太湖水-气界面CO_2交换通量观测研究

基于2003—01～2005—06利用静态箱法对太湖水-气界面CO2交换通量的观测，对太湖水一气界面交换通量的变化特征进行了分析研究．结果表明：太湖水-气界面CO2交换通量存在明显的日变化，春、夏、秋、冬4季日平均通量分别为一0．79mg／（m^2·h）、-4．89mg／（m^2·h）、-4．06mg／（m^2·h）和-2．56mg／（m^2·h），太湖均是CO2的汇，一般污染越重的区域，CO2通量值越大，藻型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化不明显，草型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化很明显，夏秋季高，冬春季低．CO2通量变化的可能相关因子还有天气情况、太阳辐射、风速及水温、pH、TA、Chla、TC、TN和TP等。

秋季黄河pCO_2控制因素及水-气界面通量

根据2006年11月1-10日,秋季黄河平水期二氧化碳分压（pCO2）的现场实测数据及相关同步观测资料,对黄河表层水pCO2的分布及其影响因素进行了研究。结果表明：水体pCO2在80-166 Pa,平均值110 Pa,在世界主要河流中属中等偏下水平;空间分布存在较大的不均匀性,中游高于上游和下游。浮游植物的光合作用对pCO2有一定的影响但强度较弱,即使在叶绿素最高值3.58μg/L的包头站pCO2仍达到91 Pa。黄河水体有机物含量较低且继承了陆源有机物难降解的特性,干流和库区EpCO2/AOU的比值为0.14和0.20,远低于生物好氧呼吸作用控制水体pCO2的理论下限0.62,因此,生物好氧呼吸作用对水体pCO2的贡献不大。悬浮物（TSS）含量为3.77-1308mg/L,溶解无机碳（DIC）含量为3.03-4.14 mmol/L,普遍高于世界其它河流且最大值均出现在潼关站;同时水体pCO2与TSS、PIC、DIC含量具有极好的正相关性。因此黄河流域强烈的机械侵蚀和化学风化作用形成的碳酸盐体系是控制水体pCO2的主要因素。利用Wanninkhof提出的淡水水-气交换系数的通量模式估算,黄河水域水-气界面CO2交换速率约为0.229μmol/m^2.s,秋季可向大气释放CO214.5亿moL,相当于8 250 km^2草原或是112 km^2森林一年的固碳量。黄河CO2释放通量与渥太华河相近,但要远小于亚马逊河。

基于南海观测平台的海-气界面CO_2通量研究

利用南海北部的海上综合观测平台,开展了基于涡相关方法的海-气界面CO2通量的长期观测,得到了2010年9月至2012年9月近2年的海-气界面CO2通量数据,结果分析表明,观测平台附近海域全年表现为一个碳汇,年平均值为-0.088 mg m-2s-1,存在明显的季节变化规律,秋冬季节海洋表现为一个强碳汇,春季海洋依然是一个碳汇,但强度明显减弱,而夏季海洋呈现不稳定的源汇变化特征;从日周期特征上看,夜间通量强度较强,白天减弱;进一步的分析表明,海上风和大气稳定性对海-气界面CO2通量有明显的贡献。

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。

北京昆玉河夏季水-气界面CO_2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.m-2.h-1,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-1.24h内水-气界面CO2通量,极大值出现在21:20为12.51mg.m-2.h-1,极小值出现在6:20为-27.18mg.m-2.h-1.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.

北温带干旱地区土壤-大气界面CO_2通量的变化特征

采用箱法对栗钙土、灰钙土、粗骨土和山地灰褐土4种有代表性的干旱土壤表面CO2通量进行观测和研究。结果表明:森林土壤(粗骨土和山地灰褐土)的通量显著大于草原土壤(栗钙土和灰钙土)。干旱区土壤表面CO2通量的平均值为230.05μmol/(m2·h),变化范围为-147.27～2319.55μmol/(m2·h)。不同土壤类型之间存在差异,粗骨土(351.82μmol/(m2·h))>山地灰褐土(347.33μmol/(m2·h))>栗钙土(193.36μmol/(m2·h))>灰钙土(162.37μmol/(m2·h))。土壤表面CO2通量存在季节变化,趋势呈"S"形。9月份最高(516.79μmol/(m2·h)),以土壤向大气释放为主;1月份最低(-7.09μmol/(m2·h)),以大气进入土壤为主;具有春夏秋冬交替规律,与气候变化趋势基本一致,土壤表面CO2通量稍有后滞。全天候土壤表面CO2通量呈"山峰"形变化,04:00最小(154.13μmol/(m2·h)),12:00最大(349.65μmol/(m2·h)),具有昼夜交替规律,比气候日变化稍有滞后。影响土壤表面CO2通量的环境因子有地表空气温度、土壤温度(0～10cm、10～20cm和20～30cm)、土壤含水量(0～10cm、10～20cm和20～30cm);其中,地表空气温度、土壤温度(0～10cm、10～20cm和20～30cm)和土壤含水量(0～10cm)分别与土壤表面CO2通量呈正相关关系,而10～20cm和20～30cm深度的土壤含水量与土壤表面CO2通量呈负相关关系,地表空气相对湿度与土壤表面CO2通量的关系不显著。大气与土壤之间的CO2存在双向转移机制,CO2不仅从土壤向大气转移,而且也从大气向土壤转移,热量在地球表面的差异性分布,导致温带和寒带地区的土壤具有平衡大气CO2浓度的功能,是温带、寒带地区的显著特征。

