三峽水庫典型消落區(qū)生態(tài)系統(tǒng)不同高程CH4排放研究.pdf

1、全球氣候變暖是當(dāng)今人類所面臨的重大環(huán)境問題之一，正對人類社會的生存和發(fā)展帶來巨大挑戰(zhàn)，并嚴(yán)重地威脅人類生存與社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。有氣候科學(xué)家們表示，溫室氣體排放的增加必須立即停止，并且在2015～2020年間開始減少排放，從而到2050年全球的溫室氣體減排量需達(dá)到1990年水平的80％，只有這樣才能防止全球平均氣溫在現(xiàn)有基準(zhǔn)上再上升2℃，從而保證人類的生存與發(fā)展。全球氣候變化的重要原因之一是碳排放，而在大氣圈中主要碳以二氧化碳(CO2

2、)和甲烷(CH4)的形式存在。其中，作為第二大溫室氣體(GHG)的甲烷對全球氣候變暖的貢獻(xiàn)率達(dá)到了15％。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大氣中的甲烷含量已從工業(yè)革命前（1750年）的0.72ppm上升到了2005年的1.77ppm，提高了約1.5倍。一直以來，人們普遍認(rèn)為化石燃料燃燒才是大氣中溫室氣體濃度升高的主要原因，水力發(fā)電則是一種清潔能源。但是，現(xiàn)在已有的大量研究表明，水庫已經(jīng)成為大氣CO2和CH4的一個(gè)重要排放源，水電作為一種綠色能源的觀點(diǎn)正受到不少

3、挑戰(zhàn)。三峽水庫目前是世界上最大的用于水力發(fā)電的人工水庫，每年將在庫區(qū)冬季正常蓄水位175m到夏季最低水位145m之間形成一個(gè)落差達(dá)30m的永久性水位季節(jié)漲落區(qū)。已有研究表明，消落帶是甲烷排放的核心地帶。目前我國對三峽水庫消落帶的研究主要集中于生態(tài)環(huán)境污染方面、土地資源利用、土壤環(huán)境研究和生態(tài)重建研究方面，對消落區(qū)溫室氣體的研究鮮有報(bào)道，因此，進(jìn)行三峽水庫消落區(qū)甲烷排放的研究具有重要意義。
　　 本研究以位于三峽庫區(qū)重慶段涪陵區(qū)珍

4、溪鎮(zhèn)的一典型消落區(qū)為研究區(qū)域，利用靜態(tài)暗箱（浮箱）-氣相色譜法對消落區(qū)不同高程(155、165、175m)和永久淹水點(diǎn)（140m高程）及永久非淹水點(diǎn)（180m高程）的甲烷排放日變化、季節(jié)變化特征進(jìn)行了為期兩年的原位觀測，以期揭示三峽水庫消落區(qū)不同高程的甲烷排放情況;通過大量長期的野外觀測和室內(nèi)分析等工作，研究取得了以下主要結(jié)果:
　　 (1)在日變化上，春夏秋冬四季消落帶非淹水期間，甲烷排放的日變化曲線呈單峰型，通量極大值基本出

5、現(xiàn)在中午11:00或13:00附近，與溫度變化有一定的一致性（R2范圍是0.55-0.42，P＜0.01）。采樣當(dāng)天的平均排放通量分別為0.019mg·m-2·h-1（春）、0.121mg·m-2·h-1（夏）、0.121mg·m-2·h-1（秋）、0.027mg·m-2·h-1（冬）。
　　 (2)在消落帶非淹水期間，不同高程生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的甲烷排放特征。180m高程由于不受淹水影響，排放較穩(wěn)定，基本在零排放上下波動(dòng)，但在

6、春夏季的波動(dòng)要高于秋冬季，觀測期間甲烷通量未出現(xiàn)明顯的峰值。175m高程在落干期間甲烷排放通量不具有明顯的變化規(guī)律，出現(xiàn)排放和吸收現(xiàn)象，其中2012年2月17日和5月3日出現(xiàn)兩次明顯峰值。165m和155m高程在淹水前排放通量很小，處于較低的排放和吸收狀態(tài)。落干期間不同高程生態(tài)系統(tǒng)甲烷平均排放通量的大小順序?yàn)?155m高程（4.11mg·m-2·d-1）＞180m高程(1.82mg·m2·d-1)＞175m高程(1.77mg·m-2·d

