小型池塘水-气界面CH4冒泡通量的观测

为了量化亚热带浅水养殖塘CH_4冒泡通量占CH_4总通量的比例,选取安徽省全椒县两个小型池塘为研究对象,采用倒置漏斗法和顶空平衡法,自2016年7月28日至8月13日观测夏季水-气界面的CH_4通量.结果表明,两个池塘CH_4冒泡通量分别是121.78 mg·(m~2·d)~(-1)和161.08 mg·(m~2·d)~(-1),CH_4扩散通量分别是3.38 mg·(m~2·d)~(-1)和3.79 mg·(m~2·d)~(-1),CH_4冒泡通量占总通量比例分别是97.5%和96.4%.CH_4冒泡通量具有高度空间异质性,A塘CH_4冒泡通量的变化范围为0.11~446.90 mg·(m~2·d)~(-1),B塘CH_4冒泡通量变化范围为0.05~607.51 mg·(m~2·d)~(-1).两个池塘的气体冒泡速率都是白天高于夜间,主要受风速控制.对于较浅的池塘,在小时尺度上,CH_4冒泡通量的主要影响因素是风速;在日尺度上,CH_4冒泡通量的主要影响因素是风速和水深,其中CH_4冒泡通量与风速呈正相关关系,与水深呈负相关关系.不同纬度的水体CH_4冒泡通量不同,中纬度地区的淡水环境比高纬度地区CH_4冒泡通量更高.通过观测手段量化小型浅水池塘CH_4冒泡通量,可以为准确估算内陆水体对区域和全球碳循环的贡献提供数据支持和理论参考.     

养殖塘CH4排放特征及其影响因素

富营养化的养殖塘是重要的甲烷(CH_4)排放源.为明确养殖塘CH_4排放特征及其影响因素,本研究利用倒置漏斗法和体积扩散模型法,分别对安徽全椒两个养殖塘冬、春季CH_4冒泡通量和扩散通量进行了多日连续观测.结果表明,冬季CH_4冒泡通量白天高于夜间,夜间几乎为零;春季夜间高于白天.在季节尺度上,冬季CH_4冒泡通量显著低于春季,分别为3. 92mg·(m~2·d)-1和106. 94 mg·(m~2·d)-1;冬季CH_4扩散通量略高于春季,分别为2. 81 mg·(m~2·d)-1和0. 87 mg·(m~2·d)-1.自然因素(水温和气压)与CH_4冒泡通量和扩散通量显著相关.其中随水温的升高、气压的降低,CH_4冒泡通量分别呈指数递增和线性递增趋势.人工管理措施(冬季排水和春季施粪)会显著提高CH_4冒泡通量,但对扩散通量的影响并不显著.在冬季排水期间,水深与CH_4冒泡通量显著负相关;在春季鸡粪投放点,CH_4冒泡通量可高达1002. 30 mg·(m~2·d)-1.本研究可为评估小型养殖塘对全球碳循环的贡献提供数据支撑.     

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.     

夏季温榆河温室气体释放特征与影响因素研究

国内外对水-气界面温室气体释放研究,主要集中在自然河流、湖泊、人工水库、沼泽、水稻田等方面,对于城市河流温室气体的研究报道相对较少。文章以北京市温榆河为研究对象,采用在线-静态通量箱法,对城市河流夏季水-气界面CO_2和CH_4释放通量进行了原位监测。研究结果表明:温榆河夏季水-气界面CO_2和CH_4平均释放通量分别为342.78和17.09 mg/(m~2·h),暴雨后分别为566.46和3.89 mg/(m~2·h)。由此计算暴雨前后所产生的总增温效应CO_2当量通量分别为932.84和698.72 mg/(m~2·h),暴雨前CH_4所产生的增温效应贡献率大于CO_2,暴雨后反之。在夏季城市河流温榆河水-气界面CO_2和CH_4通量受到pH值、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、总氮(TN)等因素影响,总体上温榆河夏季水-气界面表现为温室气体的释放源。研究结果在城市河流温室气体排放方面具有一定的代表性,并为估算城市河流水体对大气温室效应的影响提供依据。     

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.     