泥河水库秋季水-气界面CO_2通量日变化特征及影响因子分析

利用静态箱法对泥河水库秋季水-气界面二氧化碳通量值进行连续24h观测,对其变化趋势及影响因素加以分析。结果表明:泥河水库24h均为大气的源,其碳通量均值为24.53mg·m-2.h-1,呈现出双峰值特点。全天源的极大值出现在22∶00为35.57mg·m-2.h-1,源的极小值出现在10∶00为12.57mg·m-2.h-1。在秋季影响水库水-气界面碳通量变化的主要因素是温度、风速、溶解有机碳(DOC)和碱度。秋季泥河水库CO2排放量不是很大,但仍是大气二氧化碳的碳源之一。

澜沧江(云南段)水-气界面氧化亚氮释放通量时空分布特征及其影响因素研究

温室气体浓度上升导致全球气候变暖已成为国际社会关注的焦点。氧化亚氮(N_(2)O)作为痕量温室气体,在全球气候变暖过程中扮演着重要的角色。河流和水库被认为是N_(2)O释放的活跃区域,然而目前研究多集中在对单一河流或水库的监测,对大范围河库系统的N_(2)O研究仍相对欠缺。选取澜沧江(云南段)流域作为考察对象,在2022年4月、8月采用悬浮箱采集24个点位的水-气界面的气体样品,并于实验室通过气象色谱仪检测气样氧化亚氮浓度,探究该流域干支流N_(2)O释放通量的时空分布特征;同时,测定了水体水环境参数,解析其时空差异的环境影响因素。结果表明,1)在时间尺度上,澜沧江(云南段)旱季N_(2)O通量均值低于雨季。旱季N_(2)O通量均值为0.10 mg·m^(-2)·d^(-1),雨季为0.18 mg·m^(-2)·d^(-1),其中旱季干流均值为0.11 mg·m^(-2)·d^(-1),支流为0.05 mg·m^(-2)·d^(-1);雨季干流均值为0.18 mg·m^(-2)·d^(-1),支流为0.15 mg·m^(-2)·d^(-1)。2)在空间尺度上,N_(2)O通量沿程整体呈现释放量递增的趋势。干流N_(2)O通量均值为0.15 mg·m^(-2)·d^(-1),支流为0.10 mg·m^(-2)·d^(-1),干流N_(2)O通量高于支流。水库坝上N_(2)O通量均值为0.02 mg·m^(-2)·d^(-1),坝下为0.31 mg·m^(-2)·d^(-1),水库坝下N_(2)O通量值是坝上的15.5倍,水库发电下泄高速水流加速了水-气界面N_(2)O释放。3)澜沧江水-气界面N_(2)O通量与水温(WT)(r=0.341,P=0.009)、氨氮(NH4^(+))(r=0.384,P=0.004)和流速(r=0.283,P=0.026)呈显著正相关关系,与溶解氧(DO)(r=-0.420,P=0.001)呈显著负相关关系,表明在高WT、低DO、高NH4^(+)和高流速条件下有利于N_(2)O产生与释放。研究结果揭示澜沧江(云南段)河库系统氧化亚氮释放通量时空分布特征以及影响因素,为流域温室气体排放评估提供数据支持和科学依据。

