2016年冬末长江口及邻近海域海气CO2交换特征分析

基于2016年3月对长江口及邻近海域的调查,剖析该海域CO₂分压及相关参数的区域分布特征,估算其海-气界面CO₂的交换通量,并探讨了源/汇分布特征背后的物理机制。研究表明,调查区域海表pCO₂变化范围为321~575 μatm,整体呈现出近岸高、离岸低的分布趋势。至冬季末期,海表pCO₂分布主要受控于低温低盐高pCO₂的河口水与高温高盐低pCO₂的东海陆架水的水团混合影响,水体垂直混合作用对海表pCO₂影响不大。长江口及邻近海域冬季整体表现为大气CO₂的弱汇,通量值为-4.43±7.41 mmol/m2/d。从区域碳汇强度看来,近岸长江冲淡水区近乎与大气保持平衡,黄东海混合水区和台湾暖流区表现为大气CO₂的中/强汇,是冬季末期海洋吸收大气CO₂的主要贡献区域。     

植物净化富营养水体过程中温室气体变化及影响因素初探

本文通过人为添加氮磷模拟水体富营养化,选用常见水生植物设置5个植物净化处理,研究水生植物在净化富营养化水体的过程中,温室气体(CO₂、CH₄、N₂O)的排放特征以及影响因素.结果表明:5个处理的水-气界面CO₂排放通量在19.12～395.19mg/(m²·h)之间,呈现先降后升的变化趋势.5个处理的水-气界面CH₄、N₂O排放通量在0.009～0.96mg/(m²·h)、0.024～6.48mg/(m²·h)之间,均呈现先升后降再升的变化趋势.多元逐步回归方程结果表明,底泥溶解性有机碳(DOC)、底泥氨氮(NH₄⁺-N)、水体pH值、水体溶解氧(DO)、水体叶绿素a(Chl.a)共同影响着水-气界面CO₂、CH₄、N₂O排放通量,其中底泥溶解性有机碳(DOC)对水-气界面CO     

潘家口水库温室气体溶存、排放特征及影响因素

以大型深水水电类水库潘家口水库为例,于2020年春季（5月）、夏季（8月）在研究区设置33个采样点,采用顶空平衡-气相色谱法和经验模型法对水柱温室气体浓度和水-气界面扩散通量进行了观测及估算,并分析了潘家口水库温室气体浓度及通量的主要影响因素.结果表明：春季潘家口水库水-气界面CH₄、CO₂、N₂O平均通量分别为（1.11±1.60）μmol/（m²·h）,（1333.31±546.43）μmol/（m²·h）,（76.65±19.54）nmol/（m²·h）.夏季潘家口水库水-气界面CH₄、CO₂、N₂O平均通量分别为（0.62±1.13）μmol/（m²·h）,（746.08±1152.44）μmol/（m²·h）,（141.18±256.02）nmol/（m²·h）.潘家口水库温室气体排放呈现出大的时空异质性,空间上春季和夏季各温室气体通量均表现为干流大于支流;季节上CH₄与CO₂扩散通量表现为春季大于夏季,而N₂O扩散通量夏季大于春季.统计分析表明CH₄扩散通量主要受电导率、风速等环境因子影响,CO₂扩散通量受风速、pH及DOC影响,N₂O扩散通量主要受水柱NO₃^--N、NO₂^--N的影响.     

闽江河口养虾塘养殖期和非养殖期CO2通量变化特征

为揭示河口区陆基养虾塘从养殖期到非养殖期一年间的CO₂通量变化,以福建省闽江河口鳝鱼滩陆基养虾塘为研究对象,于2016年5月-2017年3月采用悬浮箱/静态箱-气相色谱法对养虾塘养殖期水-大气界面和非养殖期沉积物-大气界面白天CO₂垂直通量进行原位观测.结果表明:①养虾塘在整个研究期间CO₂通量变化范围为-62.87~162.81 mg/（m2·h）,平均值为（42.66±18.12）mg/（m2·h）,总体上表现为大气CO₂的释放源,且呈非养殖期CO₂通量平均值[（78.51±16.61）mg/（m2·h）]显著高于养殖期[（17.98±18.26）mg/（m2·h）]的特征.②养殖期间,养虾塘CO₂通量呈"排放-吸收"交替变化的特征,而非养殖期养虾塘一直是大气CO₂的净排放源.③养虾塘养殖期CO₂通量时间变化特征主要受到ρ（DOC）（DOC为总溶解有机碳）、ρ（SO₄2-）、ρ（Cl-）、盐度、pH、ρ（Chla）（Chla为叶绿素a）的影响,其中,pH和ρ（SO₄2-）是其主要影响因子,而ρ（TDN）（TDN为总溶解氮）、ρ（TDP）（TDP为总溶解磷）、ρ（SO₄2-）对非养殖期CO₂通量时间变化影响较大.研究显示,滨海陆基养殖塘是大气CO₂的重要来源,其排放通量多低于河流、水库等水生生态系统,但高于湖泊生态系统;养殖塘CO₂通量受人为影响明显,其较高的变异性与养殖生物、饲料投放以及浮游藻类有关.      

