利用碳同位素和C/N比值通过Keeling Plot方法量化沉积物有机质来源的应用：以中国澜沧河流域的小湾水库为例

《Applied Geochemistry》：Application of the Keeling Plot approach in quantifying sediment organic matter sources using carbon isotopes and C/N ratios: An example from Xiaowan Reservoir, Lancang River basin, China

Xiaowan水库沉积物通过改进的Keeling图法（引入主导来源假设）结合δ13C和C/N比值分析，揭示细菌再加工是主要有机质来源，方法有效缩小来源组成不确定性并解析时空异质性，但需确保采样点满足方法前提条件。

　　

郭明伟|王世路|凯文·M·耶格尔|韩向峰|王玉春|李世宏|鲍玉飞|卢伟奇|赵振杰|刘坤|吴嘉曦

中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，中国贵阳，550081

摘要：

区分库岸沉积物中自生和异生有机质（OM）的贡献对于准确估算水库中的碳封存量至关重要。常用的C/N比值和有机碳同位素（δ¹³C_OC）组合方法往往受到端元组成数据受限的影响，这阻碍了定量来源分配的准确性。本研究从中国澜沧江流域的一个大型深水水库——小湾水库采集了四个沉积物岩芯，测量了总有机碳（TOC）、总氮（TN）和δ¹³C_OC，以验证Keeling图方法能否用于确定沉积有机质来源的组成特征。为了将Keeling图方法适用于这种多源系统，引入了“主导来源”假设。所得到的陆地植物、藻类、细菌和土壤有机质的端元组成与先前报道的值一致，但不确定性显著降低。利用MixSIAR贝叶斯混合模型进行有机质来源分配的结果表明，细菌的再作用是沉积有机质的主要贡献者。通过Keeling图方法得出的狭窄的、特定于该地点的端元范围显示出解决水库沉积物中有机质来源的细微空间（水平）和时间（垂直）变化的巨大潜力。因此，确定满足该方法前提条件的合适采样点对其成功应用至关重要。

章节摘录

引言

储存在湖泊或水库沉积物中的有机碳（OC）长期以来一直被视为重要的碳汇（Mulholland和Elwood，1982；Ritchie，1989；Knoll等人，2013；V?r?smarty等人，2003；Tranvik等人，2009；Mendon?a等人，2012，2017；Clow等人，2015；Muller，2019）。随着全球人口的增长和经济发展，对淡水资源的需求不断增加，包括用于农作物灌溉、抗旱、工业用途、饮用水和发电等。

研究区域

澜沧江发源于青藏高原，海拔5200米。它流经西藏、青海和云南三个省份，最终在云南省孟拉县流出中国，海拔为640米。该流域狭长，大致呈南北走向，面积为167,000平方公里（图1）。沿河流方向，海拔下降4560米，水温从北向南逐渐升高。它所经过的柯本-盖格气候区为

水库沉积物中有机碳浓度较低

四个岩芯中的有机碳浓度范围为0.5%至2.0%（图2），平均值为0.71% ± 0.29%。这些数值与下游的马湾水库和大朝山水库的浓度相当（具体位置见图1），赵等人（2018）报告的沉积物有机碳浓度分别为0.56%和0.87%。相比之下，中国西南部乌江流域的梯级水库中，有机碳浓度通常超过1%（1%至约4.5%，Yu等人，2019；Gao等人，2022）

结论

为了将Keeling图方法适用于多源水库沉积物有机质系统的端元组成分析，本研究引入了特定的假设以满足其前提条件。其中最重要的是，在给定地点，δ¹³C_OC和C/N比值的时间变化主要由单一主导有机质来源控制，而其他来源的贡献相对恒定。只有在满足这一条件下，Keeling图方法才能有效应用。

作者贡献声明

卢伟奇：研究工作。赵振杰：研究工作。李世宏：研究工作。鲍玉飞：方法学研究、数据分析。韩向峰：初稿撰写、软件开发、数据分析、正式分析、数据管理。王玉春：监督指导、方法学研究、数据分析。王世路：审稿与编辑、初稿撰写、监督指导、方法学研究、资金筹集。凯文·M·耶格尔：审稿与编辑。吴嘉曦：软件开发。郭明伟：论文撰写

未引用参考文献

Bao等人，2012；Chen等人，2012；Chen等人，2021；Downing等人，2008；Elser等人，2000；Goldman等人，1987；Guillemette等人，2017；Guo等人，2001；Hulthe等人，1998；Kirkby等人，2011；Kunz等人，2011；Li等人，2017；Liu等人，2017；Malamud-Roam和Ingram，2004；McCallister等人，2004；Meyers和Eadie，1993；O’Leary等人，1992；Paul，2016；Perdue和Koprinjak，2007；Riddle等人，2022；Rissanen等人，2023；Sahoo等人，2015；Shen等人，2012；Sobek等人，

声明

作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。

作者没有与本文内容相关的利益冲突。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42477267、92047204和41877407）的财政支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（42477267；92047204；41877407）的财政支持。