海-气界面气体交换速率和全球海洋CO_2通量的初步研究

在全球气候变暖的背景下,准确估计海-气界面CO_2通量显得非常重要。海-气界面CO_2通量通常利用块体公式,由气体交换速率与大气和海洋的CO_2分压差(ΔpCO_2)的乘积来计算。影响气体交换速率的因素很多,但一般经验性地与风速相联系,其测量方法通常有物质平衡法和涡相关法,后者给出的结果比前者大。基于前人的两类观测数据,提出了一个以风速为函数的气体交换速率新方案。在此基础上,基于最新的SOCATv2(Surface Ocean CO_2Atlas version 2)的ΔpCO_2数据集,计算了1982—2011年海洋对CO_2的净吸收量及其年变化,发现2001年海洋净吸收量存在一个最小值,2001年之后,海洋净吸收量迅速增加,而这一年变化特征主要由ΔpCO_2的年变化特征所决定,风速的影响可以忽略。

夏季金沙江下游水-气界面CO2、CH4通量特征初探

河流是连接大陆和海洋两大碳库的桥梁,在全球碳循环中的作用举足轻重.金沙江作为长江的上游段,对区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要.于2015年8月8-18日对金沙江下游水-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薄边界层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,并分析环境变量与其之间的相关性.研究发现,金沙江下游表层水体p(CO_2)平均值为2724.84±477.18μatm,表层水体p(CH_4)平均值为59.96±6.74μatm;水-气界面CO_2通量平均值为2.24±0.50 mmol/(m2·h),CH_4通量平均值为0.000163±0.00009 mmol/(m2·h),通量与分压趋势基本保持一致.表层水体p(CO_2)与溶解性无机碳浓度、碱度均呈显著正相关,而p(CH_4)与水温、叶绿素a浓度均呈显著正相关,CO_2通量与p(CO_2)、溶解性无机碳浓度、碱度均呈正相关,CH_4通量与p(CH_4)、风速均呈正相关,其他环境因素对通量的影响不明显,仍需进一步研究.金沙江下游水-气界面CH_4扩散通量较低,而CO_2扩散通量在世界主要河流中属于中等水平.

三峡水库香溪河库湾水-气界面N_2O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.

扎龙湿地5月份水-气界面CO2通量

为揭示扎龙湿地5月份水—气界面的CO2通量特征,分析环境因子对CO2通量的影响,试验采用静态箱—气相色谱法于2008年5月对扎龙湿地内的典型水体:扎龙湖、龙湖、克钦湖和东升水库水—气界面的CO2通量进行了测定。结果表明:扎龙湖、龙湖、克钦湖和东升水库CO2通量分别为13.57±3.45、17.86±1.80、18.48±0.83和(18.32±3.59)mg.m-2.h-1,平均为16.79mg.m-2.h-1,与北方温带湖泊水库排放通量相近,但明显低于亚热带和热带地区的湖泊水库。扎龙湿地5月份水生态系统通过水—气界面向大气排放CO2,属于CO2的源。相关分析表明,温度(水温和气温)、水生植物生物量(湿质量和干质量)与水体CO2通量呈显著相关,说明温度和水生植物生物量是引起扎龙湿地内湖泊水库春季水—气界面CO2通量空间差异的主要驱动力;总氮(TN)、总磷(TP)与各采样点CO2通量的相关性不显著。

太湖水—气界面温室气体N_2O日通量变化特征

阐述了最重要的温室效应气体N2O的来源,湖泊中N2O产生机理,监测了太湖水—气界面四季N2O日通量,并分析了N2O日通量变化特征,发现太湖大部分时间是N2O的源,少部分时间是N2O的汇。春、夏、秋、冬四季的平均N2O日通量分别是0.018 mg/(m2.h)、0.065 mg/(m2.h)、0.003 mg/(m2.h)和-0.002 mg/(m2.h)。夏季较高,而春、秋、冬季较低。

铜绿微囊藻生长过程中CO_2通量及其影响因素分析

采用静态箱-气相色谱法对铜绿微囊藻生长过程中水-气界面CO2通量进行18 d连续观测,同时监测表层水体相关指标。实验结果表明:铜绿微囊藻生长过程中表层水体经历了"碳源"到"碳汇",CO2通量值在4天后出现大幅变化且由正转负,水体表现为较强的固碳能力,其最大值出现在第7天,吸收通量为-8.89 mg/(m2·min),实验期间CO2通量均值为-4.1 mg/(m2·min)。利用偏最小二乘回归分析法对各监测数据进行回归分析:CO2通量主要影响因素有比增值速率、氨氮与p H。CO2通量与p H呈负相关关系,CO2通量与氨氮呈现正相关关系,铜绿微囊藻在低氨氮浓度下能够更好地生长。铜绿微囊藻的增值作用是控制CO2通量的关键因素。

