重庆西部山区典型湖泊水-气界面CO2交换通量及其影响因素

为了解我国西南山区湖泊水体CO_2的释放/吸收特征,于2017年7月对重庆西部山区典型9个湖泊表层水体溶解性无机碳进行调查,并同步监测关键环境因子,运用薄边界层法和静态箱法对其水-气界面CO_2通量[F(CO_2)]进行比较研究.结果表明,渝西山区湖泊夏季表层水p(CO_2)介于2.1~45.0 Pa之间,均值为(18.1±12.1) Pa;模型法和静态箱法计算的CO_2通量均值分别为(-8.0±2.9)、(-3.4±3.6)和(-7.1±22.3) mmol·(m2·d)-1,总体表现出大气CO_2汇的特征.水体p(CO_2)和F(CO_2)与关键环境因子的相关分析,表明表层水p(CO_2)和F(CO_2)与风速和ORP显著正相关,与pH显著负相关.     

三峡库区库中干流及支流水体夏季二氧化碳分压及扩散通量

以三峡库区库中干流以及主要支流——梅溪河为研究区,于2013年5月对该区域水体中溶解二氧化碳分压(pCO2)进行了走航观测.结果表明,夏季梅溪河表层pCO2为6.8~7.5 Pa,三峡库区库中长江干流表层pCO2为201.4~210.2 Pa.在库区干、支流交汇的过渡区水体剖面上,表层水体pCO2最低为53.5 Pa,随着水深增加,pCO2急剧增大,在3 m处达到约210Pa后基本保持不变.通过计算,库区支流梅溪河和库区干流表层水体的CO2释放通量分别为-7.48 mmol·(m2·d)-1和39.58 mmol·(m2·d)-1.结果表明,库区支流梅溪河表现为大气中CO2的"汇",而库区干流表现为CO2的"源",库区干、支流水体在CO2的释放上有显著差异.     

河流-水库体系水体表层pCO_2时空变化特征及其扩散通量——以六冲河、洪家渡水库、红枫湖为例

为了了解筑坝后河流-水库体系CO2的释放特征,本研究于2011年5月至2012年5月调查了乌江流域的六冲河以及处于不同营养水平的洪家渡水库和红枫湖表层水体的基本物理、化学和生物参数及溶解无机碳碳同位素组成(δ13 CDIC),分析计算表层水体pCO2及水气界面的CO2交换通量(CO2flux)。六冲河、洪家渡水库和红枫湖表层水体的pCO2年平均值分别为684±195μatm、884±484μatm和592±596μatm,均大于大气中的pCO2,表现为大气CO2的源。红枫湖表层水体中的pCO2受到藻类等水生生物的作用最强,洪家渡水库次之,六冲河表层水体最弱,导致它们表层水体中的pCO2具有明显不同的时间分布特征,相应的CO2flux的时间分布也明显不同。红枫湖的初级生产力水平最高,在2011年5月至2011年9月时表现为大气CO2的汇,水气界面的交换通量平均为-5.70mmol.m-2.d-1。δ13 CDIC和pCO2同步变化揭示了水体表层pCO2时空变化受藻类等生物活动的影响。本研究表明,高频率的监测对于准确评估河流-水库体系CO2flux非常必要。     

小浪底水库影响下的黄河花园口站和小浪底站pCO2特征及扩散通量

于2011年11月至2012年10月在黄河小浪底站和花园口站进行连续采样分析,根据亨利定律计算出表层水体二氧化碳分压(p CO2),研究了在小浪底水库"水沙调控"的影响下黄河花园口站和小浪底站表层水体p CO2特征及水-气CO2通量.结果表明,在小浪底水库正常调度期间,小浪底站表层水体p CO2在82~195 Pa之间,花园口站表层水体p CO2在99~228 Pa之间,且花园口站表层水体p CO2均高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间,两个水文站均表现为水库泄水期间的表层水体p CO2明显低于水库排沙期间的表层水体p CO2.无论是在小浪底水库正常调度期间还是在调水调沙期间,两个水文站表层水体p CO2均与DIC含量呈现显著的正相关关系.8、9月Ep CO2/AOU的比值高于生物好氧呼吸作用控制水体p CO2的理论下限0.62,因此8、9月生物好氧呼吸作用对水体p CO2的贡献比较明显.从全年来看小浪底站和花园口站平均水-气CO2扩散通量分别为0.486μmol·(m2·s)-1和0.588μmol·(m2·s)-1;在水库正常调度期间花园口站水-气CO2扩散通量明显高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间两个水文站均表现为水库泄水期间的水-气CO2扩散通量明显低于水库排沙期间的水-气CO2扩散通量.     

