漂浮通量箱法和扩散模型法测定内陆水体CH_4和N_2O排放通量的初步比较研究

采用漂浮通量箱法和扩散模型法同步地观测了模拟内陆水体在不同条件下的 CH4和 N2O 的水-气交换通量，旨在比较两类方法取得结果的异同。结果显示：这两类方法所测得的绝大多数CH4排放通量都与水中溶解氧呈显著线性负相关（显著性系数P＜0.001）。同时N2O排放通量与表层水温及水中铵态氮、硝态氮、溶解碳和溶解氧的关系可用包含所有上述水环境因素的 Arrhenius 动力学方程来表达，这些因素可以共同解释86%～90%的N2O通量变化（P＜0.0001），且不同方法测定的N2O通量的表观活化能和对表层水温的敏感系数分别介于47～59 kJ mol^-1和1.92～2.27之间；扩散模型法所获得的CH4和N2O通量分别是箱法测定值的13%～175%和15%～240％，差异程度因模型而异；不同模型取得通量间相差20%～1200％，平均相差2.3倍。上述结果表明：仅用一种模型方法来取得CH4或N2O排放通量易形成较大偏差；不同扩散模型法和箱法测定的通量在反映CH4和N2O排放的内在规律方面具有一致性，但它们对真实气体通量的测量是否都存在不同程度的系统误差，尚需进一步研究。

用于测定陆地生态系统与大气间CO_2交换通量的多通道全自动通量箱系统

陆地生态系统与大气间CO2交换是全球碳循环的最重要组成部分,科学地测定其CO2交换通量一直是陆地生态系统碳循环研究的核心工作之一。提高观测的效率和减少观测对自然的干扰,是科学精确地估算区域和全球尺度上的陆地生态系统与大气间CO2交换量的关键。在参考国内外已有的陆地生态系统与大气间CO2交换通量箱式法观测技术的基础上,发展了一套多通道全自动通量箱系统用来连续观测陆地生态系统或土壤与大气间的CO2交换通量。在黄土高原中国科学院长武农业生态试验站的麦田和苹果园中进行了系统测试,结果表明,该系统不但能够实现自动、连续、多点观测,而且对自然环境的影响比较小,在田间的实验观测中,该系统运行稳定,能够比较客观地得到陆地生态系统与大气间的CO2交换通量。

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.

适用于冰雪条件下的通量箱设计及野外实验

基于汞污染物特征,介绍了地气界面间汞交换通量研究现状,详细阐述了目前广为使用的通量箱法的优缺点,在分析讨论箱体法过程的基础上,结合冰雪条件应用和本科教学创新实验的目标,对传统箱体法提出了若干改良设计,并初步探索了应用改良箱体法进行冬季研究的主要内容,本研究是本科生教学实验改革与创新的有益尝试。

夏季红枫湖地区农田土壤—大气界面汞交换通量的初步研究

采用动力学通量箱法(DynamicFluxChamber)与高时间分辨率大气测汞仪联用技术对贵州红枫湖地区土壤-大气界面间汞交换通量进行了初步研究。结果显示,红枫湖地区土壤-大气界面间汞交换通量变化范围为-8 6ng215 3ng·m-2·h-1,平均27 4±40 1ng/m2·h(n=255);且土壤与大气界面间的汞交换是双向的:既有土壤汞的释放,又有大气汞的沉降,主要以土壤汞的释放为主(n释放=253,n沉降=2n)。土壤汞的释放通量与土壤温度、气温、光照强度有强相关关系,相关系数分别为0 80、0 83、0 74。

持续性降水气象条件下土壤/大气间汞通量特征

为研究自然条件下地表大气间汞交换通量特征及其影响因素,2012年4月22～25日在位于松花江上游的夹皮沟金矿,使用动态通量箱法(dynamic flux chamber,DFC)与汞分析仪(LUMEX Zeeman RA915+)联用技术测定了在持续性降雨气象条件控制下矿区土壤大气间汞交换通量,同步测定了近地面垂向0～150cm范围内大气汞浓度以及太阳辐射强度和大气温湿度,并分析了汞交换通量与降水条件下气象因子间相关关系.结果表明:在持续性降雨条件控制下,地表大气间的汞交换通量表现为沉降与释放过程连续交替出现特征,这与晴朗天气条件下日型汞通量单峰结构明显不同.降水间歇期土壤大气间汞交换通量在坡耕农田采样点依次为(-2.08±6.11)、(-6.16±33.57)、(-3.20±8.64)和(5.06±18.80)ng/(m2.h);在谷底漫滩采样点依次为(-5.21±6.42)、(3.87±28.12)、(-11.87±14.10)和(-9.44±12.23)ng/(m2.h).在局地范围内,地形条件差异影响不同地表和近地面大气系统能量收支,并使近地面大气汞浓度和气象因子发生变化,进而影响地表大气间汞交换通量过程和水平.持续性降水条件下,地表和大气间汞交换通量与太阳辐射强度和大气湿度间具有较为明显的正线性相关关系,与大气汞浓度和大气温度间无明显线性相关关系.

