大型水库分层期和混合期溶存温室气体空间变化及排放通量

水库作为温室气体的重要来源,对区域气候变化有不可忽略的影响。然而,目前对水库溶存温室气体的空间异质性及垂向特征的认知仍然欠缺。为了揭示水库分层期和混合期溶存温室气体空间特征及排放通量,也为厘清水库温室气体产生和排放的关键过程提供重要支撑。研究选择东北地区大型水库——汤河水库为对象,于2021年79月和10月(分别代表水库分层期和混合期)对水库不同位置(坝前、库中和库尾)开展溶存温室气体垂向分层监测。研究结果显示,水库CH 4排放通量变化范围为0.018~0.174 mmol/(m^(2)·d),是大气CH 4的源,空间分布为库尾>库中>坝前;CO_(2)通量为-4.91~58.77 mmol/(m^(2)·d),除分层期东支库尾,其余点位均表现为大气CO_(2)的源,空间分布为坝前>库中>库尾。时间上,分层期CH 4排放通量(0.071±0.044 mmol/(m^(2)·d))高于混合期((0.027±0.008)mmol/(m^(2)·d));分层期CO_(2)排放通量((5.12±5.50)mmol/(m^(2)·d))明显低于混合期((42.76±16.72)mmol/(m^(2)·d))。水温和径流的变化共同影响CH 4和CO_(2)排放通量。结合水库溶存温室气体垂向分布特征,水库CH 4的生成热区主要在坝前和库尾。分层期的水库溶存CH 4在坝前和库中底层大量累积,原因是等温层的持续缺氧以及上下水层的交换能力限制。与国内其它水库温室气体排放通量对比发现,水库的不同时期(分层期和混合期)、空间位置(坝前、库中和库尾)以及库龄是准确评估水库温室气体排放的关键因素。

河口区域反硝化作用研究进展

反硝化作用是河口区域去除NO3-的重要途径。其产物之一N2O是一种温室效应很强的温室气体。本文综述了河口区域反硝化作用在N元素生物地球化学循环过程中的重要作用,概述了不同测定反硝化速率的方法,并提出了各种方法的优缺点。总结了反硝化作用的影响因素:O2浓度,NO3-,有机质,温度,生物等。在这些因素的影响下,反硝化存在着区域性,季节性以及昼夜性差异。最后,提出了目前研究中存在的不足及发展方向。

顶空平衡-双通道气相色谱法测定海水中溶解态甲烷和氧化亚氮

将顶空平衡法和双通道气相色谱仪相结合,通过优化设计和实验调试,自组装集成建立了可同时测定海水中溶解态甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的新型气相色谱系统及分析方法.实验表明,该系统对CH4和N2O的测定精密度分别优于0.8%和1.0%,准确度分别优于1.5%和1.2%,满足海水中溶解态CH4和N2O浓度监测需求.实际应用表明,本系统运行稳定,数据获取效率更高,运行成本更低.基于本方法,对2013年11月北黄海表层海水中溶解态CH4和N2O开展了观测研究,结果表明该海域表层海水中溶解态CH4和N2O均呈中部海域浓度较低且较均匀,近岸海域浓度较高且变化较剧烈的分布特征.

辽河口海域N_2O分布特征和海气通量研究

于2007年5月份(枯水期)和8月份(丰水期)采集辽河口区域大气样品及水样,应用气相色谱及静态顶空法测定大气及海水中溶解N2O的浓度,并计算不同站位的N2O通量。结果表明:辽河口区域水体中溶解N2O浓度存在着明显的时空变化,5月份河口区域水体中N2O浓度高于8月份,且河流段溶解N2O浓度大于近海岸海域。水中溶解N2O浓度及溶解氧浓度呈显著的负相关关系。在枯水期和丰水期,所有站位的N2O均处于过饱和状态,N2O气体从水体向大气排出,辽河口区域是大气中N2O的一个排放源。