南水北调东线枢纽湖泊表层水体甲烷释放特征及潜在影响因素

湖泊是天然有机质生物地球化学循环和甲烷(CH4)排放的重要场所.观测南水北调东线枢纽湖泊骆马湖表层水体CH4溶存浓度和通量特征,并分析影响CH4释放的潜在因素.结果表明,骆马湖是CH4释放的热点区域,表层水CH4溶存浓度均值为(0.12±0.09)μmol·L-1,通量均值为(21.0±18.5)mmol·(m2·d)...     

三峡库区典型河流水-气界面CO2通量日变化观测及其影响因素分析

为研究河流水-气界面CO_2通量的季节和日变化特征;于2016年7月15～17日以及2017年11月4～6日对三峡库区嘉陵江支流竹溪河进行定点定时采集表层水样,并同步监测关键环境因子,采用亨利定律结合薄边界层模型计算其水-气界面CO_2通量F(CO_2).结果表明,竹溪河表层水CO_2分压p(CO_2)及界面CO_2脱气通量呈现出显著的日间和季节变化,以及明显的日内变化特征:在上午09:00前后达到释放高峰,随后波动下降;水-气界面CO_2通量日间均值分别为(100. 9±31. 6)、(78. 6±12. 1)、(83. 9±29. 7)、(137. 5±42. 1)、(147. 6±34. 0)、(132. 4±21. 7) mmol·(m~2·d)~(-1);并表现出夏季表层水体CO_2释放通量明显低于秋季,其均值分别为(87. 8±27. 5) mmol·(m~2·d)~(-1)和(139. 2±34. 0) mmol·(m~2·d)~(-1);总体表现出大气CO_2源的特征.竹溪河p(CO_2)和F(CO_2)受到诸多环境因子的影响,相关分析表明,pH、碱度、水温和气温是主要环境影响因子,CO_2释放通量可以用pH和碱度预测.     

三峡库区主要河流秋季pCO2及其影响因素

于2015年10月对三峡库区主要河流表层水体中的溶解性碳组成进行了测定,结合水文地质条件和水化学关键指标,对河流表层水体二氧化碳分压(p CO_2)的空间变化及影响因素进行了研究,并利用模型法分析了水-气界面CO_2通量特征.结果表明,三峡库区主要河流秋季pCO_2介于18.75~296.31 Pa之间,均值为(141.06±77.51)Pa;河流CO_2脱气通量平均值为(101.1±78.0)mmol·(m2·d)-1,其中86%的采样点位表现为大气CO_2源的特征.p CO_2与DO和pH显著负相关,与HCO-3显著正相关.由于山区河流流速快和水力停留时间短等特征,河流有机碳原位呼吸是导致p CO_2与DO和pH很强的负相关关系的主要原因.研究结果为准确估算三峡库区河流CO_2逸出量提供了重要的数据支撑.     

