香溪河庫灣甲烷釋放通量及消耗機制.pdf

1、全球變暖已成為人類共同關(guān)注的熱點話題，為了遏制氣候的持續(xù)變暖，世界各國簽訂了一系列關(guān)于氣候變化的重要文件，并制定了溫室氣體減排目標(biāo)。對于我國，水電是可供大規(guī)模開發(fā)利用的能源，因此水電是否具有清潔能源屬性，關(guān)系到我國減排目標(biāo)的順利實現(xiàn)。
　　三峽水庫是世界上最大的水利樞紐工程，其清潔能源等級備受國內(nèi)外關(guān)注。香溪河是三峽水庫庫首的第一大支流，以其為代表開展甲烷氣體通量的原位觀測和甲烷消耗過程研究，對于厘清三峽水庫甲烷氣體的釋放特征具有

2、重要意義。
　　本文以三峽水庫香溪河庫灣為研究對象，于2015年12月～2016年11月對香溪河庫灣不同監(jiān)測斷面水-氣界面開展每月1次的CH4通量原位觀測，同步監(jiān)測水體及大氣環(huán)境因子，并在不同季節(jié)對香溪河庫灣水體進行分層采樣，監(jiān)測水柱甲烷消耗速率；在室內(nèi)進行了沉積物有機質(zhì)礦化速率與表層沉積物中甲烷氧化速率模擬實驗。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果的分析，明確了香溪河庫灣水-氣界面CH4通量特征，揭示了影響水-氣界面CH4的因素，闡明了不同季節(jié)水

3、柱和沉積物中甲烷的消耗量，為正確認(rèn)識水庫中甲烷的消耗過程和釋放特征提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，豐富水庫溫室氣體的研究案例，也可為其他水庫的研究提供借鑒經(jīng)驗。
　　本論文的研究內(nèi)容和結(jié)論主要包括：
　?。?）對香溪河庫灣水-氣界面CH4通量和環(huán)境因子月變化進行分析發(fā)現(xiàn)，從年內(nèi)角度來看CH4通量隨季節(jié)變化明顯。河口XX00斷面秋季釋放通量相對其他季節(jié)較低，全年表現(xiàn)為大氣甲烷的源；下游XX03斷面甲烷釋放通量春季明顯高于其他季節(jié)，2016年5月

4、甲烷釋放量達(dá)最高；中游XX06斷面春、夏季節(jié)釋放量明顯高于秋、冬季節(jié)，2016年5月甲烷釋放量最大。香溪河庫灣甲烷釋放通量在不同采樣點之間具有一致性，中游XX06斷面和下游XX03斷面甲烷通量呈顯著的正相關(guān)（r=0.879，P＜0.01），河口XX00斷面通量受長江干流水體和船舶的影響，與其他斷面之間呈弱的正相關(guān)。
　　香溪河庫灣各環(huán)境因子具有明顯的月變化特征，受季節(jié)和長江干流水體影響顯著。對各環(huán)境因子進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，氣溫、水

5、溫、氣壓、pH和溶解氧之間關(guān)系比較密切，氣溫與水溫呈正相關(guān)，與氣壓、風(fēng)速、pH、溶解氧之間呈負(fù)相關(guān)。各環(huán)境因子之間的相互關(guān)系和相關(guān)性顯著水平隨著采樣斷面、采樣時間、統(tǒng)計尺度的變化而變化，并不是一成不變的。
　　（2）與其他水庫/湖泊CH4通量結(jié)果相比，香溪河庫灣CH4釋放通量處于較低水平，CH4通量在-0.052～3.371mg·m-2·h-1，小于溫帶水庫，遠(yuǎn)小于熱帶水庫，和寒帶水庫相當(dāng)?shù)钟兴煌?；與我國湖泊相比，香溪河庫灣C

6、H4釋放通量變化范圍顯著低于八大湖泊。
　?。?）香溪河庫灣水-氣界面CH4通量與溫度、氣壓、風(fēng)速、pH等存在一定的相關(guān)性，但相關(guān)性不明顯。不同監(jiān)測斷面，不同監(jiān)測時段，影響CH4釋放的主導(dǎo)因子存在明顯的差異，同一因子在不同時段、不同地域?qū)H4通量的影響也不同，有時甚至?xí)a(chǎn)生相反的影響，CH4通量是眾多環(huán)境因子共同作用的結(jié)果。
　?。?）水柱中CH4的垂向變化基本呈從底層至表層逐漸降低的趨勢，水體中溶解甲烷濃度表現(xiàn)為春、夏季

7、高于秋、冬季，春季溶解甲烷濃度為0.080～0.201μmol·L-1，夏季最高為0.149～0.236μmol·L-1，秋季和冬季較低，分別為0.032～0.066μmol·L-1，0.030～0.051μmol·L-1。甲烷的垂向分布受水溫、pH、水深、溶解氧的影響比較明顯，相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，水體中甲烷濃度與深度呈顯著正相關(guān)，除冬季之外，與水溫、溶解氧和pH呈負(fù)相關(guān)。
　?。?）香溪河庫灣由沉積物擴散進入底層水體的甲烷平均約86

8、％在水柱中被消耗，且消耗量受水深的影響比較明顯，呈顯著的季節(jié)性變化，其中水柱中甲烷的消耗量秋季最大，0.733mg·m-2·h-1，其次為冬季0.619mg·m-2·h-1，夏季最小0.451mg·m-2·h-1，春季（0.585mg·m-2·h-1）略高于夏季。底層水體中甲烷氧化速率明顯高于表層水體，不同季節(jié)下水柱中甲烷氧化速率變化趨勢存在明顯的差異，甲烷氧化速率介于24.0～93.6nmol·L-1·d-1。水體中甲烷氧化速率與溶解

9、甲烷濃度呈正相關(guān)，與水溫、pH和溶解氧呈負(fù)相關(guān)。
　?。?）沉積物中甲烷的產(chǎn)生受溫度影響比較明顯，與溶解氧之間關(guān)系較為復(fù)雜，其中沉積物溫度為15℃時，甲烷產(chǎn)生速率為0.48μmol·L-1·h-1，25℃時甲烷產(chǎn)生速率為0.67μmol·L-1·h-1，在一定溫度范圍內(nèi)甲烷的產(chǎn)生量隨著溫度的升高而增加。25℃時，通過向沉積物中添加甲烷氧化抑制劑發(fā)現(xiàn)甲烷產(chǎn)生速率有明顯的增加，為2.38μmol·L-1·h-1，即沉積物中甲烷消耗速率