水体低氧的早期暴露对青鳉(Oryzias latipes)后期的生长、性别比和繁殖能力的影响

水体低氧已是全球性生态问题,常以季节性、偶发性和昼夜间等不同形式存在于不同的水体中。长期低氧可影响鱼类正常的生长和繁殖,但鱼类早期生活阶段暴露于不同形式的低氧后,后期的生长和繁殖是否会受到不利影响,目前研究甚少。本研究在实验室模拟了连续低氧(2.8 mg·L^(-1)DO)(H1)、昼夜低氧(H2)和发生在胚胎器官形成时期的偶发性低氧(H3)等3种情景对青鳉胚胎的发育影响,评估了这一早期暴露对青鳉后期的生长、存活和繁殖的影响。我们发现,3种低氧方式都可以显著延长青鳉胚胎的孵化周期,引起胚胎卵黄囊吸收和鱼鳔发育异常;暴露结束120 d后,H1组青鳉成鱼的畸形率显著升高、存活率和生长速度都显著下降;H1、H2和H3组中成鱼的雌雄比都发生了改变,鱼群中以雄鱼为主,且产卵量和受精率都显著下降。结果表明,鱼类早期胚胎发育阶段所受到的低氧暴露可对后期生长和繁殖产生不利影响,对子代补充和种群稳定产生重要影响;鱼类关键发育期所经历的低氧事件,以及昼夜低氧事件所产生的生态后果不容忽视。

海洋酸化背景下海水pH值测定技术的发展和优化

海水pH值直接指征海洋酸化程度,是对生物地球化学循环具有重要意义的海水碳酸盐体系进行定量描述的重要指标之一。文章概述pH值的定义及其发展,解析不同pH标度的换算和选取;详述采用电极电位法和分光光度法测定海水pH值的原理和特点;根据目前国际海洋酸化监测和研究的新要求以及我国近海海域海洋酸化形势,提出我国现行标准存在的问题,基于此提出全程恒温测样和从NIST标度向总氢离子浓度标度转化的优化建议,以提高我国海水pH值测定的准确度。

我国海洋碳汇建设现状、问题及建议

碳达峰、碳中和目标提出后,我国海洋碳汇建设面临新的机遇和挑战。本文梳理了近年来我国海洋碳汇建设进展,归纳总结了学界对海洋碳汇建设的主要关切,结合党的十九届五中全会“坚持系统观念”的精神,指出我国海洋碳汇建设需要重点解决谁来建设、建设什么、怎么建设的问题。针对谁来建设,建议依托国家海洋碳汇监测调查评估网和数据中心,在国家层面进一步明确协作机制并凝聚各方力量;针对建设什么,提出在统筹多种类型海洋碳汇建设的基础上重点建设二氧化碳海底地质封存工程,提升海洋碳汇;针对怎么建设,提出协同推进海洋生态环境保护修复、海洋碳汇建设和碳排放权交易市场建设。

渤海夏季底层氧亏损分布的年际差异分析

通过2014年和2019年观测资料分析了渤海夏季底层水体氧亏损空间分布的年际差异,同时首次揭示了黄河口东侧莱州湾口区域的氧亏损现象,并利用三维物理生态耦合模式ROMS-CoSiNE探究了氧亏损分布年际差异的影响因素。2014年秦皇岛外氧亏损区(以溶解氧(dissolved oxygen,DO)饱和度小于70%为统计范围)主要向东扩展,而2019年则向东南向扩展;2014年黄河口外氧亏损区主要位于浅滩西南侧的深水洼地,而2019年则从浅滩西侧洼地延伸至黄河口外及莱州湾口区域。通过估算跃层存在期间底层水体的氧收支,得到垂向扩散和生物耗氧分别是底层DO浓度变化的主要源和汇。2014年和2019年秦皇岛外氧亏损空间分布的年际差异,与垂向扩散的差异有关,垂向扩散较弱的区域DO降低速率及降低量较大,氧亏损较强。2019年莱州湾口区域氧亏损与垂向扩散及跃层持续时间有关,较强的黄河径流与南风,有利于冲淡水的扩散,使得莱州湾口区域的跃层强度较大,垂向扩散较弱,DO降低速率较大,跃层持续时间较长,氧亏损强于2014年。此外,2014年秦皇岛外区域和黄河口外洼地区域DO较低也主要是由2014年跃层持续较长导致,表明跃层持续时间是影响氧亏损年际差异的重要因素。本文中氧亏损年际差异的分析结果,可为将来渤海底层DO季节预测提供参考,具有一定的指导意义。

