黄河流域硅酸盐风化的讨论(2)——流域耗水量对化学风化消耗大气CO2的贡献

张龙军,王宝森,薛 明,王 亮,温志超

(中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室,山东青岛266100)

黄河流域硅酸盐风化的讨论(2)
——流域耗水量对化学风化消耗大气CO2的贡献

张龙军,王宝森,薛 明,王 亮,温志超

(中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室,山东青岛266100)

由于流域人类活动对水资源的消耗,使河流下游径流量降低,因此研究流域化学风化时必须考虑耗水量的贡献。本文根据课题组2007年黄河流域的化学风化数据,结合流域耗水量,重新估算了黄河流域硅酸盐风化大气CO2的消耗量和消耗率,分别为19.92×109mol·a-1和26.50×103mol·km-2·a-1。黄河流域耗水量对硅酸盐风化消耗大气CO2的贡献已经达到了入海径流量所表征的数量级。针对黄河流域岩石分布类型复杂的特点,作者提出了分段考虑耗水量的计算方法,定量给出了黄河上、中、下游硅酸盐风化CO2的消耗量和消耗率。黄河流域硅酸盐风化CO2消耗率上游>中游>下游,消耗量中游>上游>下游。上、中游硅酸盐风化CO2的消耗量分别为下游的33和37倍左右。

黄河;硅酸盐风化;耗水量;CO2消耗率

陆地岩石的化学风化作用消耗大气CO2,是大气CO2重要的汇。在小于10万a的时间尺度内,所有盐岩化学风化对大气CO2的消耗都是非常重要的。但在100万a的尺度上,碳酸盐风化对大气CO2的消耗可以忽略,而硅酸盐的风化不能忽略[1],因此硅酸盐风化大气CO2的净消耗对全球的气候变化产生重要影响。根据Gaillardet等1999年的研究计算,全球河流流域内岩石风化消耗的CO2量约占全球岩石风化CO2消耗量的87%[2],流域内岩石的化学风化是全球岩石化学风化的主体。因此,准确估算河流流域内岩石尤其是硅酸盐风化大气CO2的消耗量及消耗率,对全球碳循环研究具有重要意义。

目前国内外研究者估算流域岩石化学风化大气CO2的消耗量及消耗率时,大多采用河流最下游采样点的径流量、风化来源离子浓度及流域面积数据,如Jerome Gaillardet等[3]、Jefferson Mortatti等[4]分别对亚马逊河,Jean-Loup Boeglin等[5]、Cecile Picouet等[6]分别对Niger河上游,P.Ollivier等[7]对法国Rhone河,B.Chetelat等[8]对长江,QuanzhouGao等[9]、Huiguo Sun等[10]分别对西江流域的研究。作者也曾在“黄河流域硅酸盐风化的讨论”[11]中,运用Forward模型确定了2007年黄河流域各采样点硅酸盐风化来源的阳离子浓度,并用各采样点硅酸盐风化来源的平均阳离子浓度和各采样点的平均径流量估算了黄河流域硅酸盐风化CO2消耗量为8.41×109mol·a-1。但是,随着世界人口持续增长、耕地面积不断扩大,以农业需水为主的流域耗水量增加。在耗水量中风化来源离子的产生过程中同样消耗了大气CO2,因此估算流域岩石风化CO2的消耗量及消耗率时若不考虑耗水量的贡献,势必造成估算结果偏低。据报道,全球河流每年从陆地向海洋输送的水资源总量为45 500 km3· a-1,人类活动取水量(注:取水量是指直接从河流引走或提取的水量,未扣除引用水中又回归到河流的部分水量)为3 800 km3·a-1,其中农业取水占总取水量的2/3[12],以此计算全球每年农业取水量(2 533.3 km3· a-1)约相当于长江年平均入海径流量(960 km3·a-1)的2.6倍,Mississippi河年平均入海径流量(580 km3·a-1)的4.4倍。

河流天然径流量,是指排除人类活动(如水库蓄容变化、人为耗水等)影响之后的河水径流量。以往是通过主观选择流量最大河段的河水径流来确定,要求该流量最大河段尽量靠近入海口且位于存在较大人类活动影响的河段之前[13],或根据未受人类活动影响的支流流量来确定[14]。在当前水资源利用量越来越大,各控制水文站的实测径流量已不能反映河川天然径流量的情况下,以此获得的数据很难评估其准确性。