芦苇植株对湿地温室气体排放的影响及其日变化特征

利用静态箱-气相色谱法对夏季(7月、8月和9月)长江河口湿地芦苇植被CO_2、CH_4和N_2O的叶面通量、茎秆扩散速率以及沉积物通量的日变化进行研究。结果显示,通过芦苇叶片排放的N_2O与CH_4的量分别为2.99μg/(m~2·h)和15.36μg/(m~2·h),CO_2则呈现白天吸收(-120.86 mg/(m~2·h))、夜间排放(69.39 mg/(m~2·h))的特点。芦苇茎秆N_2O、CH_4和CO_2平均扩散速率分别为1.96μg/h、142.45μg/h和10.69 mg/h,沉积物平均排放通量为N_2O 8.18μg/(m~2·h)、CH_41.58 mg/(m~2·h)、CO_2169.66 mg/(m~2·h)。芦苇茎秆和沉积物界面CH_4和CO_2的排放均呈现出明显的"单峰型"昼夜变化规律,其排放峰值集中在日照及温度最高的9:00至15:00。芦苇植株是影响温室气体排放变化的因素之一。芦苇植株在光合作用下吸收CO_2并促进CH_4的排放,而芦苇发达的根系及茎秆是温室气体排放的主要途径。同时,Pearson相关性分析表明温度对芦苇群落CH_4和NO2的排放影响显著,但与CO_2通量的相关性不明显。土壤氧化还原电位对3种气体的排放均有显著影响。     

基于光谱分析仪的通量-梯度法测量小型池塘水-气界面温室气体交换通量

小型池塘作为内陆水体的一部分,是被忽视的温室气体重要排放源.本研究主要利用通量-梯度方法测量长江三角洲地区的一处小型池塘水-气界面温室气体(CO_2和CH_4)交换通量.结果表明:1零梯度测试结果显示本套通量-梯度系统测量H_2O、CO_2和CH_4通量的精度分别为7.525 W·m-2、0.022 mg·(m2·s)-1、0.054μg·(m2·s)-1,并且在正常实验观测期间3种气体(H_2O、CO_2和CH_4)的通量值分别有84%、80%和94%的结果高于零梯度测试精度,以上结果可以保证本套通量-梯度系统具有足够的精度测量池塘水-气界面温室气体交换通量;2通量-梯度计算结果表明此小型池塘在夏季为CO_2和CH_4的排放源,其排放通量平均值分别为0.038 mg·(m2·s)-1和0.889μg·(m2·s)-1,其中CH_4排放通量远高于内陆湖泊甲烷排放通量的中值,说明小型池塘的温室气体排放量是估算内陆水体温室气体排放量特别是CH_4排放量中不可忽视的重要量值,本研究结果可为准确估算区域温室气体排放量提供科学参考.     

三峡水库澎溪河水-气界面CO_2与CH_4通量特征及影响因素初探

澎溪河流域是三峡水库典型支流,对水库区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要。2016年5月—2017年2月对澎溪河流域水-气界面CO_2与CH_4通量特征进行监测与分析,采用顶空平衡法结合模型估算法计算表层水体CO_2与CH_4的分压以及水-气界面的交换通量,并运用spearman相关分析法分析了二氧化碳和甲烷的分压和排放通量与其他环境变量之间的相关性。研究发现:澎溪河是温室气体排放"源",表层水体p(CO_2)平均值为(1807.635±315.605)μatm(1μatm=0.101325 Pa,下同),表层水体p(CH_4)平均值为(218.7725±127.9425)μatm;CO_2扩散通量平均值为(32.53±3.86) mmol?m~(-2)?d~(-1),水-气界面CH_4扩散通量平均值为(0.208±0.143) mmol?m~(-2)?d~(-1),通量与分压趋势基本保持一致。通过与世界上典型河流温室气体扩散通量对比,得出澎溪河流域CO_2通量释放量为中等水平,而CH_4扩散通量较小,且CH_4通量与p(CH_4)、水温、pH值显著正相关,而水-气界面CO_2扩散通量与p(CO_2)显著正相关,与DO、pH值、叶绿素a(Chl-a)显著负相关。     