准好氧填埋场作业台阶表面CH_4气体的释放通量研究

采用静态通量箱/气相色谱法对河北某准好氧填埋场不同填埋龄作业台阶表面CH4气体的释放通量进行了测定。结果表明,准好氧填埋场作业台阶表面CH4气体的释放通量存在较大差异,其最大值和最小值分别为215.51和0.13g/(m2.d)。各填埋作业区中越靠近导气管的区域CH4气体释放量越大,而相同填埋作业区上午、中午和下午释放的CH4气体通量差异相对较小,但呈下午>中午>上午的趋势。填埋龄为8,12,16和20个月的各填埋作业区中CH4气体的平均释放通量分别为4.79,21.15,81.04和7.44g/(m2.d),并随着填埋龄的增加呈先增加后降低的趋势,在填埋16个月左右达到其释放高峰。此外,准好氧填埋场不同填埋龄作业区表面的CH4气体释放通量随着距离导气管距离的增加呈指数函数递减。

基于“雪/气间汞通量测定”的本科教学实验设计与实践

以研究性实验"雪/气间汞通量测定"教学方案设计为例,探索了将科研实验转化为教学实验的途径,即通过"教师+本科生"科研团队形式,让学生历经文献、选题、监测、数据分析、讨论,终至结论的全程训练,以科学问题研究为导向,寓"教"于"研"。研究表明,本案具有积极的教学示范意义,若能平衡诸如实验成本、仪器工况、实验时间等限制因素,案例则将极具推广价值。

贵州红枫湖水面挥发性汞释放通量的测定

应用通量箱方法研究Hg在贵州红枫湖水表面挥发性汞的释放通量 .当水温在 2 0 - 2 4℃时 ,湖面汞的释放量在 89- 196ng/ (h·m2 )之间 .汞的释放通量白天达到最大值 ,而夜间降到最小 ,湖泊表面挥发性汞的释放通量均具有显著的昼夜变化规律 ,湖面汞的流通量与太阳辐射相关 ,与底泥中汞含量也明显相关 .

贵阳市生活垃圾卫生填埋场汞的地气交换特征初步研究

城市生活垃圾填埋场是日常生活中许多含汞物质的最终归宿地,这些含汞物质有可能通过"再挥发"途径进入大气,从而增加大气的汞负荷。为了研究垃圾填埋场汞的释放强度,2003年11月底我们用配备有自动测汞仪的动力学通量箱法,对贵阳市的一个垃圾卫生填埋场进行了汞通量测定。结果发现无论是半年期的垃圾还是覆土,汞的释放均具有明显的日变化规律,即白昼明显大于夜晚。半年垃圾和覆土的平均汞释放强度分别为502.4和55.2ng(Hg)·m-2·h-1,远高于国内外背景区的通量值,说明垃圾填埋场已成为一个潜在的大气汞人为释放源。基质中汞含量的差异是造成通量差异的主要因素,而采取覆土措施则可大大减少汞向大气的排放。天气晴朗时光照强度与汞的释放关系密切,是促进气态汞形成的主要驱动力;阴雨初期,降雨则在一定程度上增加了汞的排放。

含汞原料中汞挥发速率的测试方法研究

以PVC行业废汞触媒、糊式锌锰电池浆液、含汞锌膏为原料,采用动力通量箱法测试其挥发速率,研究了最佳试验操作条件。结果表明:通量箱气体流速在0.5 L/min以下,采用两级大型气泡吸收管吸收挥发汞时效率可达99%以上,增加1次空白测量可测得通量箱壁汞吸附量。

基于传感器的CO_(2)检测仪在水库CO_(2)通量检测中的应用

在自然水体水-气界面二氧化碳(CO_(2))通量的测定中常用的CO_(2)检测仪器是基于长光路红外吸收法,仪器质量和体积偏大且价格高昂。为了降低研究成本,减小检测设备的质量和体积,将1种基于非分散红外(non-dispersive infrared,NDIR)原理的CO_(2)传感器部署在通量箱中,搭建了1套低成本CO_(2)检测仪器,并与原位检测对比实验。结果表明:低成本CO_(2)检测仪的CO_(2)体积分数检测结果相比参比仪器展现出良好的相关性(R^(2)=0.86),低成本检测仪的相对偏差范围在-1.45%~0.92%。根据低成本检测仪检测结果计算出各检测点位的CO_(2)通量在7.76~15.93 mmol/(m^(2)·d),其变化规律与参比仪器的结果一致。环境相对湿度和传感器自身的电压漂移是CO_(2)通量检测偏差的主要来源,可通过湿度修正和增加通量箱内CO_(2)传感器数量的方法来降低这两者的干扰。低成本检测仪在测定水库CO_(2)通量方面有良好的应用前景。