福岛第一核电站事故及核污水排海进入中国海路径及其影响

自2011年3月日本福岛第一核电站事故发生以来,其对中国海的影响一直备受国内高度关注。基于近10年的研究成果,本文综述了福岛第一核电站事故释放的放射性核素进入中国海的海洋传输路径主要为表层环流和模态水(亚热带模态水和中央模态水),经表层环流和模态水到达中国海的时间尺度分别在10—15年和2—3年之间。对比分析福岛第一核电站事故前后可知:南海^(137)Cs活度持平,黄海^(137)Cs活度稍有降低,但东海^(137)Cs活度有所升高。鉴于目前有限的监测站位和短期的观测时间,福岛第一核电站事故对中国海的影响程度大小还有待于长期监测和进一步的评估。同时针对日本政府宣布福岛第一核电站核污水排海计划,分析了其潜在的风险和指出了未来的研究方向。

海底地下水排放对胶州湾碳酸盐系统的影响

海底地下水排放(submarine groundwater discharge,SGD)是陆地与海洋之间无机碳(DIC)、总碱度(TA)输送的重要途径,但是关于SGD在近海碳酸盐系统中的作用特别是对pH的影响,认识还十分有限。本文通过2021年1月和2021年4月胶州湾两个航次调查,结合7次不同季节地下水、污水处理厂的野外调查采样,评估了春季胶州湾SGD的流量及其输送的DIC和TA通量,探讨了SGD输入对胶州湾DIC收支及水体酸化的影响。研究结果表明,SGD的DIC、TA平均浓度为(5696±3528)μmol/kg和(4981±3359)μmol/kg,是胶州湾水体平均浓度的两倍左右。春季胶州湾SGD流量为(0.73±0.12)×10^(7)m^(3)/d, SGD输送的DIC和TA通量分别为(2.54±0.41)×10^(7)mol/d和(2.12±0.36)×10^(7)mol/d。SGD是胶州湾水体DIC的重要来源之一,其输送通量比污水高一个数量级。胶州湾SGD具有高DIC、低pH[平均值(7.09±0.46)]的特征,其输入会降低胶州湾海水的缓冲能力和pH。通过端元混合模型评估可得,陆源地下淡水(submarine fresh groundwater discharge,SFGD)输入会使胶州湾pH降低0.001~0.035,加剧胶州湾酸化。SGD是胶州湾DIC收支的重要组成部分,同时对近海酸化和海水缓冲能力的调节具有不可忽视的作用。

2011年夏季渤海西北部、北部近岸海域的底层耗氧与酸化

于2011年6月下旬和8月下旬调查了渤海中央海区.6月份渤海所有测站底层溶解氧都超过7.0mg/L,饱和度为85%～115%,pH为7.82～8.04.而到了8月份,在渤海西北部、北部近岸水深20～35m的带状区域内出现底层溶氧显著下降并且酸化的现象.溶解氧最低值为渤海北部近岸的3.3～3.6mg/L,只有6月份的44%～47%;相应pH为7.64～7.68,比6月份低0.16～0.20.表观耗氧速率最高和pH降幅最大的测站都出现在渤海西北部近岸海域,累积溶解氧下降5.6mg/L,pH降幅则高达0.29,相当于总氢离子浓度升高1倍.简化的碳酸盐体系与耗氧量耦合分析表明,渤海西北部、北部近岸海域夏季底层低氧以及酸化环境的形成,与赤潮或者周边养殖业产生的生源颗粒在底层水体矿化分解,以及季节性层化现象阻滞海-气交换等因素密切相关.这样严酷并且剧变的水化学条件,是2011年夏季在渤海西北部、北部近岸海域发生海洋生态灾害事件的重要环境背景.

