長江萬州段水-氣界面CO₂通量釋放規律初探

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，水庫溫室氣體效應受到廣泛關注，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湖開展水-氣界面CO2釋放通量監測。結果表明：萬州近城區段流域各采樣點CO2通量較低，變化范圍為-0.010～6.980mmolom-2oh-1，最大值出現在城市內湖天仙湖區域。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。

關鍵詞：三峽庫區;水-氣界面;溫室氣體;萬州段;通量

基金項目：重慶三峽學院大學生創新性實驗計劃項目資助（2018057）

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

1 材料與方法

1.1研究區域特征及監測點分布

重慶市萬州區位于長江上游地區、重慶東北部，地處三峽庫區腹心。結合長江（萬州城區段）水文情況及萬州區地貌特點，設立5個監測斷面，分布如下：在新田設置上游采樣點1個，在坨口、清江上城分別設置中游采樣點1個，在曬網壩設置下游采樣點1個，在天仙湖設置城市內湖采樣點1個。 ? ? ? ? ? ? ?1.2 研究內容與方案

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，并將通量數據外延至整個研究水域，估算萬州區段研究水域CO2年總通量值。通過初步的凈通量分析，揭示三峽庫區萬州段水域水-氣界面CO2量的季節性動態規律。

通過對萬州區段溫室氣體的研究，開展對本段水庫溫室氣體排放的監測、估算與評價，預測庫區內其他城區江段的溫室氣體源匯通量，從而建立水域溫室氣體通量監測網。

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

現場基本監測指標有：pH、氣溫、DO、風速、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-濃度關系圖中的斜率（Pa·s-1）;壓力為測量的環境壓力（Pa）;F2為分鐘與小時的轉換系數（60）;體積為浮箱內套入的空氣體積（m3）;SP為標準大氣壓（101325Pa）;R為常量（0.08207）;T為箱內溫度（℃）;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，為負值時表示吸收。

2 結果與分析

2.1主要理化指標以及分析

監測期間各點位DO變化，新田、沱口、清江上城、曬網壩四個點位均靠近長江干流主河道，DO較高，且各點數值基本相等，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。

監測期間各點位pH值變化，新田、沱口、清江上城、曬網壩的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。由于天仙湖環境獨立，其pH值穩定在8.1～8.7。各個點位在每次測得的數據中都呈現中性偏堿性，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。在這一年的調查分析中，新田地區CO2年度通量數值范圍在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;并且流域內陸面的降雨過程對地面進行沖刷，增加了二氧化碳發生反應的碳源，最終導致水—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通量相對穩定，保持在0.010mmolom-2oh-1附近。與新田類似，沱口地區在2017年11月達到最高值，為3.302mmolom-2oh-1，之后便穩定在0.023mmolom-2oh-1左右。

清江上城地區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月出現快速下降后穩定在0.020mmolom-2oh-1。而曬網壩地區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，其他月份均穩定在0.520mmolom-2oh-1左右。相比新田、沱口地區，清江上城和曬網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，并呈現出點位差異，但在泄水期間（2018年3月至9月），CO2通量基本穩定。

3 結語

長江（萬州段）溫室氣體排放通量相對較低，呈現時空異質性。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物質進行吸收，或設置提水泵站，在低水位期間將長江水引入湖內，促進水體交換。

參考文獻

[1]冉景江，林初學，郭勁松. 水庫溫室氣體排放的監測方法研究[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].環境科學，2013.

作者簡介：雷鑫，在讀本科生，研究方向：水污染控制。