南宁市南湖湿地秋季水-气界面温室气体(CO_2/CH_4)通量及其影响因子

城市湿地是湿地生态系统碳循环的重要组成部分,研究城市湿地温室气体(CO_2/CH_4)排放特征及其影响因素对区域的碳平衡估算以及控制温室气体排放具有重要的意义。于2019年11月到2020年1月(秋季)利用密闭箱-气相色谱法对南湖湿地水气界面(CO_2/CH_4)通量进行了观测,结果表明,南湖秋季水-气界面CO_2平均通量为-184.73±400.14 mg CO_2/m~2·h,整体为大气CO_2的汇,南湖秋季水-气界面CH_4平均通量为0.96±2.2 mg CH_4/m~2·h,整体为大气CH_4的源。水体溶解性无机碳是影响南湖秋季水气界面CO_2通量最重要的影响因子,溶解性总磷是影响南湖秋季水气界面CH_4通量最重要的影响因子,南湖湿地秋季固定249.96t CO_2当量的含碳温室气体。     

城市水体CO_2和CH_4通量监测的静态箱法与薄边界层模型估算法比较

以城市河流为研究对象,分别运用静态箱法(floating static chamber,FSC)和薄边界层法(the boundary layer equation,BLE)测定并比较研究在低风速下水-气界面24 h内昼夜甲烷(CH_4)和二氧化碳(CO_2)通量变化.结果表明,BLE法计算得出水-气界面的通量要明显高于FSC法测定计算结果.两种方法计算出来水-气界面CO_2通量有较强线性正相关,但两种方法计算的CH_4通量之间无显著的相关;表明影响这两种方法进行估算CH_4和CO_2通量的参数有一定的差异.     

天气状况对富营养化池塘水-气界面冬季二氧化碳通量的影响

为揭示富营养化浅水池塘冬季不同天气状况的昼夜性温室气体通量特征,利用静态浮箱法连续7d监测了宜昌市富营养化池塘冬季水-气界面昼夜性CO_2通量,7d内的天气状况各异,包括晴天、阴天和雨天,能较好的代表冬季池塘通量特征.观测点在7d内的平均CO_2通量为7.09mg·m~(-2)·h~(-1);单日CO_2通量最大为11.26mg·m~(-2)·h~(-1),最小为-3.20mg·m~(-2)·h~(-1).阴雨天CO_2的排放通量为9.76mg·m~(-2)·h~(-1),约是晴天的两倍,且全天CO_2均呈向大气排放状态.晴天时CO_2通量在冬季表现为极弱的排放,3d平均通量约为3.76mg·m~(-2)·h~(-1),白天水体表现为CO_2的汇.在观测期间内CO_2扩散通量昼夜性变化明显,晴天时扩散通量与水温、叶绿素、溶解氧、pH呈显著负相关,与气压呈正相关,水体中的藻类等浮游植物在晴天的光合作用强度大于呼吸作用,导致在白天(10:00~18:00)池塘表现为吸收大气中的CO_2.阴雨天气通量与气温、水温呈负相关,与溶解氧、叶绿素、风速、气压呈显著正相关.不同的天气状况下环境因子昼夜性变化,导致了气体通量的昼夜性变化特征.     

三峡水库香溪河库湾水-气界面N2O通量特征

采用气象色谱-密闭式暗箱法对三峡水库香溪河库湾水-气界面N2O通量进行了为期1年的观测.结果表明,香溪河库湾水-气界面N2O通量呈明显的季节性变化特征,秋末、冬季N2O释放通量高于其他季节,且呈明显的波动状态;夏季和秋季N2O排放水平较低,通量变化范围较小.总体上,香溪河库湾水-气界面N2O全年呈释放状态,但释放通量较小,与加拿大魁北克地区水库N2O释放通量相当.下游A点的释放通量明显高于中游B点,其年平均释放通量分别为0.226mg.m-2.d-1和0.164mg.m-2.d-1.通过对N2O释放通量与环境因子的相关性分析发现,香溪河下游A点的N2O释放通量受气温、水温、pH值等影响显著;而B点的N2O释放通量除与气温相关性较显著外,与其他环境因子的关系不显著.     