由于中国的大多数河流处于中纬度干旱半干旱地区,农业灌溉耗水非常突出,因而较早地开展了流域耗水量的研究[15]。2009年4月中国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会在10年公报编制实践的基础上联合发布了《水资源公报编制规程》(GB/T23598-2009),规定了河流天然径流量的还原项目应该包括:农业灌溉耗损量、工业用水耗损量、城镇生活用水耗损量、跨流域(或跨区间)引水量、河道分洪决口水量、大中型水库蓄变水量,并指出各地应根据具体情况增减还原项目[16]。如黄河水利委员会编制的《黄河水资源公报》,计算天然径流量采用的公式为:天然径流量=实测径流量+耗水量+水库蓄泄水变化量,其中耗水量为农业、工业、城镇生活用水三者之和及其他可能的引用水,水库蓄泄水变化量为大、中型水库蓄水、泄水变化量(详见各年黄河水资源公报)[17]。在修正当前使用实测径流量估算化学风化大气CO2消耗量的误差时,对于“耗水量”和“水库蓄泄水变化量”这2项,作者认为“耗水量”是至关重要的,因为这是1种常态用水,而“水库蓄泄水变化量”一是影响较小,二是具有随机性,主要变化是在水库建成的初期(水库建成后的取用水已计入耗水量),水库建成进入正常使用后,其蓄泄水变化量就很小了。2005—2008年黄河流域大、中型水库平均蓄泄水变化量为0.28 km2·a-1,流域平均耗水量为28.42 km2·a-1[17]。平均水库蓄泄水变化量相对平均耗水量较小,不足1%,可以忽略。2005—2008年黄河流域耗水量中以农田灌溉用水为主,约占74%～78%[17]。因此,在考虑耗水量的基础上估算流域岩石化学风化大气CO2的消耗量及消耗率就变得很有意义。

本文根据课题组2007年黄河流域化学风化数据[11],结合流域耗水量,重新估算了黄河流域硅酸盐风化大气CO2的消耗量和消耗率。针对黄河流域岩石分布类型复杂的特点,提出了考虑耗水量分段计算的方法,分别估算了黄河流域上、中、下游硅酸盐化学风化对大气CO2的消耗。结果表明,黄河流域耗水量对硅酸盐风化消耗大气CO2的贡献已经达到了入海径流量所表征的数量级。黄河流域硅酸盐风化CO2消耗率上游>中游>下游,消耗量中游>上游>下游。上、中游硅酸盐风化CO2的消耗量分别相当于下游的33和37倍左右。

1 考虑耗水量估算黄河硅酸盐风化大气CO2消耗量及消耗率

图1为2005—2008年黄河流域主要水文站年平均径流量和各站段年平均耗水量分布。从图中可以看出黄河流域年平均径流量从上游到下游逐渐降低,年平均耗水量中游>下游>上游。兰州以上段年平均耗水量(2.72 km3·a-1)占全流域年平均耗水量的9.6%,兰州至花园口段(17.00 km3·a-1)占59.8%,花园口至利津段(8.70 km3·a-1)占30.6%。流域年平均耗水量(28.42 km3·a-1)约为利津年平均径流量(18.70 km3·a-1)的1.5倍。由此看来,黄河流域人类活动耗水量已经超过了其入海径流量。

图1 2005—2008年黄河主要水文站年平均径流量与各站段年平均耗水量Fig.1 Annual mean discharge of major hydrological stations nd annual mean water consumption in different reaches of the Huanghe River drainage basin in 2005—2008

流域硅酸盐岩风化主要发生的反应分别如下:

根据上面的反应,河流全流域硅酸盐风化大气CO2消耗量及消耗率的计算公式一般为:

式中FCO2,sil、ΦCO2,sil分别为流域硅酸盐风化大气CO2的消耗量和消耗率;[Na+]sil、[K+]sil、[Ca2+]sil、[Mg2+]sil为河水中由硅酸盐风化提供的阳离子浓度;Q为流量;S为流域面积;下标“最下游”代表河流最下游采样点数据。

