典型農業流域池塘甲烷濃度及擴散排放特征

張欣悅，肖啟濤，劉臻婧，廖遠珊，謝暉，邱銀國，齊天賜，徐向華，段洪濤，

（1.南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心，南京 210044；2.中國科學院南京地理與湖泊研究所 中國科學院流域地理學重點實驗室，南京 210008；3.湖南省氣候中心，長沙 410118；4.西北大學城市與環境學院，西安 710127）

水域生態系統CH4生物地球化學循環過程異常活躍，受人為活動影響顯著[4，8-9]。但是，不同人為活動干擾強度下池塘CH4產生及其排放是否存在差異還不得而知[1]。小型池塘也是農業用地的重要景觀組成[10-12]，全球農業用地擴張伴隨著大量小型池塘的產生[2]。其中，農業流域池塘具備蓄水、納污、灌溉和養殖等多種功能，但不同類型池塘CH4排放的綜合研究鮮有報道。考慮到水體CH4排放的高度異質性，忽略池塘類型和用途可能導致農業流域池塘CH4排放估算存在較大的不確定性[3，9]。

我國是農業大國，池塘是我國典型的農業水利工程，廣泛分布于我國東部和南部地區，為農業發展做出了巨大的貢獻[13-14]。研究估計我國池塘等小型水體總面積達3.2 萬km2，且主要分布在長江流域等耕地密集的區域[15]。但是，有關我國農業流域池塘CH4等溫室氣體排放的研究鮮有報道。另外，水體CH4排放與其外源負荷輸入水平緊密相關[16-17]。同一農業流域內不同用途的池塘因其外源負荷水平不同，其生物化學循環過程及CH4排放也可能存在差異。巢湖流域位于我國東部地區，流域內種植大量農作物，農業面源污染嚴重，大量、廣泛分布的池塘也是其最具特色的人為景觀[18]。烔煬河流域的自然地理和社會經濟特征在巢湖農村流域中極具代表性，因此，本研究選取烔煬河流域內4 種不同景觀池塘（排污塘、灌溉塘、養殖塘和自然塘），基于為期近1 a 的逐月調查數據，探討典型農業流域內不同用途和類型的池塘CH4排放的差異及其關鍵影響因素，以期為準確評估小型池塘CH4排放量及估算其碳收支提供科學數據和參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域及采樣池塘分布

烔煬河流域是位于巢湖北岸的農村小流域，流域總面積約為89.3 km2（圖1），屬于典型亞熱帶氣候，光照充足，雨量豐沛，年平均氣溫16 ℃，年均降水量1 120 mm。流域內土地利用類型包括耕地、林地和建設用地等。由于農業活動的不斷進行以及農村生活污水的不斷排出，流域內面源污染嚴重。結合烔煬河土地利用類型，選擇研究區內4 種不同景觀池塘（灌溉塘、排污塘、養殖塘、自然塘，圖1）進行調查，所選水體水域面積在0.003～0.010 km2之間，平均水深范圍為0.3～3.0 m，屬于典型的小型景觀水體。其中，灌溉塘面積最大，為0.010 km2，養殖塘面積最小，為0.003 km2。灌溉塘周邊種植大量農作物，受農業活動影響最為顯著；排污塘周邊為高密度人口聚集地，接收大量的生活污水；養殖塘分布著大量蘆葦等水生植被，為蝦蟹等生長提供棲息地；自然塘則遠離村莊，周邊以天然林地為主，受人為干擾相對較小。

圖1 烔煬河流域地理位置以及采樣池塘Figure 1 Geographical location of the Tongyang River catchment and the sampled ponds