三峡水库不同运行工况下中段干流碳源气体释放通量研究

来自陆地大量有机碳源的输入,以及三峡库区调度运行和筑坝蓄水导致CO_2、CH_4等碳源气体的排放成为近来关注的热点。以三峡库区干流中段为研究对象,于2017年8月—2018年11月对忠县(ZX),万州(WZ),涪陵(FL)进行每月采样分析,探求水-气界面CO_2、CH_4通量在水库不同运行工况下的变化特征。研究发现,在观测期间内,ZX采样点CO_2浓度在0.008 6～0.115 3 mmol/L波动,WZ采样点CO_2浓度在0.003 5～0.116 8 mmol/L波动,FL采样点0.006 3～0.098 6 mmol/L,整体上3个采样点的CO_2浓度变化趋于一致,都在库区泄水期运行4—5月CO_2浓度达到峰值,在低水位运行期的6—9月降到最低值。CH_4通量在水库低水位运行期表现为"汇",FL点位在泄水期达到"源"的最大值;3个采样点的CO_2通量在泄水期均表现为"源"的特征,低水位运行期的CO_2通量表现为"源"与"汇"的转换。通过与国外已有水库监测数据比较分析,CO_2扩散通量在全球水库序列中处于中等水平,CH_4扩散通量在全球水库序列中处于中等偏下水平。     

三峡库区干流及库湾支流(朱衣河)夏季CO_2分压及扩散通量

以三峡库区中长江干流及其支流朱衣河作为主要研究对象,于2013年5—7月对该研究区域干支流的CO_2分压进行了研究,并计算出CO_2的扩散通量.研究结果表明,在水体剖面上表层水体CO_2分压最小;随着水深增加,CO_2分压急剧增大,到达10m后才保持稳定.干支流表层水体CO_2分压的分布和扩散通量差异显著.5—7月,干流水体表层CO_2分压为220.8~268.0 Pa,CO_2扩散通量为51.05 mmol·m~(-2)·d~(-1);支流水体表层CO_2分压为14.9~190.3 Pa,3个月的CO_2扩散通量分别为0.42,-0.12和20.83 mmol·m~(-2)·d~(-1).研究结果表明,支流释放的CO_2远小于干流.     

薄边界层法与静态通量箱法估算水-气界面CH_4通量对比

采用薄边界层法与在线测量-静态通量箱法对三峡库区水-气界面温室气体甲烷(CH_4)通量进行比较,得到两种估算方法差异性.结果显示:静态通量箱法结果多数点高于薄边界层法,一般为薄边界层法的1.2~12倍;极少数点薄边界层法高于静态通量箱法.     

含水量对干酪根中多组分气体吸附和扩散的影响：分子模拟研究

应用Materials Studio(MS)软件构建了3种不同含水量(水分子质量分数0%、3%、5%)的干酪根模型,基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)和分子动力学(MD)方法对不同含水量干酪根模型中多组分气体(CH_4、CO_2和N_2)竞争吸附、扩散规律以及吸附体系的总能量变化进行了研究。结果表明:随着干酪根中含水量的增加,纳米孔隙中水分子毛细凝聚效应增强,多组分气体在干酪根中的吸附量及扩散系数均降低。当吸附体系中吸附质分子数增加时,体系释放的能量逐渐增大而总能量减小,增加含水量会抑制体系总能量减小。升高温度会抑制多组分气体的吸附而促进多组分气体的扩散,反之增大压力能够促进多组分气体的吸附而抑制其扩散。由于气体吸附数量与分子动力学直径成反比,在竞争吸附中,CO_2的存在会大幅降低干酪根对CH_4和N_2的吸附。同温同压下,CH_4、CO_2和N_2在含水干酪根中的吸附量以及平均等量吸附热大小关系均为CO_2CH_4N_2,而扩散系数大小关系为CO_2CH_4N_2,扩散活化能的大小关系为CO_2CH_4N_2。研究从微观角度揭示了多相(气相和液相)、多组分气体(CH_4、CO_2和N_2)在页岩干酪根中的竞争吸附和扩散特性,其结论可为页岩气的高效开采提供一定的理论依据。     