若考虑耗水量,估算河流全流域硅酸盐风化大气CO2的消耗量及消耗率的计算公式应该如下:

式中q耗为河流全流域耗水量;其余表达式含义及计算公式同上。

本文利用2007年黄河流域硅酸盐风化的数据[11],考虑耗水量对化学风化的贡献,使用上述方法2重新估算了黄河流域硅酸盐风化大气CO2的消耗量及消耗率,最下游采样点选择黄河利津水文站,估算结果列于表1中。从表1中可以看出方法2考虑耗水量估算的结果较方法1使用利津实测径流量的估算增大了139%。黄河流域耗水量对硅酸盐风化消耗大气CO2的贡献已经达到了入海径流量所表征的数量级,其贡献不可忽视。事实上,使用利津实测径流量估算的CO2消耗量仅是风化产生入海溶解离子所消耗的大气CO2量。

表1 2007年黄河流域硅酸盐风化CO2的消耗量及消耗率Table 1 The flux and rate of CO2consumption by silicate weathering in the Huanghe River drainage basin in 2007

大气CO2通过流域岩石的化学风化作用转变为HCO-3进入河水,同时流域碳酸盐风化将自身含有的碳也转变为HCO-3释放到河水中。这些HCO-3(DIC)主要经河流输送进入海洋,也有部分通过水-气界面向大气挥发,而被人为大量耗水取走的HCO-3(DIC)则随之留在了陆地上。这部分HCO-3(DIC)的去向,给人留下了许多遐想。比如在人为耗水输送、用水过程中,通过水-气界面挥发进入大气的有多少?渗透进入地下水,增加地下水中DIC含量的有多少?与土壤组分发生反应,沉积在陆地上的有多少?沉积在陆地上的部分又有多少随地表冲刷再一次进入河流增加河水中的DIC?因人为耗水留在陆地上的HCO-3(DIC)重新沉积为碳酸盐岩的时间尺度又是多大?这一系列问题需要思考和研究。

2 黄河流域上、中、下游硅酸盐风化大气CO2的消耗量及消耗率

目前在研究同一流域内不同区域岩石风化消耗CO2的情况时,大多通过各采样点至河流源头流域的岩石风化CO2消耗率的数值变化进行定性描述。如Lingling Wu等[18]在研究青藏高原东部黄河上游流域的化学风化时,依据黄河源头至兰州的硅酸盐风化CO2消耗率大于黄河源头至唐乃亥(唐乃亥位于黄河源头至兰州之间)的硅酸盐风化CO2消耗率,推断从唐乃亥至兰州这一段有高的CO2消耗率,而唐乃亥以上河源区硅酸盐风化CO2的消耗率较低。作者在“黄河流域硅酸盐风化的讨论”[11]中,也采用这种方法计算了黄河各采样点至源头的硅酸盐风化CO2消耗率。但这种算法没能给出具体某一河段流域岩石风化CO2的消耗量和消耗率。

黄河流域面积广阔、岩石分布类型复杂,上游河源区分布着大量页岩,部分黄土类土和少量岩浆岩的出露岩层[20];流域中部广泛分布着第四纪的黄土和类黄土沉积,黄土覆盖面积占全流域面积的44%[21];流域下游则主要是黏土为主的碎屑岩。此外,在流域北、南和西部边缘及最下游的大汶河流域内分布有从太古宙到第三纪的花岗岩和变质岩[22](见图2)。定量确定其不同河段流域岩石风化CO2的消耗量及消耗率对于揭示气候、地质、地貌及人类活动等因素对流域岩石化学风化作用的影响具有重要意义。

图2 黄河流域岩石类型分布及2007年调查站位图Fig.2 The distribution of major rock types and sampling sites in the Huanghe River drainage basin in 2007

本文根据黄河流域岩石类型的分布将黄河分为上游(兰州以上)、中游(兰州至花园口)、下游(花园口至利津)三段。各河段河水中硅酸盐风化来源的溶解离子主要来源于该河段流域面积内硅酸盐的化学风化作用以及该段河流入口断面的输送。各河段河水中硅酸盐风化来源溶解离子的去向则是一部分通过河段出口断面向下游输送,另一部分随人类耗水又输送回陆地(见图3)。再者,河流沿岸人为耗水量中硅酸盐风化来源的离子浓度应与耗水河段水体相同,考虑到河流耗水是在河段内不同取水点分别取用,作者用各河段取样点硅酸盐风化来源离子浓度的平均水平表征该河段人为耗水中硅酸盐风化来源的离子浓度。因此考虑耗水量分段计算黄河流域硅酸盐风化CO2的消耗量及消耗率公式如下:

式中下标“i”代表河流从上游到下游的第i河段;“出”、“入”分别代表各河段的出、入口断面;“平均”代表河段流域各采样点数据的平均值;其余表达式含义同上。

图3 考虑耗水量分段计算的方法Fig.3 Calculation method of fluxes and rates of CO2consumption by rock weathering considering contribution of water consumption in each reach of a river

使用上述方法3考虑耗水量分段估算的结果见表2。从表2中可以看出,黄河流域硅酸盐风化CO2消耗率上游(47.72×103mol·km-2·a-1)>中游(20.41× 103mol·km-2·a-1)>下游(13.01×103mol·km-2· a-1),而消耗量则是中游(10.36×109mol·a-1)>上游(9.28×109mol·a-1)>下游(0.28×109mol·a-1)。这一结论与黄河流域岩石类型分布的状况很好的吻合。黄河上游分布着大量页岩,另有部分黄土类土和少量岩浆岩的出露岩层,页岩的主要矿物成分为黏土矿物和石英、长石、云母等碎屑矿物;中游主要分布有第四纪的黄土和类黄土沉积,矿物成分主要是石英、长石和云母为主的硅酸盐碎屑矿物、黏土矿物、碳酸盐矿物及氯化物和硫酸盐的易溶性盐类;黄河下游主要分布长石类硅酸盐长期风化作用形成的黏土矿物。可见,黄河上游岩石类型以硅酸盐为主,硅酸盐风化CO2消耗率较高;中游分布硅酸盐、碳酸盐和蒸发盐3种岩类,硅酸盐岩的出露面积减少,风化CO2消耗率也随之降低;黄河下游主要是地上悬河,岩石类型主要为黏土类硅酸盐,风化CO2消耗率又有降低。因此黄河流域硅酸盐风化CO2消耗率上游>中游>下游。但由于黄河流域的面积是中游>上游>下游,使得流域硅酸盐风化CO2消耗量中游>上游>下游。黄河流域硅酸盐化学风化作用对大气CO2的消耗主要存在于上、中游。从方法3考虑耗水量分段计算的定量结果上看,上、中游硅酸盐风化CO2的消耗量分别相当于下游的33和37倍左右。

表2 2007年黄河上、中、下游硅酸盐风化CO2的消耗Table 2 CO2consumption by silicate weathering in upstream,midstream and downstream of the Huanghe River drainage basin in 2007

3 讨论

3.1 方法的比较

如前所述,使用黄河利津实测径流量估算的流域硅酸盐风化CO2的消耗量及消耗率分别为8.11×109mol·a-1和10.78×103mol·km-2·a-1;若使用耗水量与利津实测径流量相加的方法估算结果为19.38× 109mol·a-1和25.78×103mol·km-2·a-1;使用分段计算再加和的方法估算结果为19.92×109mol·a-1和26.50×103mol·km-2·a-1。比较上述3种方法的估算过程可以得出:(1)若不考虑耗水量的贡献,使用利津实测径流量的估算方法造成了结果的严重低估。(2)考虑耗水量的贡献,使用耗水量与利津实测径流量相加的方法纠正了以往估算方法的严重不足,但由于计算中使用的是利津站风化来源离子浓度,没有考虑上、中游耗水中风化来源的离子浓度与利津站风化来源离子浓度的差别,使得估算结果还存在一定误差。(3)考虑耗水量分段估算的方法,由于使用各河段硅酸盐风化来源离子浓度的平均水平表征该河段耗水量中硅酸盐风化来源的离子浓度,进一步准确估算了耗水量的贡献,不但能够给出各河段化学风化CO2的消耗量及消耗率,其加和结果给出的全流域硅酸盐风化CO2的消耗量及消耗率也是准确的。因此,建议讨论岩石类型分布复杂的流域化学风化时,考虑耗水量的贡献,分段采用方法3计算是合适的。若流域数据缺失,至少应采用方法2计算,避免仅用实测径流量使估算结果严重低估。