1.2 水樣采集和CH4分析

池塘等小型水體水-氣界面CH4交換通量的估算主要采用擴散模型法和靜態箱法等[1-3]。為獲取水體CH4溶存濃度，本研究采用國際上常用的擴散模型法估算池塘水-氣界面CH4通量[1，6]，即野外采集水樣分析CH4溶存濃度，結合水-氣界面擴散模型法估算CH4通量。在2020年9月至2021年9月對流域內4種不同景觀池塘進行為期1 a 的采樣，采樣頻率為每月一次，每月下旬進行采樣。在每個池塘采集水樣用于CH4溶存濃度分析，采集水樣時，保證水面沒有擾動，用20 mL 針筒抽取表層20 cm 處的水樣，并注意避免氣泡產生，然后將16 mL 水樣注入預置2 g 氯化鉀、預先抽真空并注入高純氮氣（摩爾分數≥99.999%）的32 mL 棕色玻璃瓶內[19-20]。針筒在采集水樣前用待采水樣清洗2～3 次，為保證氣密性，在實驗室內將每個棕色瓶用丁基膠塞密封瓶口，并用鋁蓋壓接，在野外水樣采集完成后用密封膠密封針孔。采樣結束后，將裝有水樣、密閉良好的棕色瓶立即倒置放入冷藏箱中，運回實驗室進行處理分析。

水樣運回實驗室后將水樣劇烈振蕩5 min，待CH4氣體在玻璃瓶中的氣相（頂空部分）和液相（剩余液體）達到動態平衡，使用帶有三通閥的注射器從瓶中抽取5 mL 氣體，再通過氣相色譜儀測量其濃度。水體CH4溶存濃度（cCH4，μmol·L-1）通過頂空平衡法計算，公式如下[21]：

式中：p0、p1分別為高純氮氣中CH4分壓以及振蕩平衡后混合氣體中的分壓，Pa；HS為采樣瓶氣相體積，mL；S為采樣瓶中液相體積，mL；Vm為CH4氣體的摩爾體積；Ke為平衡時CH4氣體的溶解度，mol·L-1·Pa-1，計算公式參考Wanninkhof[22]的研究。

(2)農村居民點空間規模分布“熱點”圖結果表明，規模分布特征與密度分布特征呈現明顯的負相關現象，農村居民點分布呈現大規模低密度和小規模高密度的空間關聯特征。隴川縣各鄉鎮農村居民點分布數量及規模差異顯著，章鳳鎮和隴把鎮農村居民點景觀分布連片集中，清平鄉、王子樹鄉、勐約鎮與城子鎮農村居民點景觀更為分散破碎。

基于野外采樣獲取的水體溶存CH4濃度，利用經典的水-氣界面氣體擴散模型法計算池塘水體水-氣界面的CH4擴散通量（Fm，mmol·m-2·d-1），計算公式為[23]：

式中：k為水-氣界面CH4氣體的傳輸系數，m·d-1；cCH4為基于公式（1）計算得到的CH4濃度，μmol·L-1；deq為特定溫度下池塘表層水CH4氣體與大氣CH4達到平衡的濃度，μmol·L-1，在野外采樣時，用針筒抽取水面上方空氣，裝入鋁箔采樣袋中密封保存，用氣相色譜儀分析其氣袋中大氣樣品CH4濃度（Ca），用于deq的計算：

觀測數據表明烔煬河流域在大部分情況下處于低風速（＜3.5 m·s-1）環境，根據模型方程的適用性，k值計算公式為[23]：

式中：U10為10 m 高度處的風速，m·s-1，本研究根據烔煬河流域當地氣象站觀測的風速計算得到U10[24]；n為與風速相關的系數，當U10＞3.7 m·s-1，n=0.5，當U10＜3.7 m·s-1，n=2/3。Sc為無量綱CH4氣體的施密特數，通過水溫計算得到；Sc600為20 ℃時CH4的施密特數。Fm＞0表示水體溶存CH4濃度處于飽和狀態（即大于平衡濃度），此時水體向大氣釋放CH4。

1.3 環境變量獲取

在野外采樣中，采用YSI 6600多參數水質監測儀原位測量池塘水體的水溫、溶解氧（DO）、pH 值等。氣溫、降雨量來源于烔煬河流域當地自動氣象觀測站。另外，每次采樣時，使用有機玻璃采水器采集表層500 mL水樣用于營養鹽濃度分析，原水樣用于測定總氮（TN）、總磷（TP）濃度，TN 和TP 測定采用國家標準方法（GB/T 11894—1989、GB/T 11893—1989）。水樣經GF/F玻璃纖維膜過濾后用于測定銨態氮（-N）和硝態氮（-N），-N 濃度測定采用納氏試劑光度法，-N濃度測定通過流動分析儀分析得到，同時濾后水樣通過總有機碳分析儀測定溶解性有機碳（DOC）濃度。化學需氧量（COD）使用重鉻酸鉀法測定。