积融雪控制下土壤大气间汞交换通量特征

位于松花江上游流域的夹皮沟金矿曾是我国采金量最大的矿区,广泛使用的混汞法提金工艺导致了严重的区域环境介质汞污染.为研究稳定性季节积雪及融雪控制过程土壤(雪)大气间汞交换通量特征,选择区域内典型"山-谷"地形结构单元,沿坡面等距进行布点,使用动态通量箱法测定了各采样点土壤(雪)大气间汞交换通量,使用塞曼效应汞分析仪(LUMEX Zeeman RA915+)测定了各采样点近地面(0～150 cm)垂直方向上大气汞浓度分布,分析了同步气象因子、积融雪控制下地表性质和近地面大气汞的垂直分布各因素对土壤(雪)大气间汞交换通量特征的影响.结果表明,冬季积雪和融雪期间,大气中汞均有沿山坡向谷底汇集的趋势,在积雪冷源性下垫面所致逆温层结控制下,汞交换通量表现为明显的由大气向土壤(雪)的沉降过程.融雪期间雪融后地表土壤大气间汞交换通量表现为释放与沉降过程交替,仍然积雪地表大气间汞交换通量沉降水平明显弱于积雪期.分析土壤(雪)大气间汞交换通量与其影响因素间关系发现,积雪期土壤(雪)大气间汞交换通量与大气汞浓度和大气温度间均具有显著的负线性相关关系;融雪期土壤(雪)大气间汞交换通量与大气汞浓度间具有明显的负线性相关关系,与大气温度间具有正线性相关关系;雪融后裸露土壤大气间汞交换通量与地温间呈现一定的正线性相关关系.

土壤中苯向大气挥发过程的影响因素和通量特征研究

采用通量箱（30．0cm×17．5cm×29．0cm）研究砂土与黑土中苯挥发过程中的影响因素和通量变化特征．通过模拟不同空气流速、不同温度，并设定土壤类型、土壤含水量、初始浓度等条件，实时监测通量箱中各层土壤气相中和土壤上方空气中苯的浓度，来分析不同条件下苯的挥发特征．结果表明，砂土和黑土中苯的挥发通量分别随着土壤含水量的增加而降低，土壤充气空隙率相近情况下，苯在砂土中的挥发通量明显高于黑土．空气流速在300～900mL·min^-1范围内，砂土中苯挥发通量随空气流速升高而加大；在20～40℃范围内对黑土的试验结果表明，苯挥发强度受温度影响显著．苯挥发通量与土壤中苯浓度呈线性相关，其可根据土壤中苯初始浓度和水溶出浓度进行预测．

松花江上游夹皮沟金矿土壤与大气汞污染特征

在松花江上游夹皮沟金矿开采区内,混汞法提金工艺已使用180余年,导致严重的环境介质汞污染问题.为研究土壤和大气汞污染特征,使用塞曼效应汞分析仪(Zeeman RA915+)测定了大气汞含量,使用冷原子吸收分光光度法(GB/T17136-1997)测定了土壤汞含量,使用动态通量箱法测定了老金厂、二道沟、二道岔和夹皮沟镇小区四处土/气间汞交换通量;对土壤汞含量和大气汞含量进行了线性回归分析;并对土/气间汞交换通量与气象因子进行了相关性分析.结果表明:①区域大气汞含量均值为(71.08±38.22)ng.m-3.②区域土壤汞含量均值为(0.913 1±0.040 8)mg.kg-1;土壤汞含量与大气汞含量显著正相关.③各采样点土/气间汞交换通量为:老金厂(129.13±496.07)ng.(m2.h)-1,二道沟(98.64±43.96)ng.(m2.h)-1,二道岔(23.17±171.23)ng.(m2.h)-1,夹皮沟镇小区(7.12±46.33)ng.(m2.h)-1.④太阳辐射是老金厂、二道岔和夹皮沟镇小区土/气间汞交换通量主要影响因子,太阳辐射、大气温度和土壤温度共同控制二道沟土/气汞交换通量过程;地形条件的干扰,形成三类迥异的土/气间汞交换通量日变化特征形态.

雅克拉凝析油气田油水界面甲烷天然释放及其源示踪

为评价油气田天然释放CH4对大气CH4源与汇的贡献,采用静态箱法实地监测了新疆塔里木盆地雅克拉凝析油气田油水界面处甲烷的释放通量,并采用在线大气甲烷碳同位素制样系统与稳定同位素质谱仪联机测试了通量箱甲烷碳同位素组成.结果表明,由于油水界面边水活跃程度不同,甲烷通量在空间变化很大,最高的日释放通量达2.28mg/m2.d,最低-1.32mg/m2.d,日平均释放通量0.51mg/m2.d,标准偏差达1.23mg/m2.d.油水界面处甲烷通量日变化规律基本相同,凌晨至清晨时达到相对高点,随后逐渐降低,下午至傍晚时段为释放低值甚至负值,夜晚时分又逐渐增加.通量箱中甲烷δ13C组成白天随甲烷浓度的线性降低而逐渐偏重,夜晚δ13C随着甲烷浓度的线性增加而逐渐偏重.可见,油水界面边水活跃,其上方的土壤形成相对氧化的环境,油气藏甲烷及烃类在向地表运移的过程中不断被土壤吸收氧化,仅有少量运移至地表并逸散到大气中,局部甚至均被吸收氧化,而成为大气甲烷的汇.