岩溶深水水库干流及支流夏季二氧化碳分压及扩散通量

以云贵高原岩溶深水水库——万峰湖为例,于2016年9月对该水库水体进行连续走航观测及分层采样,测定水体温度(T)、酸碱度(pH)、电导率(Cond)、总溶解固体物(TDS)、氧化还原电位(ORP)及碱度(ALK),通过水化学平衡原理及亨利定律计算水体二氧化碳分压(pCO_2).结果表明:干流表层pCO_2为128.84~222.51 Pa,均值为184.03 Pa;支流表层pCO_2为140.32~285.00 Pa,均值为216.78 Pa.剖面上,干流pCO_2为128.84~1076.81 Pa;支流pCO_2为140.32~657.23 Pa,干、支流剖面pCO_2随水深度增加而升高.TDS浓度为203.0~286.7 mg·L-1,溶解无机碳(DIC)浓度为2.56~3.37 mmol·L-1.相关分析表明:水体pCO_2与ORP呈显著正相关,分析认为受水生生物作用影响,水生生物消耗表层溶解CO2使表层水体pCO_2较低.同时,pCO_2与TDS、DIC呈正相关,说明万峰湖流域内溶蚀作用控制的河流碳酸盐体系是影响水体pCO_2的主要原因.干、支流水体pCO_2处于过饱和状态,成为大气CO2的源.根据Wanninkhof提出的淡水水-气界面交换系数的通量模式,估算干、支流水-气界面CO2交换速率分别为0.16、0.19μmol·m-2·s-1,其扩散通量干流为9.77~20.84 mmol·m-2·d-1,均通量为15.30 mmol·m-2·d-1;支流为11.55~27.88 mmol·m-2·d-1,均通量为19.72 mmol·m-2·d-1.与世界其它河流、水库相比较,水库干、支流二氧化碳扩散通量比热带地区河流Amazon、Curua-Una、Tucurui小;与温带地区黄河相比,扩散通量要大;与亚热带岩溶区水库相比差异不明显.     

巢湖二氧化碳排放特征及其潜在影响因素

为探讨浅水湖泊CO2排放的时空格局及与CDOM来源组成潜在关联机制,于1月(枯水期)、4月(平水期)、7月(丰水期)不同水文情景下富营养浅水巢湖进行野外观测,采用扩散系数—顶空瓶法观测表层水体CO2浓度(cCO2)和通量(FCO2),并探讨CO2排放的潜在驱动因素,尤其是对CDOM来源组成的响应机制.结果表明,巢湖全湖...     

基于漂浮箱法和扩散模型法测定淡水养殖鱼塘甲烷排放通量的比较

本研究以我国东南部地区淡水养殖鱼塘为研究对象,于2017年9月到2018年8月采用漂浮箱法和扩散模型法同步原位观测其CH_4排放通量,旨在明确运用两种不同方法观测CH_4的排放特征、排放强度及其驱动因子,综合比较两种方法观测结果的差异性,其中扩散模型法能够进一步量化扩散传输对CH_4排放通量的贡献.结果表明,两种方法观测的CH_4排放通量有相似的季节变化特征,即夏秋季排放高,冬春季排放低.通过漂浮箱法观测淡水养殖鱼塘CH_4排放通量的变化范围为0. 14～3. 13 mg·(m~2·h)~(-1),其年平均排放通量为(0. 86±0. 30) mg·(m~2·h)~(-1),而由扩散模型法估算出鱼塘CH_4排放通量变化范围为0. 04～1. 41 mg·(m~2·h)~(-1),其年平均排放通量为(0. 45±0. 08) mg·(m~2·h)~(-1).基于两种方法观测的CH_4排放通量具有相同的环境驱动因子,CH_4排放通量与水温、底泥可溶性有机碳(DOC)和水体化学需氧量(COD)呈现显著的正相关关系,与水体溶解氧(DO)呈现出极显著的负相关关系.综合比较两种方法观测结果,发现由扩散模型法估算出的淡水养殖鱼塘CH_4排放通量约为漂浮箱法测定结果的45%左右(P 0. 01),扩散模型法可能低估淡水养殖系统CH_4排放通量.综上所述,漂浮箱法更适合用于观测我国东南部内陆地区淡水养殖生态系统CH_4排放.     