三峡库区万州段河流水-气界面CO2通量支干流对比及影响机制初探

以三峡库区万州段干流及典型支流澎溪河为研究对象,监测2019年4～9月水华期间水体中CO₂浓度以及12个环境指标,估算水-气界面CO₂通量并进行支干流对比.将12个环境指标分为气候因子、水环境因子、碳源因子、营养因子和沉积物因子,探讨5类因子对CO₂通量的影响途径和贡献率,进一步为控制水库温室气体排放提供数据积累和理论支持.结果表明,监测期间内高阳、黄石和万州平均CO₂通量分别为（1.445±1.739）、（3.118±2.963）和（2.899±1.144）mmol·（m²·h）^-1,表现为:澎溪河支流高阳<干流万州<澎溪河支流黄石.从变化幅度来看,支流水体CO₂通量变幅较大,干流水体变化幅度则相对较小,是较稳定的CO₂"源".长江干流作为陆地向海洋的生源物质运输枢纽,相比其支流碳含量和流速更高,这使得通常情况下干流CO₂通量大于支流.但水文情势的不同使得同一支流不同点位CO<...     

喀斯特城市湖库pCO2及CO2通量空间格局研究

为探索典型喀斯特城市湖库二氧化碳分压（pCO₂）及其交换通量（F）空间格局,以我国贵阳市阿哈湖水库（AHa）、松柏山水库（SBS）、百花湖（BHH）和红枫湖（HFH）为对象,探索了区域气象水文基础数据、碳酸盐平衡参数及环境因子,进而评估表层水体pCO₂及其F空间变化.结果表明,受原位新陈代谢和水文调节,AHa的pCO₂为（861.6±462.8）μatm,显著高于SBS （223.6±213.1）μatm、BHH （139.3±63.6）μatm和HFH （126.2±50.9）μatm （P<0.05）,且各湖库水-气界面二氧化碳（CO₂）交换速率（k值）在（2.05~3.82） cm/h范围内.AHa的F值为（6.23±9.59） mmol/（m²·d）,具有向大气排放CO₂的潜力;SBS、BHH和HFH的F值分别为（-5.86±5.25） mmol/（m²×d）、（-8.63±1.03） mmol/（m²·d）和（-7.58±1.10） mmol/（m²·d）,表现为大气CO₂汇.湖库表层水体pCO₂与环境因子叶绿素a （Chla）和氨氮（NH₄⁺-N）具有显著相关性（P<0.05）,说明喀斯特湖库碳酸盐耦合光合作用和人为输入极大影响了水体CO₂量级.     

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.      

大黑汀水库夏秋季节温室气体赋存及排放特征

以北方典型富营养化水库-大黑汀水库水体为研究对象,在2018年夏季和秋季采用顶空平衡法对其表层35个点位水体溶解的二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）浓度进行测定,并对水库水-气界面扩散通量进行了估算.结果表明夏季和秋季大黑汀水库表层水体的CO₂、CH₄和N₂O整体上均表现为过饱和状态,夏季表层水体CO₂溶存浓度和扩散通量均值分别为（72.75±67.49）μmol/L和（810.62±790.64）μmol/（m²·h）;秋季CO₂溶存浓度和扩散通量均值分别为（394.64±104.13）μmol/L和（4822.81±1250.00）μmol/（m²·h）;夏季CH₄平均浓度和扩散通量分别为（0.19±0.12）μmol/L和（3.04±2.10）μmol/（m²·h）,秋季CH₄平均浓度和扩散通量分别为（0.41±0.26）μmol/L和（5.16±3.23）μmol/（m²·h）;夏季N₂O溶存浓度和扩散通量均值分别为（0.03±0.01）μmol/L和（0.31±0.10）μmol/（m²·h）,秋季N₂O溶存浓度和扩散通量均值分别为（0.03±0.01）μmol/L和（0.25±0.15）μmol/（m²·h）.相关性分析结果表明大黑汀水库夏季表层水体CO₂及N₂O浓度主要受水温、水深和电导率影响,CH₄浓度主要受水深及电导率影响;水库秋季表层水体CO₂溶存浓度主要受水温、水深和TDS影响,CH₄浓度主要受水温、水深和TDS影响,N₂O浓度主要受水深影响.     