7、-1)＞165m高程（1.24mg·m-2·d-1）。單因素方差分析結(jié)果表明，180m、175m和165m三個(gè)高程之間甲烷排放通量沒有顯著的差異性(P＞0.05)，但均顯著低于155m高程(P＜0.05)。
　　 進(jìn)入淹水期后，各高程的甲烷排放通量均明顯增加，且均表現(xiàn)為甲烷的吸收，排放峰值均出現(xiàn)在淹水期間，排放通量無明顯變化規(guī)律。145m高程常年淹水，期間甲烷一直處于較高的排放水平。淹水期間各高程垂直所對應(yīng)的水-氣界面甲烷平均排

8、放通量的大小順序?yàn)?155m高程(25.44mg·m2·d-1)＞140m高程(25.11mg·m-2·d-1)＞165m高程(23.75mg·m-2·d-1)＞175m高程(6.27mg·m2·d-1)，方差分析表明前三個(gè)高程的差異不顯著，但均顯著高于175m高程，其中155m高程的平均排放通量是175m高程的4倍。
　　 (3)在月平均排放量上，140m高程全年各月的甲烷平均排放通量均為正值，且呈現(xiàn)先逐漸升高然后逐漸減小的趨

9、勢，其中6月份的排放通量最大，11月的排放通量最小;155m高程上各月的甲烷平均排放通量均為正值，表現(xiàn)為甲烷的源，上半年（1月到6月）的排放通量逐漸遞減，之后無明顯變化規(guī)律;165m高程各月的甲烷平均排放通量無明顯規(guī)律，均為正值，表現(xiàn)為甲烷的源;175m高程除10月外其他月份甲烷平均排放通量均為正值，表現(xiàn)為甲烷的源，總體上說此高程甲烷排放規(guī)律為先逐漸減小然后逐漸升高的“V”型;180m高程9月份甲烷的排放通量最大，總體看來無明顯變化規(guī)律

10、。綜合來看全年各月的排放最高值及最低值分別出現(xiàn)在140m高程的6月及180m高程的3月，對于處于消落帶的其他三個(gè)高程來說，排放最高值及最低值分別出現(xiàn)在165m高程的2月及175m高程的10月。
　　 (4)在年排放量上，2011年8月至2012年8月的年各高程生態(tài)系統(tǒng)總排放量的大小順序?yàn)?140m高程（95.40kg·ha-1）＞155m高程（74.82kg·ha-1）＞165m高程（38.29kg·ha-1）＞175m高程（1

11、4.70kg·ha-1）＞180m（8.66kg·ha-1）高程，差異均達(dá)到了顯著水平(P＜0.05)。分別比較175m高程和180m高程兩年的生態(tài)系統(tǒng)甲烷排放量發(fā)現(xiàn)，11年8月至12年8月間的排放量高于10年8月至11年8月，分別高出96.3％和78.5％。若本實(shí)驗(yàn)得出的甲烷年排放量能代表整個(gè)重慶庫區(qū)消落區(qū)的排放量，則重慶庫區(qū)消落區(qū)2011年8月至2012年8月的甲烷排放量總量為153.15t，平均甲烷排放量為0.5t·km-2·a-

12、1（0.057mg·m-2·h-1）。
　　 (5)在消落區(qū)陸地，土壤含水率是甲烷排放通量的主要影響因素，180m、175m和165m高程甲烷排放通量與WFPS之間均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系(P值均小于0.01)，同時(shí)溫度，碳含量也在相互作用，共同影響著陸地甲烷的排放;在消落區(qū)水面，水體溫度和水體DOC含量是影響水面甲烷排放的主要因素，其中155m高程的甲烷排放通量與水溫顯著正相關(guān)(P＜0.05)，140m高程水面點(diǎn)與江水DOC達(dá)到