1.4 數據分析

將實測的數據分景觀池塘類型（自然塘、灌溉塘、排污塘、養殖塘）、分季節（3—5 月為春季、6—8 月為夏季、9—11 月為秋季、12 月至次年2 月為冬季）進行分析。使用SPSS 22.0 中的相關分析（Pearson correlations）方法分析CH4濃度及其排放通量與水體物理化學參數之間的相關系數，采用單因素方差分析（Oneway ANOVA）方法分析不同池塘之間CH4濃度、通量和水體理化指標的統計顯著性差異，P＜0.05 為顯著，P＜0.01為極顯著。

2 結果與分析

2.1 環境變量特征

烔煬河流域氣溫與降雨量呈現極為明顯的季節變化特征（圖2a）。春、夏、秋、冬四季平均氣溫分別為19.0、29.9、22.4、8.7 ℃，夏季氣溫顯著（P＜0.05）高于冬季氣溫。流域降雨同樣具有季節變化特征，夏季降雨量顯著（P＜0.05）偏高。4 種景觀池塘DO 濃度呈現不同季節變化特征（圖2b），自然塘、灌溉塘和養殖塘DO 濃度具有季節性差異（P＜0.05），夏季和秋季較低，冬季最高。排污塘和養殖塘DO 濃度季節變化不顯著（P＞0.05）。另外，逐月觀測數據表明4 種景觀池塘TN也呈現不同季節變化特征（圖2c），自然塘、排污塘和灌溉塘TN濃度季節變化趨勢均不顯著（P＞0.05），但養殖塘TN具有顯著的季節變化特征，夏季TN顯著（P＜0.05）高于其他3個季節。

圖2 觀測期間流域降雨量、氣溫以及4種景觀池塘DO和TN濃度的逐月變化Figure 2 Monthly variations of rainfall，temperature，DO，and TN concentration in the four ponds during the sampling period

不同池塘之間關鍵環境參數呈現出明顯差異（表1）。水溫與氣溫變化高度相似（R2=0.94，P＜0.01），均呈現出顯著的時間變化特征，但4 個采樣塘水溫之間無顯著性差異（P＞0.05），年均水溫為22.5 ℃。自然塘的DO 濃度最高（9.86 mg·L-1），但COD 濃度顯著（P＜0.05）低于其他類型池塘。統計分析表明排污塘COD、-N、TN和TP濃度均顯著（P＜0.05）高于其他類型景觀池塘。總體上，排污塘營養鹽負荷最高，灌溉塘和養殖塘次之，自然塘最低。

表1 觀測期間4種不同類型水體基本理化參數特征Table 1 Physicochemical parameters in the four ponds during the observation period

2.2 CH4濃度的空間變化

4 種不同景觀池塘的CH4濃度差異見圖3。自然塘、灌溉塘、排污塘以及養殖塘CH4濃度均值分別為（0.41±0.29）、（0.95±0.56）、（1.65±1.80）、（2.20±1.83）μmol·L-1。其中，自然塘CH4濃度顯著（P＜0.05）低于排污塘和養殖塘，但與灌溉塘之間無顯著差異（P＞0.05）。此外，排污塘CH4濃度與養殖塘也無顯著差異（P＞0.05）。總體上，養殖塘CH4濃度最高。

圖3 不同池塘CH4濃度Figure 3 CH4 concentrations in different ponds

2.3 CH4濃度的時間變化

本研究中不同景觀池塘CH4濃度呈現不同季節變化特征（圖4）。自然塘CH4濃度具有暖季高冷季低的特征，最高值出現在2020 年9 月（0.920 μmol·L-1），最低值出現在2021 年1 月（0.003 μmol·L-1）。值得注意的是，排污塘的CH4濃度出現了兩個峰值。灌溉塘春、夏、秋、冬4 個季節的平均CH4濃度分別為1.260、1.050、0.870、0.008 μmol·L-1，冬季CH4濃度顯著（P＜0.05）低于春季和夏季。養殖塘CH4濃度具有顯著的季節變化特征，表現為夏季＞秋季＞春季＞冬季。