辽河口沉积物中硝化细菌数量的时空变化分析

采用MPN-Griess和MPN-PCR两种方法，于2007年春季（5月份）、夏季（8月份）和秋季（11月份）分3个航次，对辽河口区域沉积物中的硝化细菌进行了计数，并对硝化细菌在时间和空间上的分布进行了定量分析。结果表明，MPN—PCR方法要灵敏于MPN-Griess方法10—100倍，且重复性好，能够更快速、更准确的测定硝化细菌的数量；辽河口沉积物中硝化细菌的数量有明显的季节差异，分布趋势为春季最高、夏季最低；空间水平分布趋势为：从河口上游至深海区，硝化细菌数量逐渐降低。说明硝化细菌数量的时空分布与环境温度和沉积物中N的含量有关。

碱蓬湿地CH_4排放通量及影响因素研究

2008年4月至10月,以辽河口碱蓬湿地为研究区域,采用静态箱—气相色谱法对CH4排放通量进行了原位测定,分析了碱蓬湿地CH4排放通量的季节变化特征,同时研究了地表温度、土壤有机质含量及碱蓬的地上生物量对排放通量的影响。结果表明,碱蓬湿地是CH4的排放源,CH4排放呈单峰型变化趋势,7月排放通量最大为55.29μg/(m2.h)。CH4排放通量与土壤温度、土壤有机质含量及碱蓬地上生物量密切相关。CH4排放通量与地表温度之间呈显著的指数相关关系;土壤有机质含量及碱蓬地上生物量的变化与CH4排放通量的季节变化呈二次正相关关系。

光腔衰荡光谱法走航连续观测海表大气中CH_4

以基于高精度光腔衰荡光谱法(Cavity Ring-Down Spectroscopy,CRDS)的Picarro G2301型分析仪为核心,自主设计、组装,建立了适用于船载走航连续观测大气CH4的系统.采用可溯源至世界气象组织全球大气观测网(WMO-GAW)的标准气序列开展多次测试,并建立了外标法线性校正方程.测试表明,该系统对CH4响应精密度优于0.5×10-9,准确度优于0.1%,5个月内漂移小于0.3×10-9.同时,结合船载走航连续观测的特点,优化建立了观测数据处理与质量控制方法,以保证所获数据的高质量和国际可比性.分别于2011年7月和2012年5月,率先在北黄海及渤海海峡区域开展了海表大气CH4的走航连续观测.实践证明,该系统操作简便,运行稳定,适用于船载走航连续海表大气CH4的研究,可获取高精度高时空分辨的观测数据.其中,2011年7月观测到的CH4浓度范围为1823.8×10-9～2020.7×10-9,2012年5月为1887.2×10-9～2136.2×10-9,均呈渤海海峡区域浓度高,北黄海中部区域浓度低的分布特征.

大连湾表层海水CO_2、CH_4和N_2O的分布及海-气交换通量

根据2009和2010年两个航次对大连湾进行的大面调查,测定了不同季节表层海水中CO2分压、CH4和N2O的水平分布。结果表明,大连湾表层海水pCO2的季节变化不大,秋冬两季表层海水pCO2范围分别为44.00-51.55 Pa和35.45-56.21 Pa,统计平均值分别为47.77 Pa和40.05 Pa;大连湾表层海水中溶解CH4浓度的季节变化不大,但其饱和度差异明显,秋季远高于冬季;海水中溶解N2O饱和度的季节变化不大,浓度变化较显著,冬季远高于秋季。利用Liss和Merlivat公式和Wanninkhof公式分别估算了大连湾秋冬2个季节三者的海-气交换通量,结果表明秋季大连湾为大气CO2、CH4和N2O的源区,而冬季大连湾主要为大气CO2的汇区,是大气CH4和N2O的源区。

夏季环渤海主要入海河流溶解无机碳分布及入海通量估算

河口是连接陆地和海洋的关键通道,每年地表径流通过河口向陆架边缘海输入大量溶解无机碳,导致其碳源汇格局发生改变。本文分析了渤海夏季28条入海河流关键碳循环参数分布特征,估算了主要入海河流夏季溶解无机碳直接输入通量,莱州湾、辽东湾及渤海湾的溶解无机碳直接输入通量分别为0.66 TgC、0.44 TgC、0.17 TgC,直接汇入莱州湾的溶解无机碳通量超过50%,主要贡献来自黄河,另外,汇入辽东湾的大辽河及双台子河贡献了渤海河流溶解无机碳直接输入通量的20%。