長江萬州段水-氣界面CO₂通量釋放規(guī)律初探

雷鑫 付夢雨 王曦晨 張鵬 張毅 時紹鵬 楊云文 李鳳梅

摘要：近來年，水庫溫室氣體效應(yīng)受到廣泛關(guān)注，本研究于2017年9月～2018年9月對重慶萬州長江干流及城市內(nèi)湖開展水-氣界面CO2釋放通量監(jiān)測。結(jié)果表明：萬州近城區(qū)段流域各采樣點CO2通量較低，變化范圍為-0.010～6.980mmolom-2oh-1，最大值出現(xiàn)在城市內(nèi)湖天仙湖區(qū)域。干流各點位的溫室氣體通量波動性較小，沱口、天仙湖、清江上城等略高于長江干流。

關(guān)鍵詞：三峽庫區(qū);水-氣界面;溫室氣體;萬州段;通量

基金項目：重慶三峽學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目資助（2018057）

中圖分類號：X524 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.24.039

1 材料與方法

1.1研究區(qū)域特征及監(jiān)測點分布

重慶市萬州區(qū)位于長江上游地區(qū)、重慶東北部，地處三峽庫區(qū)腹心。結(jié)合長江（萬州城區(qū)段）水文情況及萬州區(qū)地貌特點，設(shè)立5個監(jiān)測斷面，分布如下：在新田設(shè)置上游采樣點1個，在坨口、清江上城分別設(shè)置中游采樣點1個，在曬網(wǎng)壩設(shè)置下游采樣點1個，在天仙湖設(shè)置城市內(nèi)湖采樣點1個。 ? ? ? ? ? ? ?1.2 研究內(nèi)容與方案

本研究于2017年9月～2018年9月對三峽水庫長江上游段（萬州近城區(qū)段）水-氣界面溫室氣體CO2通量特征進行定位跟蹤觀測與比較分析，對每月各采樣點的日通量進行測量分析，并將通量數(shù)據(jù)外延至整個研究水域，估算萬州區(qū)段研究水域CO2年總通量值。通過初步的凈通量分析，揭示三峽庫區(qū)萬州段水域水-氣界面CO2量的季節(jié)性動態(tài)規(guī)律。

通過對萬州區(qū)段溫室氣體的研究，開展對本段水庫溫室氣體排放的監(jiān)測、估算與評價，預(yù)測庫區(qū)內(nèi)其他城區(qū)江段的溫室氣體源匯通量，從而建立水域溫室氣體通量監(jiān)測網(wǎng)。

采樣方法：氣體通量箱法，通過在水體表面放置一個頂部密封的自制箱體，箱底底部中空，現(xiàn)場收集表層水體以擴散方式排放的CO2等待測氣體，然后帶回實驗室利用氣象色譜儀分析，根據(jù)濃度隨時間的變化率來計算被覆蓋水域待測氣體的排放通量。

1.3 實驗分析與方法

現(xiàn)場基本監(jiān)測指標(biāo)有：pH、氣溫、DO、風(fēng)速、大氣壓等。

本研究采樣頻次中旬1次，時間總跨度為1年，共6次。每個采樣點采氣時間為10min，分別在0min、2min、4min、6min、8min、10min各采集氣體一袋，總共采氣6次。采樣時，每隔2min用針筒抽取集氣箱內(nèi)氣體100 ml，注入鋁箔采氣袋后保存。每次采集完成，集氣袋取回實驗室后48h內(nèi)采用安捷倫7820型氣相色譜儀進行完成氣體分析[2]。計算出氣體樣品的實時濃度，做出時間-濃度線性擬合關(guān)系圖。通過測定氣樣濃度變化率計算水-氣界面的氣體交換通量，氣體交換通量計算公式如下：

式中，斜率為時間-濃度關(guān)系圖中的斜率（Pa·s-1）;壓力為測量的環(huán)境壓力（Pa）;F2為分鐘與小時的轉(zhuǎn)換系數(shù)（60）;體積為浮箱內(nèi)套入的空氣體積（m3）;SP為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101325Pa）;R為常量（0.08207）;T為箱內(nèi)溫度（℃）;表面積為水面上浮箱的表面積（m2）;通量單位（mmolom-2oh-1）。氣體交換通量為正值時表示水體向大氣釋放，為負(fù)值時表示吸收。