3.2 考虑耗水量的必要性

河流沿岸人类活动较为集中,各种工农业活动尤其是农业灌溉消耗了大量水资源,导致河流下游径流量降低。据报道,20世纪后50 a中全球河流入海年径流量总体变化不大,但中纬度地区河流入海年径流量下降了约60%[23]。1995年全球灌溉耕地面积为2 549 093 km2,47%分布于印度、中国和美国[24]。可见由于人类活动的剧烈程度、气候条件不同,全球不同地区河流人为耗水的严重程度不同,其中农业活动相对集中、降水量相对于赤道地区少的中纬度地区河流沿岸人为耗水较为严重。就具体的河流来看,非洲尼罗河东部流域水资源的86%被用于农业灌溉[25]。恒河-印度河流域灌溉耕地面积3.308万km2,其中地表水灌溉面积约占26.6%[26]。尼日尔河上游灌溉耕地面积为550 km2,该地区自1971年起就以水稻作为主要农作物[27]。非洲东南部Limpopo河下游2009年灌溉耕地面积94 km2,灌溉用水量439×106m3·a-1,若按政府计划至2025年灌溉面积扩大到730 km2,灌溉需水量将达到1.3×109m3·a-1,超出Limpopo河的水资源总供给量[28]。亚欧大陆河流中,Mekong河1979—1999年农业灌溉用水(12.4 km3·a-1)致使河流径流量减少了2.1%[29]。我国长江流域2007年耗水量为830亿m3[30]。黄河流域2007、2008年耗水量分别为283.66和290.22亿m3,是利津水文站年径流量(204和145.6亿m3)的1.4和2.0倍[17]。美洲大陆河流中,Colorado河1979—1999年农业灌溉用水(8.3 km3·a-1)致使河流径流量减少了29%[29]。美国Mississippi河下游耕地面积为12546 km2,约占流域面积的2/3[32]。此外,澳大利亚Barwon-Darling河流域1997—1998年人为取水量(2 074Gl)占多年径流量(2 370Gl)的87%[31]。可见,沿岸工农业活动对河流水资源的消耗已成为人类活动影响河流过程的重要方面。科学估算河流流域岩石风化CO2消耗量不能忽视沿岸人为耗水的影响。

3.3 分段计算流域岩石风化大气CO2消耗的必要性

全球许多河流流域地质背景复杂、流域面积广阔且流经多个国家,如Amazon河(5.83×106km2)流经秘鲁、厄瓜多尔、巴西等8国,流域内分布有碳酸盐岩(3.9%)、砂岩(16.7%)、页岩(50.7%);Mississippi河(3.13×106km2)流域内分布有砂岩25.3%,页岩47.6%,碳酸盐岩18.1%;Nile河(1.84×106km2)流经卢旺达、坦桑尼亚、埃及等9国,流域内分布有砂岩31.9%,碳酸盐岩2.5%,玄武岩20.4%;Ganges-Brahmaputra河(1.64×106km2),流域内分布有砂岩15.4%,页岩31.5%,碳酸盐岩33.8%;Indus河(0.88 ×106km2)主要流经印度和巴基斯坦,流域内分布有砂岩16.8%,页岩24%,碳酸盐岩26%[33]。定量确定河流不同河段流域内岩石化学风化CO2的消耗量及消耗率不仅对于揭示气候、地质、地貌及人类活动等因素对河流流域岩石化学风化作用的影响具有重要意义,而且对于某一区域或国家在国际社会中谋求一定的政治、经济利益具有非常重要的意义。

4 结论

(1)由于世界人口持续增长、耕地面积不断扩大,研究河流流域化学风化时必须考虑耗水量的贡献。黄河流域耗水量对硅酸盐化学风化消耗大气CO2的贡献(139%)已经达到了入海径流量所表征的数量级。

(2)黄河流域硅酸盐风化CO2的消耗量及消耗率分别为19.92×109mol·a-1和26.50×103mol·km-2·a-1。黄河流域硅酸盐风化CO2消耗率上游>中游>下游,消耗量中游>上游>下游。上、中游硅酸盐风化CO2的消耗量分别相当于下游的33和37倍左右。

[1] Berner R A,Lassaga A C,Garrels R M.The carbonate-silicate geochemical cycle and its effect on atmospheric carbon dioxide over t he past 100 million years[J].Am J Sci,1983,284:1183-1192. [2] Gaillardet J,Dupre B,Louvat P,et al.Global silicate weathering and CO2consumption rates deduced from the chemistry of large rivers[J].Chemical Geology,1999,159:1-4.