海底沉积物中甲烷的来源、消耗与释放通量

海洋是大气甲烷的重要源和汇,开展海底沉积物中甲烷的生物地球化学研究,有助于了解海底甲烷释气作用对CH_4或CO_2在海-气界面释放的贡献。本文综述了海底沉积物中甲烷的来源、消耗与转移的具体过程,以及河口、近岸沉积物-海水界面甲烷的交换通量,并对今后研究工作提出几点建议。     

北京昆玉河夏季水-气界面CO2通量日变化研究

以昆玉河为例,采用LGR-动态通量箱法,对城市河流夏季水-气界面CO2释放通量进行24h连续监测．结果表明,观测点处水-气界面CO2释放通量具有明显的日变化特征．24h内CO2释放通量在-27．18～12．51mg·m1·h1,平均值-7．28mg·m-2·h-1,昼间平均值为-8．81mg·m-2·h-1,夜间平均值为-4．22mg·m-2·h．24h内水-气界面CO2通量,极大值出现在21：20为12．51mg·mq·h-1,极小值出现在6：20为-27．18mg·m1·h～．在夏季城市河流水-气界面CO2通量受到气温、风速、总磷（TP）、总氮（TN）、总碱度（TA）等因素影响,使城市河流成为大气CO2的碳“汇”之一．     

河流梯级开发对乌江中上游水体溶存N_2O释放的影响

当前河流筑坝导致水库释放温室气体N_2O的问题已经引起了世界范围内的广泛关注,梯级开发河流N_2O释放过程和机理的研究有助于准确评估河流N_2O释放水平.本研究选取了乌江中上游梯级开发河段,采集了河水、库区表层水和水库下泄水样进行了相关地球化学分析.结果显示,乌江干流的梯级开发对水化学条件、氮化物以及N_2O的释放产生了显著影响,氮化物受到显著的拦截效应,N_2O在库区附近的释放明显强于河流.N_2O饱和度平均为347%,均表现为大气N_2O的释放源,并受各水库自身库龄、营养状态和有机质等条件的影响.春夏季受水库内部氮的生物地球化学影响,具有较高的N_2O释放水平.温度、酸碱度(pH)和溶解氧(dissolved oxygen,DO)是影响N_2O释放的关键因子,对于库龄较老的乌江渡和东风湖来说,有机碳埋藏和水库营养条件显著促进着N_2O的释放,而氮负荷水平并未表现出显著促进N_2O的释放.硝化作用是河流N_2O产生的主要过程,但是下泄水较高的N_2O含量说明库区底部反硝化作用具有重要的贡献.全年河流水-气界面释放通量平均为0.33μmol·m~(-2)·h~(-1),下泄水的释放通量为0.64μmol·m~(-2)·h~(-1),水库表层水释放通量为0.43μmol·m~(-2)·h~(-1).与世界其他河流相比,乌江中上游干流N_2O的释放水平属中等水平,主要控制因素可能是氮负荷水平和水体水化学条件.然而,下泄水体具有高于河流和库区表层水的释放通量,需要引起重视.     

重庆市城区大气中CO_2和CH_4的浓度特征分析

对重庆地区CH_4和CO_2浓度开展连续3年的监测和数据分析,发现其日变化和季节日变化均具有较强的规律性,其中日变化具有明显的一峰一谷的现象.从季节变化来看,CO_2和CH_4季节浓度变化规律均表现为冬季浓度最大,夏秋季浓度较小且振幅较大的特点,春、夏、秋和冬4个季节的CO_2多年日变化平均振幅分别为13.54×10~(-6)(体积分数,下同),18.38×10~(-6),13.72×10~(-6)和9.75×10~(-6),其主要是受到与OH自由基的光化学作用的影响;而CH_4的4个季节的平均振幅分别为0.32×10~(-6),0.26×10~(-6),0.37×10~(-6),0.21×10~(-6).本文还简单分析了CO_2和CH_4的日变化的相关性,相关系数为0.953 4,两者具有一定的同源性.另外从3年的监测数据来看,重庆城区两种主要温室气体的变化较为稳定,变化幅度较小,振幅仅为0.83×10~(-6).     