2 結(jié)果與分析

2.1主要理化指標(biāo)以及分析

監(jiān)測期間各點位DO變化，新田、沱口、清江上城、曬網(wǎng)壩四個點位均靠近長江干流主河道，DO較高，且各點數(shù)值基本相等，三峽水庫泄水期間DO略低于蓄水期。天仙湖DO普遍低于上述4個點位，且波動劇烈，2018年3月DO高于長江干流，與天氣和湖中大量浮游植物有關(guān)。

監(jiān)測期間各點位pH值變化，新田、沱口、清江上城、曬網(wǎng)壩的pH值在7.19～9.67之間，隨著三峽水庫泄水，pH值呈下降趨勢，蓄水后逐步回升。由于天仙湖環(huán)境獨立，其pH值穩(wěn)定在8.1～8.7。各個點位在每次測得的數(shù)據(jù)中都呈現(xiàn)中性偏堿性，適宜藻類生長。

2.2 CO2通量變化

2017年9月～2018年9月新田、沱口12次采樣的CO2通量。在這一年的調(diào)查分析中，新田地區(qū)CO2年度通量數(shù)值范圍在0.230～6.270mmolom-2oh-1之間，其中2017年11月最高，達到6.270mmolom-2oh-1，由于低水位運行時期，消落帶出露后草類生長旺盛，蓄水后隨即淹沒腐化，水中有機物在微生物的作用下被分解，其分解速率會隨著溫度的增加而加快;并且流域內(nèi)陸面的降雨過程對地面進行沖刷，增加了二氧化碳發(fā)生反應(yīng)的碳源，最終導(dǎo)致水—氣界面溫室氣體排放增加。之后便逐漸降低至0附近，并在2018年3月到2018年9月，CO2通量相對穩(wěn)定，保持在0.010mmolom-2oh-1附近。與新田類似，沱口地區(qū)在2017年11月達到最高值，為3.302mmolom-2oh-1，之后便穩(wěn)定在0.023mmolom-2oh-1左右。

清江上城地區(qū)CO2通量從2017年9月開始逐漸緩慢降低，年度最高為1.001mmolom-2oh-1，并在2018年1月出現(xiàn)快速下降后穩(wěn)定在0.020mmolom-2oh-1。而曬網(wǎng)壩地區(qū)CO2通量在2017年9月達到最高值2.070mmolom-2oh-1，11月驟降為-2.290mmolom-2oh-1，其他月份均穩(wěn)定在0.520mmolom-2oh-1左右。相比新田、沱口地區(qū)，清江上城和曬網(wǎng)壩位于本次采樣點的中下游，并且此月份太陽輻射相對較弱，所以，水中植物也較少，光合作用和呼吸作用都較弱，水氣之間的交換就比較少，表現(xiàn)出CO2通量較少。

總體而言，2017年9月10日開始蓄水后，各點的CO2通量波動明顯，并呈現(xiàn)出點位差異，但在泄水期間（2018年3月至9月），CO2通量基本穩(wěn)定。

3 結(jié)語

長江（萬州段）溫室氣體排放通量相對較低，呈現(xiàn)時空異質(zhì)性。在相同水位，干流的溫室氣體通量波動性較小，沱口、天仙湖、清江上城等略高于長江干流。

天仙湖水體整治需進一步加強，可考慮挺水植物對營養(yǎng)物質(zhì)進行吸收，或設(shè)置提水泵站，在低水位期間將長江水引入湖內(nèi)，促進水體交換。

參考文獻

[1]冉景江，林初學(xué)，郭勁松. 水庫溫室氣體排放的監(jiān)測方法研究[J].人民長江，2010，41（21）：76-80.

[2]李哲，白鐳，郭勁松，等.三峽水庫兩條支流水氣界面CO2、CH4通量比較初探[J].環(huán)境科學(xué)，2013.

作者簡介：雷鑫，在讀本科生，研究方向：水污染控制。