五里峡水库初级生产力对水气界面二氧化碳和甲烷排放速率时空变化的影响

近年来水库温室气体备受关注,为揭示水库水气界面CO_2和CH_4在时间和空间上的变化特征,于2016年7~12月采用静态箱法在五里峡水库对其CO_2和CH_4排放速率进行4次监测,并测试微型光合生物初级生产力等.结果表明,五里峡水库夏季为大气CO_2的汇,变化范围在-30.14~-3.47 mg·(m~2·h)~(-1),秋、冬季均为大气CO_2的源,变化范围在15.57~115.06 mg·(m~2·h)~(-1).甲烷排放速率在夏季变化幅度明显,变化范围在0.08~1.03 mg·(m~2·h)~(-1),而在秋、冬季变化稳定,变化范围在-0.07~0.43 mg·(m~2·h)~(-1).受水库周期性蓄水和排水影响,CO_2和CH_4排放速率在空间上表现为水库消落带和坝尾较低而库区较高的分布格局.此外,CO_2和CH_4排放速率时空变化与微型光合生物初级生产力分别呈显著负相关和正相关(r为-0.477和0.771).这是因为产甲烷菌能够将夏季微型光合生物固定的有机碳转化成CH_4释放到大气中,从而使微型光合生物对水圈CO_2和CH_4循环产生负反馈效应和正反馈效应.因此,本研究结果为进一步评估微型生物对岩溶水体碳循环的贡献提供了理论依据.     

巢湖不同富营养化区域甲烷排放通量与途径

为了更好的认识不同富营养化区域甲烷（CH₄）排放通量及途径的时空异质性,本文以我国典型富营养化浅水湖泊-巢湖为研究对象,设置西北湖湾、西湖心和中湖心3个研究点位,采用漂浮通量箱和经验模型分析等方法对其水-气界面CH₄排放通量与途径进行季节性研究.结果表明水体与沉积物中CH₄溶存浓度、水-气界面CH₄排放通量同水体营养盐水平及叶绿素a含量的空间变化相一致,且均表现为西北湖湾最高,其水体CH₄溶存浓度为（0.178 ±0.002）~（1.123 ±0.026）μmol/L、表层沉积物中CH₄含量为（70.5 ±30.7）~（189 ±97.0）μmol/L、CH₄总排放通量为（50.1 ±2.93）~（1232 ±28.6）μmol/（m²·h）;3个点位的CH₄扩散通量占总排放量的7.3%~42.9%,冒泡通量占57.1%~92.7%,富营养化程度最高的西北湖湾冒泡通量占比最高;CH₄排放通量大小与途径同时受季节变化影响,夏季CH₄冒泡与总排放通量均最高,其中冒泡对总通量的贡献高达98.1%.     

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.     

青海南部高原积雪期与生长季高寒草甸土壤CO2、CH4和N2O通量的观测

以静态箱采集气体和气相色谱分析气体浓度方法,测定分析了青海南部高原积雪期和生长季高寒草甸土壤CO_2、CH_4和N_2O通量.结果表明在积雪集中期的3月3日和4日,积雪深度为9~10 cm时,土壤CO_2通量为1.33 g·(m~2·h)-1、N_2O通量为0.21 mg·(m~2·h)-1、CH_4通量为-0.19 mg·(m~2·h)-1;在积雪末期的4月30日,积雪深度在8~9 cm时,土壤CO_2通量为4.70 g·(m~2·h)~(-1)、N_2O通量为0.24 mg·(m~2·h)-1、CH_4通量为-1.23 mg·(m~2·h)-1;积雪深度小于4 cm时,土壤CO_2和N_2O通量较低或为负值,土壤CH_4通量为负值且绝对值较小.土壤CO_2和N_2O通量与积雪深度呈正相关、土壤CH_4通量与积雪深度呈负相关(P0.05),土壤CO_2与CH_4通量及CH_4与N_2O通量间呈负相关、土壤CO_2与N_2O通量间呈正相关.土壤CO_2和N_2O通量在生长季较高、在积雪末期其次、在积雪集中期较低;土壤CH_4通量为负值,其绝对值在生长季和积雪末期较大.结果说明积雪改变将影响青藏高原高寒草甸土壤温室气体通量.     