不同土地利用类型土壤温室气体排放对温湿度的响应

针对我国南方红壤(江西鹰潭孙家坝小流域)4种不同土地利用类型,在2019年6—10月开展了室内土壤温湿度控制实验,采用温室气体分析仪(Picarro-G2508)结合静态箱法对土壤温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)排放通量进行同步实时监测,以研究全球气候变化背景下不同土地利用类型土壤温室气体排放差异及其对温湿度的响应.结果显示,4种土地利用类型土壤的全球增温潜势(global warming potential,GWP)从高到低依次为稻田、橘园、林地、旱地,表明稻田土壤温室气体排放对全球变暖贡献最大.温控实验中,土壤呼吸(CO_2排放)与土壤温度呈显著正指数相关关系(p0.01),且4种土地利用类型土壤呼吸的温度敏感系数Q_(10)值分别为林地2.61、旱地2.51、橘园3.12、稻田3.17.其中,稻田土壤呼吸的温度敏感度最高,表明稻田土壤具有较高的CO_2排放潜力,而CH_4、N_2O排放与土壤温度的相关性不显著.湿度控制实验中,土壤CO_2排放随土壤湿度增加而先升高后降低,并在土壤湿度20%GWC (gravity water content)时达到最大;稻田土壤CH_4排放与土壤湿度正相关(R~2=0.887 5),但其他3种土地利用类型土壤CH_4排放与土壤湿度不相关;4种土地利用类型土壤N_2O排放通量均随土壤湿度的增加呈先增后减趋势,并在土壤湿度为25%GWC时达到峰值.     

城市河岸带绿地N2O和CH4排放对硝态氮输入的短期响应研究

为了探讨氮输入对城市河岸带绿地温室气体N_2O和CH_4短期排放的影响,采用静态箱-气相色谱法系统测定了不同季节上海市典型城市河岸绿化带草地输入硝酸盐(NO_3~-)后N_2O和CH_4排放通量的短期(3-5d)时间变化特征,并同时测定了气温、光照强度、不同深度地温和土壤的理化性质.结果表明,NO_3~-的输入在短期内可以显著增加春夏秋季N_2O、春夏季CH_4的排放通量,而在其他季节变化不明显;季节是影响N_2O和CH_4排放的主要因素,NO_3~-输入对N_2O排放具有显著影响且可以降低季节影响强度的显著性.在无NO_3~-输入的情况下,N_2O的排放通量和气温、地温相关性不显著,但随着输入量的增加,相关性程度逐渐增强;而CH_4在较低NO_3~-输入量(<3.18g N·m~(-2))下其排放通量和地温不具有显著相关关系(P>0.05),而在较高输入量下,则具有显著的正相关关系(P <0.05),说明NO_3~-输入后短期内地温是影响河岸带绿地温室气体产生的重要的季节性因子,因此探讨氮输入对湿地温室气体排放的影响应考虑其时间变异性.     

注CO2提高页岩气采收率实验研究

注CO_2提高页岩气采收率(CO_2-ESGR)是一种既可以提高CH_4采收率,又可以实现CO_2安全封存的技术,研究CH_4和CO_2在页岩上的动态吸附有助于更好理解CO_2-ESGR的动力学机制.以页岩样品为研究对象,利用高压吸附仪进行了不同温压条件下的吸附动力学实验.结果表明,CH_4和CO_2在页岩上的动态吸附均分为初期的快速吸附和后期的吸附平衡阶段,整个过程中气体的过剩吸附量和吸附速率都随压力增大而增大,随温度升高而减小.温度的升高虽然加快了气体的扩散,但却降低了气体的吸附量,总的结果是降低了气体在页岩上的吸附速率.当压力小于5 MPa时,CO_2在竞争吸附中占据优势,有利于CO_2-ESGR的实施.同时,利用准一级动力学模型计算了吸附速率常数,结果与实验结果相吻合.     

