黄河中下游典型水体CH4、N2O溶存与排放时空特征及影响因素研究

Landscape changes and human disturbance cause spatial variations in water and sediments quality in river system, while as important potential source of CH4、N2O, there are very few reports on the spatial and temporal patterns of distributions and fluxes of the two gases across the Yellow River watershed not to mention their driven mechanisms. This study will select Yiluo River, a tributary of middle-lower reach of the Yellow River, as research object to monitor and discuss the spatial and temporal patterns of CH4、N2O distributions and fluxes, evaluate the contribution of water and sediment based on the landscape heterogeneity and human activity patterns. By monitoring the CH4、N2O distributions in runoff and streams flow into the river, we would like to determine their effects on CH4、N2O enrichment in river. The aim of this study is to reveal the influence of external loading and internal production on the greenhouse gases balance in river, find the key process that regulates the mechanism of source-sink dynamic, and provide scientific basis for environmental management and ecological balance maintenance.

河流是CH4、N2O重要的潜在源，由于景观类型变化与人为干扰使得河流水质和沉积物性质表现出明显的时空差异，而有关黄河流域内河流CH4、N2O溶存与排放时空动态及其驱动机制目前鲜有研究。本项目拟以黄河中下游一级支流伊洛河为研究对象，基于景观异质性和人类活动差异，研究流域内河流CH4和N2O溶存及排放时空动态特征，定量评估河流水体与沉积物在不同时期对河流温室气体排放的贡献；监测并探讨不同径流输入对河流中CH4和N2O的富集作用，揭示外源性输入与内源产生机制对河流温室气体平衡的影响，明确流域内影响河流温室气体源/汇机制变化的关键生态过程，为实施环境管理、促进区域生态平衡提供理论依据。

淡水生态系统中的溶解性CH4与N2O具有明显的时空变化，景观变化背景下河流径流输入增加了其温室气体溶存的分布差异。伊洛河作为黄河下游重要支流，流域海拔变化显著，人类活动及土地利用方式影响地表径流中元素运输效率，温度等外界环境条件作用于水体中元素循环转化的生物地球化学过程。而河流作为陆地生态系统中重要的温室气体排放源，以往主要集中于对不同河流的独立样点的研究，缺乏沿河流连续运动方向的有效评价，因此有必要对整个流域的温室气体溶存及排放进行分析总结，全面评价河流对全球碳氮循环的贡献。本研究基于以上研究目的，选取伊洛河干流及主要支流为研究对象，分季节调查表层水体CH4与N2O溶存含量，并通过扩散模型法与静态箱法对比观测了2种气体的排放通量。主要得出以下结论：(1) 雨季伊洛河流域温室气体溶存含量略低于旱季，但差异未达到显著水平。（2）各子流域之间温室气体含量分布呈现随海拔降低含量逐渐增加的态势，但伊洛河干流各采样点之间温室气体含量与海拔无明显相关性。（3）河流中N、P等营养元素是控制CH4与N2O溶存含量的关键因子，其中旱季水体中NH4+-N含量与水温分别可以解释子流域之间、干流各样点之间CH4含量变化(p=0.025,p<0.001)。干支流N2O溶存含量受到NH4+-N与NO3--N含量的影响，其中N2O与NH4+-N相关性更强，暗示了水体中N2O的产生机制更倾向于硝化作用。雨季P含量是影响伊洛河干支流CH4与N2O溶存含量的主要因子。（4）2种方法在对N2O通量的测定上基本能反映流域的平均排放量，但扩散模型法容易忽略N2O排放热点；CH4排放速率在不同测定方法之间具有显著的相关性，但整体上，扩散模型法显著低估了流域内的排放量，影响通量的主要因素为溶解氧含量与N、P等元素含量。