夏季太湖草/藻型湖区N2O生成与迁移特征及其影响因素

多生态类型湖泊N_2O生成与排放的空间异质性给准确地估算湖泊N_2O通量及评估湖泊N_2O排放的重要性带来了很大的不确定性,有关多生态类型湖泊N_2O生成与排放特征及内在机制的研究相对较少.本研究对夏季太湖典型草/藻型湖区水-气界面N_2O通量、水体溶存浓度以及水-土界面N_2O通量进行了原位观测及室内分析,并针对影响N_2O生成与排放的主要环境因子进行了室内微环境实验.结果表明,夏季水-气界面N_2O通量、水体溶存N_2O浓度及水-土界面N_2O通量大致上呈现为挺水植物湖区藻型湖区沉水植物湖区,水-气界面通量分别为(115.807±7.583)、(79.768±1.842)和(3.685±0.295)μmol·(m2·h)-1;水体溶存N_2O浓度分别为:(0.051±0)、(0.029±0.001)和(0.018±0)μmol·L~(-1),水-土界面通量分别为:(178.275±3.666)、(160.685±0.642)和(75.665±1.016)μmol·(m2·h)-1;空间差异原因可归结为生长的植物以及水体中无机氮浓度的差异.水-土界面微环境实验结果表明,外加硝酸盐及有机碳源可以显著增加沉积物N_2O生成潜力,而上覆水中高浓度NH+4-N会抑制沉积物N_2O生成,随温度升高,沉积物N_2O生成速率显著增加,这表明夏季水-土界面N_2O的生成与排放主要受硝酸盐及有机碳的限制,同时也受温度的影响.     

闽江河口短叶茳芏湿地及围垦后的养虾塘N_2O通量比较

以闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地及其转化而成的养虾塘为研究对象,于2016年5~11月,采用静态箱-气相色谱法和悬浮箱-气相色谱法分别对白天短叶茳芏湿地和养虾塘水-气界面N_2O通量进行观测,并同步测定短叶茳芏湿地间隙水化学指标和养虾塘水体理化指标.结果表明,观测期间短叶茳芏湿地和养虾塘水-气界面N_2O通量变化范围分别为-113.11~206.57μg/(m~2·h)和-2.27~143.25μg/(m2·h),均值分别为(38.35±24.44)μg/(m2·h)和(46.44±15.93)μg/(m2·h),整体均表现为大气中N_2O的排放源,但两者N_2O通量无显著差异(P0.05).短叶茳芏湿地N_2O通量与土壤间隙水的盐度和营养盐呈显著正相关(P0.05),养虾塘水-气界面N_2O通量与水深、水体盐度和营养盐含量均呈极显著正相关关系(P0.01).     

三峡库区高水位运行期典型干支流水体CO2分压及其水面通量特征

本文以三峡库区典型干支流作为研究对象,重点研究高水位运行期库湾水体及库区干流CO2分压(p CO2)的分布规律,计算CO2的扩散通量和释放总量。本研究于2013年9月至11月利用走航式观测系统对库区奉节段干支流表层水体及定点剖面水体中p CO2和相关水质参数进行了逐月观测。研究结果表明,干支流表层水体p CO2的分布和扩散通量差异显著。干流CO2扩散通量(F-CO2)9月至11月变化不大,为28.19±0.80mmol/(m2·d);支流在观测期内,扩散通量由负变正,其中朱衣河F-CO2从-6.86增至32.05mmol/(m2·d);梅溪河从-6.94增至37.85mmol/(m2·d),草堂河从-6.97增至31.05mmol/(m2·d)。由10至11月的数据推广到全年的高水位运行阶段(10月至次年1月),全库区CO2排放量可达166 450t,其中支流占30.17%。     

香溪河库湾春季pCO2与浮游植物生物量的关系

测定了春季香溪河库湾的水温(WT)、pH、HCO3-浓度、溶氧(DO)及叶绿素a(Chl-a)浓度等参数.根据化学平衡和亨利定律计算二氧化碳分压(pCO2),以薄层扩散模型计算碳通量.结果表明,香溪河库湾春季表层水体pCO2在8.34～168.70μatm间波动,平均为49.01μatm.空间上,pCO2自上游到河口呈明显上升趋势,Chl-a浓度则逐渐下降.时间上,昼夜pCO2在74.43～168.70μatm间波动,平均为117.92μatm,Chl-a浓度在2.22～4.55 mg.m-3之间,平均为3.04 mg.m-3.香溪河库湾春季表层水体pCO2与Chl-a浓度之间存在极显著的负相关关系(r=-0.844,P<0.01),浮游植物光合作用是pCO2的主要影响因子.香溪河库湾春季是CO2的汇,CO2吸收速率为-35.17 mmol.(m2.d)-1.     