长江营养盐浓度的增加对邻近海区海–气CO_2通量的影响

近50年来,长江溶解无机氮和溶解无机磷营养盐浓度不断增加,对长江口邻近海区生态系统产生影响的同时,也对海–气CO_2通量带来扰动.基于三维的东中国海生态动力–无机碳循环耦合模型,设计敏感性实验,在不考虑营养盐结构变化的前提下,假设长江营养盐浓度各增加50%,,模拟长江营养盐输入增加情景,探究其对长江口邻近海区海–气CO_2通量的影响.结果表明:与参考实验相比,长江营养盐浓度的增加使得夏季长江浅滩大气CO_2向海通量增加,海表可多吸收约68%,的大气CO_2,而冬季长江浅滩和苏北浅滩大气CO_2向海通量减小,即冬季碳汇作用减弱,全年尺度上长江浅滩吸收CO_2的能力增强约6%,.长江营养盐浓度增加所致的生物效应主控长江口邻近海区溶解无机碳的变化,进而对海–气CO_2通量产生影响.     

长江口崇明东滩冬季沉积物水界面营养盐通量

对长江口崇明东滩冬季沉积物中营养盐早期成岩过程和沉积物 水界面营养盐通量及其影响因素进行了研究.其中,高潮滩对各项营养盐均有显著吸收,中潮滩主要表现为对TIN和SiO2-3的释放,低潮滩由于受到局部水动力作用影响,营养盐通量存在较大不确定性.分子扩散作用对沉积物 水界面营养盐通量的贡献不大.由于潮滩对于水体PO3-4浓度的影响能力高于对TIN和SiO2-3的影响能力,潮滩能够在一定程度上促进水体中N/P和Si/P比的增加.     

滏阳河衡水市区段沉积物硝酸盐氮的扩散规律

为解决内源负荷污染问题,对滏阳河衡水市区主城区小漕河沉积物和上覆水的性质进行了分析测试,采用实验室静态模拟法研究了硝酸盐氮的释放规律,并计算了其沉积物-水界面的扩散通量.结果表明:垂向沉积物中C、N、P营养盐随着深度的增加,含量逐渐降低.上覆水呈缺氧状态,有机污染严重,营养盐浓度接近甚至超过地表水环境质量标准Ⅴ类限值,富营养化风险高.不同温度下,表层沉积物硝酸盐的释放先上升再下降,且温度越低,越有利于其释放.温度为5℃时,不同深度沉积物硝酸盐的释放先增加后平缓再逐渐下降,且随着深度的增加,释放强度逐渐减弱.硝酸盐氮释放通量为-0.49mg/(m2·d),总体表现为由上覆水向沉积物扩散.研究结果为滏阳河衡水市区段环境综合整治工程以及子牙河流域水污染防治与水质改善提供数据支持.     

北部湾夏、冬两季异养细菌的水平分布特征及其影响因子

于2006年7月15日-8月7日和2006年12月25日-2007年1月22日对北部湾夏、冬两季水体中异养细菌丰度进行调查,探讨环境网子对异养细菌丰度的影响.结果表明,北部湾夏、冬两季异养细菌平均丰度分别是8.00×103和3.85× 102 mL-1.夏季北部湾北部海域表、中、底3个水层异养细菌丰度均显著高于中部和南部海域(p＜0.05),而冬季北部海域表层水体反而成为异养细菌丰度的低值区(p＜0.05),中层和底层水体中异养细菌丰度分布差异不大.随着离岸距离的增加,夏季水体中异养细菌丰度呈现逐步降低的趋势,而冬季这种趋势不明显.活性硅酸盐(SiO3 -Si)和叶绿素a(Chl a)浓度是影响北部湾夏、冬季异养细菌丰度水平分布的关键环境因子.除此之外,冬季水体中异养细菌的丰度还与温度、盐度和溶解氧(DO)显著相关.     

泥河水库夏季水–气界面甲烷通量日变化研究

为研究东北地区灌溉型水库的甲烷日排放特征,试验采用静态浮箱法于2008年7月测定了泥河水库水–气界面的甲烷通量.结果发现,泥河水库夏季甲烷平均排放通量为13.48 mg/(m2.h);夜间(21:00)甲烷排放最低,日间(5:00和9:00)最高.不同时刻的甲烷通量存在显著差异(P<0.05)2,1:00的甲烷排放通量显著低于5:00和9:00的甲烷通量.泥河水库出水口、库中心和进水口的甲烷通量差异不显著.相关分析表明,甲烷通量与总氮存在显著正相关(P<0.05),与气温、水温、水中总有机碳、水中溶解有机碳、总磷、水深、风速、溶氧等环境因子均未达到显著相关.