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长江万州段水-气界面CO2通量释放规律初探

2019-01-14 02:43:20 《吉林农业》 2019年24期

雷鑫 付梦雨 王曦晨 张鹏 张毅 时绍鹏 杨云文 李凤梅

摘要:近来年,水库温室气体效应受到广泛关注,本研究于2017年9月~2018年9月对重庆万州长江干流及城市内湖开展水-气界面CO2释放通量监测。结果表明:万州近城区段流域各采样点CO2通量较低,变化范围为-0.010~6.980mmolom-2oh-1,最大值出现在城市内湖天仙湖区域。干流各点位的温室气体通量波动性较小,沱口、天仙湖、清江上城等略高于长江干流。

关键词:三峡库区;水-气界面;温室气体;万州段;通量

基金项目:重庆三峡学院大学生创新性实验计划项目资助(2018057)

中图分类号:X524                              文献标识码:  A                     DOI编号: 10.14025/j.cnki.jlny.2019.24.039

1 材料与方法

1.1研究区域特征及监测点分布

重庆市万州区位于长江上游地区、重庆东北部,地处三峡库区腹心。结合长江(万州城区段)水文情况及万州区地貌特点,设立5个监测断面,分布如下:在新田设置上游采样点1个,在坨口、清江上城分别设置中游采样点1个,在晒网坝设置下游采样点1个,在天仙湖设置城市内湖采样点1个。              1.2 研究内容与方案

本研究于2017年9月~2018年9月对三峡水库长江上游段(万州近城区段)水-气界面温室气体CO2通量特征进行定位跟踪观测與比较分析,对每月各采样点的日通量进行测量分析,并将通量数据外延至整个研究水域,估算万州区段研究水域CO2年总通量值。通过初步的净通量分析,揭示三峡库区万州段水域水-气界面CO2量的季节性动态规律。

通过对万州区段温室气体的研究,开展对本段水库温室气体排放的监测、估算与评价,预测库区内其他城区江段的温室气体源汇通量,从而建立水域温室气体通量监测网。

采样方法:气体通量箱法,通过在水体表面放置一个顶部密封的自制箱体,箱底底部中空,现场收集表层水体以扩散方式排放的CO2等待测气体,然后带回实验室利用气象色谱仪分析,根据浓度随时间的变化率来计算被覆盖水域待测气体的排放通量。

1.3 实验分析与方法

现场基本监测指标有:pH、气温、DO、风速、大气压等。

本研究采样频次中旬1次,时间总跨度为1年,共6次。每个采样点采气时间为10min,分别在0min、2min、4min、6min、8min、10min各采集气体一袋,总共采气6次。采样时,每隔2min用针筒抽取集气箱内气体100 ml,注入铝箔采气袋后保存。每次采集完成,集气袋取回实验室后48h内采用安捷伦7820型气相色谱仪进行完成气体分析[2]。计算出气体样品的实时浓度,做出时间-浓度线性拟合关系图。通过测定气样浓度变化率计算水-气界面的气体交换通量,气体交换通量计算公式如下:

式中,斜率为时间-浓度关系图中的斜率(Pa·s-1);压力为测量的环境压力(Pa);F2为分钟与小时的转换系数(60);体积为浮箱内套入的空气体积(m3);SP为标准大气压(101325Pa);R为常量(0.08207);T为箱内温度(℃);表面积为水面上浮箱的表面积(m2);通量单位(mmolom-2oh-1)。气体交换通量为正值时表示水体向大气释放,为负值时表示吸收。

2 结果与分析

2.1主要理化指标以及分析

监测期间各点位DO变化,新田、沱口、清江上城、晒网坝四个点位均靠近长江干流主河道,DO较高,且各点数值基本相等,三峡水库泄水期间DO略低于蓄水期。天仙湖DO普遍低于上述4个点位,且波动剧烈,2018年3月DO高于长江干流,与天气和湖中大量浮游植物有关。

监测期间各点位pH值变化,新田、沱口、清江上城、晒网坝的pH值在7.19~9.67之间,随着三峡水库泄水,pH值呈下降趋势,蓄水后逐步回升。由于天仙湖环境独立,其pH值稳定在8.1~8.7。各个点位在每次测得的数据中都呈现中性偏碱性,适宜藻类生长。

2.2 CO2通量变化

2017年9月~2018年9月新田、沱口12次采样的CO2通量。在这一年的调查分析中,新田地区CO2年度通量数值范围在0.230~6.270mmolom-2oh-1之间,其中2017年11月最高,达到6.270mmolom-2oh-1,由于低水位运行时期,消落带出露后草类生长旺盛,蓄水后随即淹没腐化,水中有机物在微生物的作用下被分解,其分解速率会随着温度的增加而加快;并且流域内陆面的降雨过程对地面进行冲刷,增加了二氧化碳发生反应的碳源,最终导致水—气界面温室气体排放增加。之后便逐渐降低至0附近,并在2018年3月到2018年9月,CO2通量相对稳定,保持在0.010mmolom-2oh-1附近。与新田类似,沱口地区在2017年11月达到最高值,为3.302mmolom-2oh-1,之后便稳定在0.023mmolom-2oh-1左右。

清江上城地区CO2通量从2017年9月开始逐渐缓慢降低,年度最高为1.001mmolom-2oh-1,并在2018年1月出现快速下降后稳定在0.020mmolom-2oh-1。而晒网坝地区CO2通量在2017年9月达到最高值2.070mmolom-2oh-1,11月骤降为-2.290mmolom-2oh-1,其他月份均稳定在0.520mmolom-2oh-1左右。相比新田、沱口地区,清江上城和晒网坝位于本次采样点的中下游,并且此月份太阳辐射相对较弱,所以,水中植物也较少,光合作用和呼吸作用都较弱,水气之间的交换就比较少,表现出CO2通量较少。

总体而言,2017年9月10日开始蓄水后,各点的CO2通量波动明显,并呈现出点位差异,但在泄水期间(2018年3月至9月),CO2通量基本稳定。

3 结语

长江(万州段)温室气体排放通量相对较低,呈现时空异质性。在相同水位,干流的温室气体通量波动性较小,沱口、天仙湖、清江上城等略高于长江干流。

天仙湖水体整治需进一步加强,可考虑挺水植物对营养物质进行吸收,或设置提水泵站,在低水位期间将长江水引入湖内,促进水体交换。

参考文献

[1]冉景江,林初学,郭劲松. 水库温室气体排放的监测方法研究[J].人民长江,2010,41(21):76-80.

[2]李哲,白镭,郭劲松,等.三峡水库两条支流水气界面CO2、CH4通量比较初探[J].环境科学,2013.

作者简介:雷鑫,在读本科生,研究方向:水污染控制。