闽江河口养殖塘水体溶存氧化亚氮浓度及扩散通量研究

水产养殖生态系统由于其高氮负荷而成为氧化亚氮(N_2O)的潜在释放源.本文以福建闽江河口养虾塘为研究对象,采用静态顶空-气相色谱法测定分析了表层水体溶存N_2O浓度和饱和度,基于薄边界层模型计算了水-气界面N_2O扩散通量,在此基础上结合气象要素与水环境因子分析其主要影响因素.结果表明,养殖塘水体溶存N_2O浓度和饱和度的均值分别为17.96 nmol·L~(-1)和198.03%,时间变化上表现为养殖中期显著高于养殖末期和初期,且具有一定的日变化特征.相关分析表明,N_2O浓度及饱和度与温度、水体NH~+_4-N和叶绿素a浓度呈显著正相关(p0.05),与气压、风速和水体pH值呈显著负相关(p0.05).LM86、W92和RC01模型估算的养殖塘水-气界面N_2O扩散通量的均值分别为20.80、183.75和298.52 nmol·m~(-2)·h~(-1),3种扩散通量均呈现出随着养殖时间推移显著增加的特征,风速和水体溶存N_2O是影响河口养殖塘N_2O扩散通量的重要因子.N_2O扩散通量与扩散系数的取值密切相关,但不同模型方程计算得出的扩散系数存在显著差异,比较发现,RC01模型更适合河口区养殖塘水-气界面N_2O扩散通量估算.本研究结果可为完善水产养殖生态系统的N_2O排放清单编制和近海水环境保护提供一定的科学依据.     

初冬时期闽江河口区养殖塘排水后的CH4和N2O通量日变化特征

排水活动是河口区养殖塘鱼、虾捕获后的重要管理方式之一.为探讨排水活动对河口区养殖塘温室气体通量的影响,采用静态(悬浮)箱-气相色谱法对初冬时期闽江河口区的未排干和排干养殖塘温室气体(CH_4和N_2O)通量日变化特征进行原位观测.结果表明,(1)未排干与排干养殖塘CH_4通量范围分别介于0.04~0.10 mg·(m~2·h)~(-1)和14.04~33.72 mg·(m~2·h)~(-1),均值分别为(0.07±0.01)mg·(m~2·h)~(-1)和(24.74±2.33)mg·(m~2·h)~(-1),均表现为大气库中CH_4释放源,呈现夜高昼低的特征;(2)未排干养殖塘N_2O通量范围和均值分别介于-0.027~0.011 mg·(m~2·h)~(-1)和(0.002±0.004)mg·(m~2·h)~(-1),整体上呈现昼低夜高的特征,而排干养殖塘N_2O通量范围和均值分别介于0.59~1.76 mg·(m~2·h)~(-1)和(1.07±0.15)mg·(m~2·h)~(-1),整体上呈现昼高夜低的特征.以上研究结果初步揭示,排干初期的河口区养殖塘排水活动不仅显著增加温室气体(CH_4和N_2O)排放强度,也可以显著改变养殖塘温室气体通量的日动态特征.     

闽江河口短叶茳芏湿地及其围垦的养虾塘CH4排放通量的比较

以闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地及由其围垦而成的养虾塘为研究对象,2016年5月—2017年3月,分别采用静态箱-气相色谱法和悬浮箱/静态箱-气相色谱法对短叶茳芏湿地和养虾塘白天CH_4排放通量进行观测,并同步测定短叶茳芏湿地和养虾塘水体/沉积物理化指标.观测期间短叶茳芏湿地和养虾塘均表现为大气中CH_4的排放源,释放量变化范围分别为1.09~38.38 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.01~65.38 mg·m~(-2)·h~(-1),均值分别为(11.67±1.99)mg·m~(-2)·h~(-1)和(18.69±4.84)mg·m~(-2)·h~(-1),重复测量方差分析统计结果表明:虽然在整个观测时间尺度上,养虾塘CH_4排放通量与短叶茳芏湿地无显著性差异(p0.05),但是在养殖期养虾塘CH_4排放通量显著高于同期短叶茳芏湿地(p0.05),增加了68.0%.短叶茳芏湿地CH_4排放通量与沉积物温度、间隙水总磷含量呈显著正相关关系(p0.01),养虾塘水-气界面CH_4排放通量与养殖水水深呈显著负相关关系(p0.01).亚热带河口感潮沼泽湿地围垦成为陆基养虾塘后增加了CH_4排放通量.     