[3] Jerome Gaillardet.Chemical and physical denudation in the Amazon River Basin[J].Chemical Geology,1997,142:141-173.

[4] Mortatti J,Probst J L.Silicate rock weathering and atmospheric/ soil CO2uptake in the Amazon basin estimated from river water geochemistry:seasonal and spatial variations[J].Chemical Geology,2003,197:177-196.

[5] Jean-Loup Boeglin,Jean-Luc Probst.Physical and chemical weathering rates and CO2consumption in a tropical lateritic environment:the upper Niger basin[J].Chemical Geology,1998,148: 137-156.

[6] Cecile Picouet,Bernard Dupre,Didier Orange,et al.Major and trace element geochemistry in the upper Niger river(Mali):physical and chemical weathering rates and CO2consumption[J]. Chemical Geology,2002,185:93-124.

[7] Ollivier P.Seasonal variations of physical and chemical erosion:A three-year survey of the Rhone River(France)[J].Geochimicaet Cosmochimica Acta,2010,74:907-927.

[8] Chetelat B,Liu C,Zhao Z,et al.Geochemistry of the dissolved load of the Changjiang Basin rivers:anthropogenic impacts and chemical weathering[J].Geochim Cosmochim Acta,2008,72: 4254-4277.

[9] Gao Quanzhou.Chemical weathering and CO2consumption in the Xijiang River basin[J].South China Geomorphology,2009,106: 324-332.

[10] Sun Huiguo,Han Jingtai,Li Dong,et al.Chemical weathering inferred from riverine water chemistry in the lower Xijiang basin, SouthChina[J].Sci Total Environ,2010,doi:10.1016/j.scitot-env.2010.0 6.007.

[11] 张龙军,温志超.黄河流域硅酸盐风化的讨论[J].中国海洋大学学报:自然科学版,2009,39(5):988-994.

[12] Taikan Oki,Shinjiro Kanae.Global hydrological cycles and world water resources.freshwater resources[J].Science,2006,313: 1068-1072.

[13] Mats Dynesius,Christer Nilsson.Fragmentation and flow regulation of river systems in the Northern third of the world[J]. Science,1994,4:753-162.

[14] Close A.The impact of man on the natural flow regime,in The Murray[M].∥Mackay N,Eastburn D,eds.Murray Darling Basin Commission,Canberra,Aust.Cap Terr,1990:61-74.

[15] 水利电力部水利水电规划设计院.SDJ214-83水利水电工程水文计算规范[S].北京:中国标准出版社,1983.

[16] 中国水利水电科学研究院.GB/T23598-2009水资源公报编制规程[S].北京:中国标准出版社,2009.

[17] 黄河水利委员会.黄河水资源公报.http://www.yellowriver. gov.cn/other/hhgb/.

[18] Wu L,Huh Y,Qin J,et al.Chemical weathering in the Upper Huang He draining the eastern Qinghai-TibetPlateau[J]. Geochimicaet Cosmochimica Acta,2005,69(22):5279-5294.

[19] 陈静生,王飞越,何大伟.黄河水质地球化学[J].地学前缘. 2006,13(1):58-73.

[20] LIU T S.Loess in China[M].2nd ed.New York:Springer, 1985:224.

[21] 刘东生.黄河中游黄土[M].北京:科学出版社,1964:244.

[22] Zhang J,Huang W W,L Etotl E R.Major element chemistry of the Huanghe(Yellow River),China weathering processes and chemical fluxes[J].J Hydrol,1995,168:173-203.

[23] Milliman J D,Farnsworth K L,Jones P D,et al.Climatic and anthropogenic factors affecting river discharge to the global ocean,1951 2000[J].Global and Planetary Change,2008,62: 187-194.