不同地质背景水库区夏季水-气界面温室气体交换通量研究

岩溶水库水化学特征受碳酸盐岩溶蚀风化产物所控制,形成"富钙偏碱高溶解无机碳"的特殊环境,其水-气界面温室气体交换特征、过程及影响因素与其他非岩溶水库存在较大差异.为揭示不同地质背景控制下典型水库水-气界面温室气体交换的特征及控制机制,选取广西三座不同地质背景的水库[大龙洞水库(岩溶水库)、五里峡水库(半岩溶水库)、思安江水库(非岩溶水库)],同时运用静态箱法(FC)和模型计算法(TBL)对其水-气界面温室气体(CO2、CH4)交换通量进行比较研究.结果表明:1两种方法获得的结果均显示,大龙洞水库库区和出库水体均为大气CO2、CH4的源;五里峡水库库区总体上为大气CO2的汇、大气CH4的源,其出库水体均为大气CO2、CH4的源;思安江水库库区均为大气CO2的汇、大气CH4的源.2无论是岩溶水库还是非岩溶水库,其出库水体温室气体排放量远大于库区,如何控制水库出库水体的CO2、CH4释放问题值得关注.3在没有大量淹没土壤有机质和植物的情况下,由岩溶地下水补给的水库水-气界面CH4交换通量与其他半岩溶水库和非岩溶水库差别较小,但由于富含DIC水体的输入及受水库热分层的影响,其CO2交换通量要明显高于其他非岩溶水补给的水库.     

东洞庭湖涨水期水域碳汇特征及其影响因素

为了解东洞庭湖水域的碳汇特征,于2022年4月涨水期对东洞庭湖区域进行调查采样,并同步监测关键环境因子.运用垂向归纳模型和薄边界层法分别研究了东洞庭湖涨水期浮游植物的初级生产力以及水-气界面CO₂和CH₄的交换通量,基于碳收支关系计算水域净碳汇通量并分析其影响因素.结果表明:东洞庭湖涨水期水域碳汇能力存在空间差异性,总体表现出碳源的特征.湖区出口、城陵矶、岳阳楼、扁山、鹿角、湖中岛、蝴蝶口、大小西湖、六门闸上游、红星洲净碳汇通量为负值,表现为碳源,通量波动范围为-4.92～-0.17(mmol/(m²·h)),平均值为-1.95mmol/(m²·h);东湖区、六门闸下游净碳汇通量为正值,表现为碳汇,通量波动范围为1.10～2.24(mmol/(m²·h)),平均值为1.67mmol/(m²·h).东洞庭湖水域的净碳汇通量(NPP)主要受CO₂通量(F_CO2)、CO₂分压...     

崇明东滩芦苇湿地温室气体排放通量及其影响因素

通过静态箱-气相色谱法对崇明东滩芦苇群落在生长周期内的3种温室气体——CH₄、N₂O和CO₂的排放、吸收特征进行研究. 结果表明:芦苇群落湿地CH₄排放通量受温度影响较大,夏季排放通量明显高于其他季节,年均排放通量为74.46μg/(m2·h);N₂O年均排放通量为2.22μg/(m2·h),冬季排放通量最大;CO₂的吸收率季节变化明显,年均排放通量为-101.93mg/(m2·h). 温度、芦苇植株光合作用及呼吸作用是影响CH₄产生和排放的主要因素;而沉积物氮素不足和限制,则是促使芦苇群落表现出对N₂O吸收的原因;芦苇的光合作用及土壤呼吸作用随温度和季节的变化是控制芦苇湿地CO₂的排放和吸收的主要因素. 芦苇植株发达的通气组织是CH₄和N₂O由大气向沉积物扩散的通道,同时分子扩散过程也是沉积物产生的CH₄、N₂O和CO₂扩散到大气中的途径和方式.      

贵州三岔河流域平寨水库水化学特征及控制因素

为研究贵州黔中水利枢纽工程水源地平寨水库的水化学特征及成因,利用变异系数、空间插值和因子分析等方法分析研究区2017-2018年40组库水水样测试结果,并探讨了平寨水库水化学特征的时空分布及水化学演化过程的主要控制因素。研究结果表明:1）库水主要的阴阳离子为HCO₃-和Ca2+,水化学类型主要为HCO₃--Ca2+型。2）除SO₄2-和NO₃-外,枯水期离子浓度大于丰水期;空间上,离子浓度整体表现为三岔河干流大于各支流,且水公河浓度最小。3）Gibbs图分析表明,研究区水库水化学特征主要受到岩石风化的影响,因子分析表明,对水库水化学组成的影响程度表现为:水岩作用 > 人类活动 > 大气降水。建议对于黔中水利枢纽水源地平寨水库的保护必须控制生活污水的排放、化肥农药的使用以及加强周边区域工矿企业的管理。     

三峡库区万州段典型干支流水华期CO2通量变化

三峡库区的CO₂排放近年来引起了学界的广泛关注,但水华期间的生物化学作用对CO₂产生和汇集的影响研究并不多见。以三峡库区万州段干流、典型支流(澎溪河)为研究对象,分析水华期间生化过程对水体中CO₂产汇的影响。研究表明：干流、支流CO₂浓度和通量与环境因子、生源物质的相关性存在显著空间差异性;支流水体CO₂浓度与水温、pH、DO呈显著负相关,与DOC、DTP呈显著正相关;水气界面CO₂通量与水温存在显著负相关,与DTP、CO₂浓度显著正相关。干流水体CO₂浓度与pH显著负相关,与DIC、DOC、NH⁺₄-N显著正相关;水气界面CO₂通量与NH⁺₄-N、CO₂浓度显著正相关;高阳、黄石、万州3个点位水气界面CO₂通量与各自表层水体CO₂浓度变化...     

