关键词：
中小河流
二氧化碳
甲烷
时空分布
扩散通量
摘要：
工业革命以来,大气中二氧化碳(CO)和甲烷(CH)等温室气体浓度逐年增加,导致全球气候变暖和海平面上升等一系列环境问题。淡水生态系统是CO、CH的重要排放源,已报道的有关淡水生态系统碳循环研究绝大多数是以中-大型湖泊、水库和河流为对象,占全球河流总长度的90%的中小河流可能是被忽视的CO、CH重要排放源。据初步估算,中小河流分别贡献了全球河流CO和CH排放的72.3%和75.5%。相较于中-大型湖泊、水库和河流,中小河流CO和CH浓度和排放具有更大的时空异质性,总之,中小河流在全球尺度的碳循环的重要性被严重低估。本文以宜昌市6条中小河流为研究对象,开展了不同时间尺度的水体溶解CO和CH浓度监测,旨在阐明研究对象CO和CH浓度时空分布规律,探讨中小河流溶解CO和CH浓度的关键控制因子,为从区域乃至全球尺度上准确估算中小河流水-气界面CO和CH扩散通量研究提供依据,论文的主要认识如下:(1)河水溶解CO和CH浓度昼夜变化采用新型水气分离装置(Fa RAGE)连接温室气体分析仪开展高时间分辨率的溶解CO和CH浓度昼夜监测,同步监测环境因子,揭示了溶解CO和CH浓度昼夜变化规律。结果表明,观测期内河水溶解CO浓度在11.16～113.96μmol·L,平均值为45.74μmol·L,溶解CH浓度在0.005～2.017μmol·L,平均值为0.356μmol·L。河水溶解CO浓度在大部分观测期内表现为昼降夜升的昼夜变化规律,溶解CH浓度仅在部分观测期存在昼降夜升的昼夜变化规律。水温、溶解性有机碳(DOC)是溶解CO浓度昼夜变化的主要控制因子,溶解CH浓度昼夜变化主要受电导率、水温和DOC影响。(2)河水溶解CO和CH浓度季节性时空分布在宜昌市6条中小河流自上游至下游选取102个监测点,进行每季度一次、为期一年的沿程溶解CO和CH浓度监测,同步监测了环境因子,揭示了溶解CO和CH浓度的季节性时空分布特征。结果表明,观测期内河水溶解CO浓度在6.01～258.92μmol·L,平均值为45.91μmol·L,溶解CH浓度在0.002～4.545μmol·L,平均值为0.371μmol·L。河水溶解CO和CH浓度秋季最大,不同河水溶解CO和CH浓度差异明显。河流代谢是溶解CO浓度时空分布的主要控制因子,溶解CH浓度时空分布主要受pH和DOC影响。讨论了土地利用对溶解CO和CH浓度的影响,河水溶解CO和CH浓度表现为建设用地区>耕地区>森林区。(3)河流水-气界面CO和CH扩散通量采用薄边界层法计算了水-气界面CO和CH扩散通量,结果表明,观测期内6条河流CO通量为23.35～4846.05μmol·m·h,平均值为1461.77μmol·m·h,CH通量为0.64～41.17μmol·m·h,平均值为10.64μmol·m·h。用昼夜观测获得的昼夜CO浓度差异系数对CO浓度进行校正后CO扩散通量为26.15～5053.18μmol·m·h,均值为1427.63μmol·m·h。本研究河流水-气界面CO和CH扩散通量与同纬度河流处于同一水平。
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