[24] Petra Doll,Stefan Siebert.Global modeling of irrigation water requirements[J].Water Resources Research,2002,38(4):1-10.

[25] World Resources Institute.World Resources 1998-99,Freshwater Resources and Withdrawals 1970-98[R].[s.l.]:WRI,2000.

[26] Prasad S Thenkabail,Mitchell Schull,Hugh Turral.Ganges and Indus river basin land use/land cover(LULC)and irrigated area mapping using continuous streams of MODIS data[J].Remote Sensing of Environment,2005,95:317-341.

[27] Haefele S M,Wopereis M C S,Ndiaye M K,et al.A framework to improve fertilizer recommendations for irrigated rice in West Africa[J].Agricultural Systems,2003,76:313-335.

[28] Pieter van der Zaag,Dinis Juizo,Agostinho Vilanculos,et al. Does the Limpopo River Basin have suf?cient water for massive irrigation development in the plains of Mozambique?[J].Physics and Chemistry of the Earth,2010,35:832-837.

[29] Ingjerd Haddeland,Dennis P Lettenmaier,Thomas Skaugen.Effects of irrigation on the water and energy balances of the Colorado and Mekong river basins[J].Journal of Hydrology,2006,324:210-223.

[30] 长江水利委员会.长江流域及西南诸河水资源公报[R].http://www.cjw.com.cn/wawr/2008gb/index.htm.

[31] Thoms M C,Sheldon F.Water resource development and hydrological change in a large dryland river:the Barwon-Darling River, Australia[J].Journal of Hydrology,2000,228:10-21.

[32] Basin Alliance for the Lower Mississippi in Minnesota.Lower Mississippi River Basin Planning Scoping Document[R].[s.l.]: Basin Allionce for the Lower Mississippi in Minnesota,2001.

[33] Philippe Amiotte Suchet,Jean-Luc Probst,Wolfgang Ludwig. World wide distribution of continental rock lithology:Implications for the atmospheric/soil CO2uptake by continental weathering and alkalinity river transport to the oceans[J].American GeophysicalUnion'ssite.http://www.agu.org/pubs/crossref/ 2003/2002GB001891.shtml.

Abstract: Discharge in the downstream of rivers declines due to the consumption of water resources by human activities,therefore the influence of water consumption must be considered when calculating flux and rate of CO2consumption by rock weathering in river drainage basin.This paper re-estimates flux and rate of CO2consumption by silicate weathering in the Huanghe River drainage basin concerning the water consumption in the whole drainage using the data we discussed in 2007.The flux and rate of CO2consumption by silicate weathering in the Huanghe River drainage basin are 19.92×109mol·a-1and 26.50× 103mol·km-2·a-1.The contribution of water consumption to CO2consumption by silicate weathering is as the same magnitude as that estimated by the runoff of Huanghe River Estuary.Aiming at the complex distribution of various rock types in the Huanghe River drainage basin,a calculating method of flux and rate of CO2consumption by rock weathering concerning contribution of water consumption in the three reaches of the Huanghe River is presented,and the results show that:atmospheric CO2consumption flux by silicate weathering decreases in the following order:midstream>upstream>downstream,while atmospheric CO2consumption rate decreases in the order:upstream>midstream>downstream.Atmospheric CO2consumption flux by silicate weathering in the upstream and midstream of the Huanghe River are 33 and 37 times as that in the downstream respectively.

Key words: Huanghe River;silicate weathering;water consumption;CO2consumption rate

责任编辑 庞 旻

Discussion on Silicate Weathering in the Huanghe River Drainage Basin(2): the Contribution of Water Consumption to CO2Consumption by Silicate Weathering

ZHANG Long-Jun,WANG Bao-Sen,XUE Ming,WAN G Liang,WEN Zhi-Chao
(Key Lab of Marine Environmental Science and Ecology,Ministry of Education,Ocean University of China,Qingdao 266100, China)

X131

A

1672-5174(2011)04-109-07

国家自然科学基金主任基金项目(40940019)资助

2010-12-16;

2010-12-30

张龙军(1955-),男,教授,博导。Tel:(0532)66782967;E-mail:longjunz@ouc.edu.cn