富营养化对城市水体温室气体排放的影响

富营养化是城市水体存在的重要环境问题,城市的河湖生态系统一般都是温室气体重要的源,治理城市水体富营养化和减少温室气体排放是解决城市生态环境问题的迫切需求。为了深刻理解富营养化对城市水体温室气体排放通量的影响,文章通过文献研究和数据再分析,综述了水体富营养化状态下碳、氮、磷等营养盐指标和水质指标对城市水体温室气体总增温潜势和水-气界面温室气体(CO₂、CH₄、N₂O)排放通量的影响。结果表明：城市水体总增温潜势、水-气界面温室气体排放通量与水体碳、氮、磷等营养盐指标呈显著正相关关系,与水体溶解氧、p H呈显著负相关关系。可见,富营养化状态下营养盐的增加会促进城市水体水-气界面温室气体通量排放,说明减污与降碳可以协同增效。     

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%.     

基于TBL模型的闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO2扩散通量估算

扩散模型是估算水生生态系统水-大气界面二氧化碳(CO_2)交换通量的重要手段.选取多种参数化方法对闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO_2气体交换速率(k_x)及CO_2扩散通量进行估算,探讨闽江口围垦养虾塘k_x及CO_2扩散通量的变化特征及影响因素.结果表明:①养殖期水-大气界面CO_2气体交换速率及其扩散通量均呈现显著的时间变化特征,分别表现为10月 9月 11月 7月 8月和11月 7月 8月 9月 10月的变化趋势;②风速、pH、水体CO_2、DOC和叶绿素a(Chl-a)浓度是影响CO_2扩散通量时间变化特征的重要因素;③不同参数化方法计算得出的闽江口养虾塘水-大气界面CO_2扩散通量存在显著差异(P 0. 01),表明模型方法估算养殖塘CO_2扩散通量具有一定不确定性,综合分析认为模型RC01和CW03是估算闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO_2扩散通量较为合适的方法.     

基于TBL模型的闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO_2扩散通量估算

扩散模型是估算水生生态系统水-大气界面二氧化碳(CO2)交换通量的重要手段。选取多种参数化方法对闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO2气体交换速率(kx)及CO2扩散通量进行估算,探讨闽江口围垦养虾塘kx及CO2扩散通量的变化特征及影响因素。结果表明:(1)养殖期水-大气界面CO2气体交换速率及其扩散通量均呈现显著的时间变化特征,分别表现为10月9月11月7月8月和11月7月8月9月10月的变化趋势;(2)风速、p H、水体CO2、DOC和叶绿素a(Chl-a)浓度是影响CO2扩散通量时间变化特征的重要因素;(3)不同参数化方法计算得出的闽江口养虾塘水-大气界面CO2扩散通量存在显著差异(P0.01),表明模型方法估算养殖塘CO2扩散通量具有一定不确定性,综合分析认为模型RC01和CW03是估算闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO2扩散通量较为合适的方法。     

夏季汾河干流溶解无机碳同位素组成及其来源

根据2019年8月对汾河干流水文参数和碳酸盐参数的调查,初步探讨了溶解无机碳（DIC）及同位素值（δ¹³C_DIC）的沿程变化及其影响因素.结果显示,源头水DIC为2756μmol/kg,δ¹³C_DIC为-9.6‰,土壤CO₂输入和碳酸岩化学风化可能是其主要来源;在太原市区上游的水库影响区,较强的初级生产使得水体DIC（平均值为2377μmol/kg）和CO₂分压（pCO₂）（平均值为552μatm）偏低,δ¹³C_DIC（平均值为-5.2‰）偏正,而在市区下游的水坝滞流影响区,城市污水的大量输入和有机物的降解使得DIC（>4900μmol/kg）和pCO₂（>5000μatm）显著升高,δ¹³C_DIC（<-10.3‰）偏负;在流经主要粮食产区的汾河下游,δ¹³C_DIC偏正（~-8.0‰）于源头,可能与C4植被（如玉米）的存在有关.可见,人为干扰已成为影响汾河DIC沿程变化的重要因素,表现为大气CO₂强源的城市下游水坝滞留区在今后需受到更多关注.     

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。     

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。