生物炭添加对曝气人工湿地脱氮及氧化亚氮释放的影响

尽管增加曝气会提升潜流人工湿地中溶解氧(DO)浓度,改善污染物去除效果,但由于湿地中氧扩散条件差,易引起DO分布不均,导致氧化亚氮(N_2O)的排放.生物炭由于孔隙率大、比表面积大,近年来逐渐被应用于传统湿地系统,实现强化脱氮和温室气体减排.为了探讨生物炭对曝气潜流湿地的影响,本实验在温室内构建曝气生物炭潜流湿地(SW),以常规曝气潜流湿地(CW)作为参照,探究生物炭投加对湿地系统脱氮性能及N_2O排放的影响.结果表明,SW系统曝气段平均DO浓度为2.66 mg·L~(-1),较CW提高了0.42 mg·L~(-1).SW系统平均出水NH_4~+-N和总氮(TN)浓度为0.17 mg·L~(-1)和1.98 mg·L~(-1),去除率分别达到99.5%和95.0%,较CW提高了5.1%和6.9%.生物炭的投加对湿地系统有机物污染去除效果无显著影响(P0.05),出水化学需氧量(COD)稳定在25 mg·L~(-1),去除率达到94.0%.SW系统中N_2O的平均释放速率为0.27 mg·(m~2·h)~(-1),较CW系统降低了70.7%.因此,生物炭投加可作为一种有效的控制手段来强化曝气湿地系统脱氮,实现N_2O气体减排.     

川中丘陵地区冬水田甲烷排放特征研究

以川中丘陵地区典型冬水田为对象,设置了有水稻常规施肥(RF)、无水稻常规施肥(NP)、有水稻无氮肥(NN)3种处理,以静态暗箱-气相色谱法对甲烷(CH_4)排放进行了原位观测.结果表明,RF、NP和NN处理下CH_4排放通量分别为-0.0042~18.29、0.03~16.78和0.10~26.76mg·m~(-2)·h~(-1),平均排放通量分别为10.22、4.25和14.15 mg·m~(-2)·h~(-1)(以每平方米每小时消耗/产生的C量(mg)计),水稻生长季是主要排放期,但休闲季CH_4排放量仍占全年CH_4总排放量的14%.没有水稻处理的CH_4排放量显著低于有水稻处理(p0.01);而不施氮肥处理的CH_4排放量显著高于施肥处理(p0.01).CH_4排放通量与5 cm深土壤温度呈显著正相关(p0.01),随着温度的升高,甲烷排放量呈指数增加.CH_4排放通量与1~4 cm的稻田水深呈显著负相关(p0.01),随着水深的增加,甲烷的排放呈指数迅速下降;而与4~8 cm的稻田水深无相关性,甲烷的排放也变化缓慢.由此表明,土壤温度和水深在很大程度上调控着CH_4的排放.此外,研究结果也显示将冬水田休闲期改为旱作可减少CH_4排放,对环境有利.     

长江口盐沼带湿地生态演替过程中甲烷排放研究

甲烷(CH4)作为河口湿地碳循环的重要中间产物,是大气中仅次于二氧化碳(CO2)的第二大温室气体,其排放清单对于全球气候变暖趋势的预测具有重要意义.因此,本研究采用静态箱-气相色谱技术,针对长江口盐沼带湿地CH4的排放通量展开了为期2年、每月1次的现场观测.研究结果表明,长江口盐沼带湿地持续表现为大气CH4的净排放源,其中,2011年在海三棱藨草覆盖情况下,全年CH4平均排放通量达到了1.00 mg·m-2·h-1,2012年互花米草大规模入侵后,海三棱藨草生物量显著减小,全年CH4排放通量减小为0.55 mg·m-2·h-1.Pearson相关性分析表明,沉积物有机碳含量、光合有效辐射及含水率等均不是影响长江口盐沼带湿地CH4排放的重要环境因子.在2011年,海三棱藨草生物量(p=0.001,r=0.928)、气温(p0.01,r=0.432)均与CH4排放通量呈现显著正相关,全年CH4最大排放通量出现在生物量最大的夏季8月份;2012年随着互花米草的入侵,CH4排放通量在5月份达到了最大值,自5月份之后逐渐减小,互花米草的入侵使长江口中潮滩盐沼带湿地CH4排放通量整体呈现出了下降的趋势.