大洋海区海-气CO_2通量单参数遥感算法的适用性检验

利用卫星遥感技术的优势,基于LDEO数据库的全球海表二氧化碳分压（PCO2）及海表温度（SST）等实测数据,初步建立东太平洋海区PCO2与SST的单参数经验算法,并采用相同区域的独立实测数据检验.结果表明,单参数算法在寡营养大洋海区具有良好的适用性,反演值与实测值之间的均方根误差（RMS）为0.51 Pa（1 Pa=9.869μatm）,由此估算出2003年6月该海域CO2通量为-1.4 mmol/（m2.d）,与实测估算的碳通量基本相符,能够很好地反映出海区CO2源汇特征.将该遥感算法运用到西大西洋海域（15°~25°N,60°~75°W）,反演值与实测值之间均方根误差（RMS）为0.69 Pa.检验结果表明,在寡营养大洋海区,单参数遥感算法具有一定的适用性,在受相似因子调控的同纬度海区可以使用同一遥感算法.

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。

太湖梅梁湾冬季水-气界面二氧化碳通量日变化观测研究

应用静态箱式法对太湖梅梁湖区冬季(2003年12月23日8:00～26日6:00)的水气界面CO2通量进行了昼夜连续观测,共测得60组数据,分析了梅梁湾湖区CO2通量的冬季日变化规律.结果表明,在光照条件较好,风速较小情况下,白天梅梁湾湖区为CO2的汇,极大值出现在14:00时,其平均CO2通量为-3.01 mg·m-2·h-1;夜间梅梁湾湖区CO2通量值为-0.897～1.006 mg·m-2·h-1,其平均通量为-0.02 mg·m-2·h-1;在阴天、风速较大时,湖区CO2通量日变化与前面有较大差异,表现为CO2的强源,最大CO2通量达到76.53 mg·m-2·h-1.

泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量与其影响因子的相关性分析

利用静态箱-气相色谱法对泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量值进行连续24h观测,对其变化趋势及影响因素加以分析。结果表明:泥河水库24h均为大气CO2的源,其碳通量均值为26.50mg/(m2·h),全天源的极大值出现在1∶00为32.38mg/(m2·h),源的极小值出现在13∶00为20.15mg/(m2·h)。在春季影响泥河水库水-气界面CO2通量变化的主要因素是气温、叶绿素和风速,相关系数分别为0.671、0.625、0.253。结论:水库水-气界面CO2通量的变化是多种因素共同作用的结果,春季水库是大气CO2主要碳源之一。

沉水植物水生态修复工程的水-气界面CO_(2)通量及生态效益研究——以武汉东湖为例

为了探讨沉水植物水生态修复工程实施后是否具有CO_(2)减排效应及工程实施后的生态效益,以武汉市东湖水生态修复工程示范区为研究对象,通过野外调查与室内分析相结合的研究手段,探讨沉水植物修复工程实施后是否存在CO_(2)减排效应,并揭示环境因素如何影响水生态修复区碳减排通量.在此基础之上,根据全国碳市场碳排放配额(CEA)挂牌协议交易成交价对CO_(2)减排效应进行货币化,同时针对水生态修复净化水体营养盐的功能,结合修复区沉水植物对氮、磷营养盐削减的收益,估算沉水植物水生态修复工程的综合生态经济效益.结果显示,沉水植物修复区与未修复区日间水-气界面CO_(2)通量均值分别为-2.139×10^(-3)mg·m^(-2)·h^(-1)和3.316×10^(-3)mg·m^(-2)·h^(-1),沉水植物种植后水气界面CO_(2)通量下降了165%,表明以轮叶黑藻、苦草和金鱼藻为主的沉水植物水生态修复工程具有CO_(2)减排效应.Pearson相关性分析表明,修复区的水体CO_(2)浓度以及沉水植物生物量直接影响水-气界面CO_(2)通量;营养盐浓度(水体总氮和总磷)、水温、透明度和浊度间接影响水-气界面CO_(2)通量.在水生态修复区,沉水植物的光合作用主导了水-气界面CO_(2)通量的变化.估算结果表明,东湖水生态修复工程的年度综合经济效益预计达到44.50万元,该项目的投入产出比约为4.23,相当于降低了23.6%的工程建造成本,本研究从生态系统服务功能的角度扩展了沉水植物水生态修复工程的评价维度,为沉水植物水生态修复工程的发展提供理论指导和技术支撑.

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/(m^2·h),平均值为(42.66±18.12)mg/(m^2·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/(m^2·h)〕显著高于养殖期〔(17.98±18.26)mg/(m^2·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CO 2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(SO4^2-)、ρ(Cl^-)、盐度、pH、ρ(Chla)(Chla为叶绿素a)的影响,其中,pH和ρ(SO4^2-)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(SO4^2-)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.