圖4 不同池塘CH4濃度的逐月變化Figure 4 Monthly CH4 concentrations in different ponds

2.4 CH4濃度的影響因子

水溫是影響水體CH4濃度變化的重要因子。圖5為4 個景觀池塘CH4濃度與水溫的相關性。結果表明，自然塘和養殖塘水溫與CH4濃度呈現顯著正相關關系，分別控制62%（R2=0.62，P＜0.01）和58%（R2=0.58，P＜0.01）的CH4濃度變化。但對于營養鹽負荷較高的排污塘和灌溉塘，CH4濃度與水溫則無顯著相關性（排污塘：R2=0.16，P=0.23；灌溉塘：R2=0.20，P=0.16）。

圖5 不同池塘CH4濃度與水溫的相關性Figure 5 Correlations between CH4concentration and water temperature in different ponds

水體CH4主要是在厭氧環境下有機質降解產生的，一般與DO 關系密切。圖6為4個景觀池塘CH4濃度與DO 的相關性。結果表明，自然塘、排污塘以及養殖塘DO 與CH4濃度呈現顯著的負相關關系，分別控制60%（R2=0.60，P＜0.01）、49%（R2=0.49，P＜0.01）和82%（R2=0.82，P＜0.01）的CH4濃度變化。但是，灌溉塘CH4濃度與DO無顯著相關性（R2=0.21，P=0.15）。

圖6 不同池塘CH4與DO的相關性Figure 6 Correlations between CH4 concentration and DO in different ponds

水體CH4的產生是一個動態、復雜的過程，受到諸多環境因子的調控。圖7為不同景觀池塘CH4濃度與TN 濃度的相關性。結果表明，排污塘和養殖塘CH4濃度與TN 呈現顯著的正相關關系（排污塘：R2=0.51，P＜0.05；養殖塘：R2=0.52，P＜0.05），考慮到池塘CH4產生和排放主要受有機質的影響，CH4與TN 的正相關關系表明TN 可間接影響CH4的動態變化。但自然塘和灌溉塘CH4濃度均與TN 無顯著（P＞0.05）相關性。此外，統計分析（表2）也發現自然塘CH4濃度與COD和-N呈顯著正相關，排污塘CH4濃度與-N和-N、TN 呈顯著正相關，養殖塘CH4濃度與-N呈顯著正相關。同時，統計分析表明本研究中4 種不同景觀池塘CH4濃度變化均與DOC 濃度無顯著相關性。此外，整合所有數據分析發現，該流域池塘水體CH4也與DO 濃度（R2=0.38，P＜0.05）和-N 濃度（R2=0.17，P＜0.05）顯著相關。

表2 CH4濃度與水體理化指標的相關性Table 2 Correlations between CH4 concentration and water environmental factors

圖7 不同池塘CH4濃度與TN濃度的相關性Figure 7 Correlations between CH4 and TN concentrations in different ponds

2.5 CH4擴散通量時空變化特征

基于野外實測數據，結合水-氣界面擴散模型計算得到本研究中4種景觀池塘CH4擴散通量。結果表明，烔煬河流域4種景觀池塘均是大氣CH4的排放源，自然塘、灌溉塘、排污塘以及養殖塘CH4擴散排放通量分別為（0.54±0.49）、（1.16±0.87）、（1.62±1.59）、（3.23±4.09）mmol·m-2·d-1。養殖池塘CH4擴散通量最高，顯著（P＜0.05）高于自然池塘和灌溉池塘的CH4擴散通量，與CH4溶存濃度變化趨勢一致。另外，在公式（3）中用于計算CH4擴散通量的deq一般小于0.003 μmol·L-1，且用于通量計算的風速來自采樣期間氣象站實時觀測數據，4 種景觀塘的CH4擴散通量時間變化特征也與溶存濃度一致（自然塘：R2=0.68，P＜0.01；灌溉塘R2=0.78，P＜0.01；排污塘R2=0.74，P＜0.01；養殖塘R2=0.78，P＜0.01），說明本研究中4 種小型池塘水-氣界面CH4擴散通量主要受CH4溶存濃度驅動，與已有研究相一致[1，4]。綜合4個不同景觀池塘逐月調查數據，烔煬河流域池塘年均CH4擴散通量為（1.64±1.50）mmol·m-2·d-1。