岩溶区地下水补给型水库表层无机碳时空变化特征及影响因素

为更深入地认识岩溶区地下水补给型水库表层无机碳的循环过程,于2014-07-12~2014-07-20期间,以广西上林县大龙洞岩溶水库表层水体为研究体系,对无机碳循环研究的重要指标进行定点观测和高密度的昼夜监测.结果发现:1从上游到下游DIC含量和水体p CO2值逐渐增加[DIC(平均):122.88 mg·L-1增至172.02 mg·L-1,p CO2(平均):637.91×10-6增至1 399.97×10-6],δ13CDIC值逐渐偏负[δ13CDIC(平均):-4.34‰降至-6.97‰].2库区均为大气CO2的源,CO2交换通量在7.11~335.54 mg·(m2·h)-1之间,平均125.03 mg·(m2·h)-1,上游和下游地区CO2交换通量较大[平均131.73 mg·(m2·h)-1、170.25 mg·(m2·h)-1],中游狭窄地区CO2交换通量较小[平均116.05 mg·(m2·h)-1].3表层水体p CO2值和水-气界面CO2交换通量存在晚上升高,白天降低的昼夜变化规律,且与叶绿素a(Chla)呈负相关关系.分析认为:1大龙洞水库表层水体DIC含量、δ13CDIC值和水体p CO2的空间分布主要受浮游植物浓度、浊度、电导率、水深、透明度等的影响,而水-气界面CO2交换通量除了受浮游植物浓度空间变化的影响外还受风速的影响.2浮游植物昼夜垂向运动及光合作用和呼吸作用昼夜变化控制着水库表层水体溶解性无机碳的昼夜循环过程.     

太湖水-气界面CO2交换通量观测研究

基于2003-01～2005-06利用静态箱法对太湖水-气界面CO2交换通量的观测,对太湖水-气界面交换通量的变化特征进行了分析研究.结果表明:太湖水-气界面CO2交换通量存在明显的日变化,春、夏、秋、冬4季日平均通量分别为-0.79 mg/(m2·h)、-4.89 mg/(m2·h)、-4.06 mg/(m2·h)和-2.56 mg/(m2·h),太湖均是CO2的汇.一般污染越重的区域,CO2通量值越大.藻型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化不明显,草型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化很明显,夏秋季高,冬春季低.CO2通量变化的可能相关因子还有天气情况、太阳辐射、风速及水温、pH、TA、Chla、TC、TN和TP等.     

闽江口养殖塘水-大气界面温室气体通量日进程特征

湿地围垦养殖是人类对于滨海湿地的主要干扰方式之一.以闽江口鳝鱼滩湿地围垦养虾塘和鱼虾混养塘为研究对象,利用悬浮箱-气相色谱法对养殖塘秋季水-大气界面CO2、CH4和N2O通量日进程进行了观测并同步测定了地面气象及表层水的物理、生物和化学指标.养虾塘和鱼虾混养塘水-大气界面CO2、CH4和N2O通量均具有明显的日变化特征,2种养殖塘整体上均表现为吸收CO2的汇,CO2通量平均值分别为-48.79 mg·（m2·h）-1和-105.25 mg·（m2·h）-1,排放CH4的源,CH4通量平均值分别为1.00 mg.（m2.h）-1和5.74 mg·（m2·h）-1,鱼虾混养塘水-大气界面CH4排放量和CO2吸收量均高于养虾塘.养殖塘水-大气界面温室气体通量受到诸多环境因子的影响,多元逐步回归分析结果表明,对于养虾塘,叶绿素a是影响其水-大气界面CO2通量日变化的主要环境因子,PO34-和SO24-是影响水-大气界面CH4通量日变化的主要环境要素;鱼虾混养塘水-大气界面CO2通量主要受到水温、叶绿素a的影响,而溶解氧、PO34-和pH是影响其CH4通量的主要环境因子。