颗粒有机物；沉积有机物；木质素酚类；土地利用的变化；河流和河口；印度；海南岛