3 討論

3.1 不同景觀池塘CH4濃度及其排放強度對比分析

本研究發現CH4溶存濃度及其擴散排放在4種不同景觀池塘之間呈現顯著差異。總體上，自然塘因受人為活動影響程度小，碳氮負荷相對較低（表1），具有最低的CH4濃度和擴散通量[25-27]。養殖塘具有最高的CH4濃度和擴散通量，其CH4排放量是自然塘的6倍。養殖塘接納含有大量碳、氮的飼料及其他物質的投入，有機質含量高，為CH4的產生提供了有利條件[8，10，28]，進而成為大氣CH4的顯著排放源[29]。同時，養殖塘水深較淺（表1），有利于水底產生的CH4輸送到水表[30-31]，增加水體CH4溶存濃度及其擴散排放。此外，野外采樣發現養殖塘分布著大量水生植被（圖1），可為CH4的產生提供直接的有機碳源等，直接促進CH4的產生和排放[8，32]。流域內人為活動干擾等導致養殖塘成為大氣CH4的熱點排放區域，其CH4擴散排放量遠高于自然塘。

受流域農業活動和居民污水排放影響強烈的灌溉塘和排污塘也具有較高的CH4濃度和擴散排放（圖3），灌溉塘和排污塘的CH4擴散排放分別是自然塘的2.2 倍和3.0 倍。由于農田排水、淋溶、徑流和土壤侵蝕，大量外源負荷進入到灌溉塘中，為微生物提供有機底物進而刺激CH4的產生，導致灌溉塘CH4濃度及其排放通量顯著升高[16，33-34]。同時，隨著農業化肥的施用量增加，大量的外源負荷進入水體，進而可能影響水體CH4的產生和排放[25，35]。排污塘水體交換能力差，有機質等營養物質豐富，較高的氮磷負荷進一步刺激水體生物代謝活動，導致CH4的大量排放[36-37]。同時，生活污水輸入可直接增加外源CH4輸入，提高CH4濃度和排放通量[8，34]。值得注意的是，表征有機物污染的COD 在排污塘最高（表1）。因此，流域內農業活動持續進行以及居民污水的排放，大量陸源有機質進入池塘，豐富的外源負荷補給為池塘等水體CH4產生提供更多可利用底物，提升水體CH4濃度及其排放潛力[38-39]。

不同池塘CH4濃度和擴散通量的差異表明池塘類型是不可忽視的影響因素。全球數據表明，湖泊水體CH4濃度和排放量與其面積呈現顯著負相關關系[1，40]，池塘水體因其面積極小，具有較高CH4排放量[3]。本研究表明，不同類型池塘CH4濃度和排放量差異顯著（圖3）。其中，自然塘外源負荷相對較低，其CH4濃度和排放量低于全球同等面積池塘的均值，但其他3種類型池塘則顯著高于全球均值[1]。瑞典農業流域不同土地利用類型/用途小型池塘的CH4年均排放量差異極大，變化范圍為0.02～7.59 mmol·m-2·d-1，且主要受外源碳氮負荷驅動[3]。綜上，人為活動干擾強度是導致農業流域池塘等水體CH4排放強度出現差異的主要原因。

3.2 池塘CH4濃度變化的影響因素

本研究野外連續采樣調查表明，自然塘和養殖塘CH4濃度均有明顯的時間變化（圖4）。水體CH4動態變化特征是生物地球化學及其他環境因素綜合作用的結果[41-42]。水溫是重要的水體物理參數，水體CH4的產生和排放對水溫的依賴性較強，溫度的變化可導致水體CH4發生相應的變化[4，43]。本研究統計分析結果表明水溫對不同景觀池塘CH4濃度影響程度不同（圖5），其中，水溫分別控制自然塘和養殖塘62%和58%的CH4濃度變化。自然塘受人為活動影響程度低，因此水溫是其CH4濃度時間變化的關鍵驅動因子[4]。養殖塘CH4濃度與水溫具有顯著正相關關系，這表明水產養殖中的水熱條件顯著影響CH4的產生和排放。同時，植被生物量是水體CH4動態變化的關鍵影響因子，野外調查發現養殖塘分布著大量植被，因此溫度可通過影響植被生長間接影響CH4變化[42]。但是，排污塘和灌溉塘CH4濃度與水溫無顯著相關性（P＞0.05），考慮到排污塘和灌溉塘接納了大量外源負荷，溫度對CH4動態變化的影響可能受到其他因素的制約。

相關研究表明，外源負荷輸入等可改變溫度對水體CH4產生和排放的影響[40-41]。排污塘和灌溉塘受人為活動影響強烈，其有機質和營養鹽等負荷也高于自然塘（表1）。同時，排污塘CH4濃度與NO-3-N、NH+4-N和TN 呈現顯著正相關關系（表2）。考慮到水體CH4產生和排放主要與有機質含量相關，表明大量外源氮負荷輸送可顯著促進有機質降解，進而刺激水體CH4產生和排放，與已有研究相一致[25，44]。本研究中排污塘和灌溉塘營養鹽負荷要普遍高于城市池塘等其他受人為活動影響強烈的小型水體[8]。排污塘易受到人為活動干擾，生活污水排放至池塘導致水體受到嚴重污染，直接影響池塘中碳氮等元素的循環過程，致使其CH4變化對營養鹽也較為敏感[8，45]。值得注意的是，本研究發現灌溉塘CH4濃度與水溫均無顯著相關性，這可能是因為隨著農業化肥的不斷使用，大量的碳氮通過淋溶徑流和農業灌排等方式進入灌溉塘，改變CH4的產生和循環過程[33]。綜上，溫度并不是池塘等小型水體CH4動態變化的唯一調控因子，在評估全球變暖對池塘CH4排放影響時需要考慮多因子的綜合調控效應。

研究表明池塘CH4濃度與溶解氧具有顯著負相關關系（圖6）。DO 濃度可很好地指示自然塘、排污塘、養殖塘CH4濃度的變化，其分別控制自然塘、排污塘、養殖塘CH4濃度60%、49%、82%的變化。水體CH4產生和排放一般需要厭氧環境，低溶解氧有利于CH4生成和排放，因此本研究中池塘CH4濃度與DO呈顯著負相關關系[25，46]。此外，高營養鹽負荷不僅通過刺激微生物活動和增加氧氣消耗來促進CH4的產生，其引起的耗氧量增加也可以抑制CH4的氧化消耗，致使水體保持較高CH4溶存濃度[4，25]。例如，本研究中排污塘的營養鹽負荷最高，但其DO 濃度相對偏低（表1）。DO 不僅是衡量水環境的重要指標，也能指示水體生物化學循環過程[47]。因此，DO 可作為重要環境指標指示生物化學過程對水體CH4產生和排放的影響[25，45]。

小型池塘水體較淺，水域面積與周長比值高，單位面積接納的陸源碳更多，沉積物有機質代謝產生的CH4也更容易輸送到水表并排放到大氣中[39]。同時，小型水體沉積物碳累積速率高，也有利于微生物分解產生CH4[8，27]。野外實測數據表明，本研究中灌溉塘水體沉積物有機質含量可達18 g·kg-1，遠高于其他流域水體沉積物有機質含量[48]。自然塘CH4排放量最低，觀測數據表明其水體DOC濃度（6.17 mg·L-1）也顯著（P＜0.05）低于排污塘（12.08 mg·L-1）、養殖塘（9.36 mg·L-1）和灌溉塘（8.91 mg·L-1）。因此，沉積物及水體有機碳的礦化速率可能是CH4動態變化的主要調控因子。同時，該流域處于亞熱帶季風區，降雨頻繁，降雨一方面可攜帶營養鹽等外源負荷輸入池塘，刺激CH4產生和排放，另一方面可將農業流域內產生的CH4輸入到池塘，直接促進CH4的排放[25]。因此，池塘水體作為農業流域的組成部分，其CH4來源、產生和排放過程具有復雜性，進一步致使不同景觀池塘CH4排放的季節變化特征不同。

3.3 農業流域不同景觀池塘CH4排放綜合評估

小型池塘是大氣CH4重要排放源，也是目前全球CH4排放研究重點關注的對象[1，7]。本研究中農業流域4個池塘CH4擴散通量平均值為（1.64±1.16）mmol·m-2·d-1，是全球同等面積小型池塘CH4排放（0.65 mmol·m-2·d-1）的2.5 倍[1]，是全球平均湖泊CH4擴散排放通量的近11 倍[49]。相關研究表明富營養化湖泊是顯著的CH4排放源[50]，本研究中池塘CH4擴散排放通量分別是周邊太湖和巢湖CH4排放通量16 倍和7 倍多[4，51]。因此，在眾多CH4排放源中，農業流域池塘等水體CH4擴散排放等不容忽視。

農村流域水體生源要素積累是影響池塘水體CH4產生和排放增強的重要因素。本研究中養殖塘、排污塘和灌溉塘因大量碳氮等生源要素累積，其CH4濃度分別是自然塘的5.4、4.0 倍和2.3 倍，對應的CH4擴散通量分別為自然塘的6.0、3.0 倍和2.2 倍。其中，受農業施肥以及農村生活污水排放影響，灌溉塘（1.16 mmol·m-2·d-1）和排污塘（1.62 mmol·m-2·d-1）CH4擴散排放與城市高污染負荷景觀水體排放量處于相當水平[8]。基于1 a 的監測結果，不同池塘CH4年排放量分別為31.54（自然塘）、72.54（灌溉塘）、126.16 kg·hm-2·a-1（排污塘）和170.32 kg·hm-2·a-1（養殖塘），其CH4排放潛力低于我國稻田CH4排放平均水平，但與某些濕地處于相同水平[52]。前期研究表明包括池塘在內的我國湖庫濕地CH4排放總量為0.46 Tg·a-1[52]，結合我國池塘面積統計結果[15]，估算得到我國池塘水體CH4擴散排放量可達到0.31 Tg·a-1，是不可忽視的CH4自然排放源。尤其值得注意的是，該研究區域內養殖塘是大氣CH4熱點排放區域，CH4擴散排放高達3.23 mmol·m-2·d-1，需要重點關注。漁業統計年鑒表明，2020 年我國池塘養殖面積為2.625×106hm2[53]，據此估算得到我國養殖塘CH4排放總量為0.50 Tg·a-1。另外，在“退養還湖”政策影響下，湖泊養殖面積不斷下降[54]，池塘養殖將會成為我國主要淡水養殖方式，養殖規模和面積會逐年遞增。因此，為準確估算我國內陸水體對大氣CH4收支的影響，需要重點關注長江中下游等區域養殖塘CH4的動態變化趨勢。

農業流域水塘具備蓄水、納污、灌溉和養殖等多種功能，本研究結果表明不同用途/類型池塘CH4排放差距顯著，忽略池塘用途可能導致農業流域池塘CH4排放估算存在較大不確定性。另外，考慮到水體CH4排放空間異質性極大[1，4，9]，為準確量化不同景觀類型池塘CH4排放的差異，未來還要進行更多的野外調查。此外，已有研究表明，小型池塘CH4擴散排放在塘內不同點位間變化極小，但在受人為活動干擾后（例如排水和餌料投放等），其存在一定的空間變化[55]。因此，盡管本研究中池塘面積極小（表1），但在綜合評估池塘水體CH4擴散排放時，塘內空間變化也需考慮。

4 結論

（1）為期1 a的逐月野外調查結果表明，烔煬河農村流域小型池塘是大氣CH4的顯著排放源，年均CH4溶存濃度為（1.30±0.78）μmol·L-1，CH4擴散排放通量為（1.64±1.50）mmol·m-2·d-1。不同池塘CH4年排放量分別為31.54（自然塘）、72.54（灌溉塘）、126.16 kg·hm-2·a-1（排污塘）和170.32 kg·hm-2·a-1（養殖塘），其CH4排放潛力與濕地CH4排放處于同一數量級。

（2）農業活動以及生活污水排放致使流域內小型池塘成為大氣CH4熱點排放區域，相比于自然塘[CH4濃 度：（0.41±0.29）μmol·L-1；CH4通量：（0.54±0.49）mmol·m-2·d-1]，養殖塘、排污塘和灌溉塘CH4濃度分別是其5.4、4.0 倍和2.3 倍，對應的CH4擴散通量分別是其6.0、3.0倍和2.2倍。

（3）農村流域不同景觀池塘CH4濃度均表現出顯著的時間變化特征，但因受外源碳氮等生源要素累積以及人為活動干擾等影響，不同景觀池塘CH4時間動態變化的影響因素有所不同。本研究結果表明，忽略池塘用途/類型可能導致農業流域池塘CH4排放估算存在較大的不確定性。