夏季城市温室气体排放特征及与温度的耦合

吴昊锦 王 博

(西安高新第一中学，西安 710075)



夏季城市温室气体排放特征及与温度的耦合

吴昊锦 王 博

(西安高新第一中学，西安 710075)

在全球变暖的背景下，对人口和植被分布特征分析的前提下探究城市生态系统中温室气体(甲烷、二氧化碳、氧化亚氮)波动特征及机理。实验以西安市中心到郊区农业区为主线，按照人口递减和植被绿化面积递增的前提选取4个采气点(钟楼、丰庆公园、绕城高速、滦镇)，共采集3次，每次重复3次，选取平均值来代表该区域温室气体浓度。结合气相色谱测定仪测定及与温度的分析发现：由于人口减少和植被增加，从钟楼途径丰庆公园和绕城高速到滦镇的过程中二氧化碳浓度大幅度降低，甲烷及氧化亚氮出现上升的趋势。

西安，城市生态系统，温室气体

1 引 言

人类焚烧化石矿物或砍伐森林并将其焚烧时产生的二氧化碳等多种温室气体，由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境(IPCC，2007)。

地球的大气中重要的温室气体主要包括：二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)等。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)。这三类气体造成温室效应的能力最强，但对全球升温的贡献百分比来说，二氧化碳由于含量较多，所占的比例也最大约为56%，但甲烷分子的致暖效应是二氧化碳分子的 25 倍，是继二氧化碳(CO2)之后最重要的温室气体(Forster et al.，2007；蔡博峰，2011)。

温室气体的增加对气候和生态系统的影响是一个更为复杂的问题。二氧化碳增加虽然有利于增加绿色植物的光合产物，但它的增加引起的气温和降水的变化，会影响和改变气候生产潜力，从而改变生态系统的初级生产力和农业的土地承载力。这种因气候变化而对生态系统和农业的间接影响，可能大大超过二氧化碳本身对光合作用的直接影响。按照气候模拟试验的结果，二氧化碳加倍以后，可能造成热带扩展，副热带、暖热带和寒带缩小，寒温带略有增加，草原和荒漠的面积增加，森林的面积减少。二氧化碳和气候变化可能影响到农业的种植决策、品种布局和品种改良、土地利用、农业投入和技术改进等一系列问题。因此在制定国家的发展战略和农业的长期规划时，应该考虑到二氧化碳增加可能导致的气候和环境的变化背景。这个问题对于面临人口膨胀和人均资源贫乏两大压力的我国，显得尤为重要和紧迫(IPCC 2014)。

2 材料与方法

2.1 研究地点

西安总人口846.78万(2010年统计)，人均绿化面积7.61平方米(2008年统计)位于渭河流域中部关中盆地，东经107.40度～109.49度和北纬33.42°～34.45°之间，辖境东西长约204公里，南北宽约116公里，面积9983平方公里，其中市区面积1066平方公里。

实验地点严格按照调节影响温室气体的因素(人口和植被)选取，起点以市中心钟楼为人口最多，植被最少的取样点，终止于植被丰富人口稀少的滦镇，中途经过植被和人口平衡的丰庆和绕城高速，共计四个采样点。

2.2 调查方法

按照植被绿化面积和人口数量为干扰因素选取4个取气点，其中从市中心到郊区是钟楼、丰庆、绕城、滦镇，人口减少，植被面积增加。实验利用注射器将气体注入密封气体采样袋中，并标注取样时地区气温，统一采样后集中在中科院植物研究所植被与环境变化重点实验室的气象色谱中心进行统一测样(刘伟等，2011)。

2.3 数据处理

实验过程中所获得的原始数据通过Microsoft Excel软件，求得平均值并编制成表，通过Sigmaplot.12软件进行数据的绘图和SPSS.18进行数据分析。

3 结果与分析

3.1 温室气体波动特征

通过对钟楼、丰庆、绕城、滦镇四个样点的二氧化碳，甲烷及氧化亚氮测定结果的分析发现：与实验前的预期相同，从市中心钟楼到郊区滦镇的过程中，二氧化碳的浓度随着植被增加和人口的减少而急剧减少(图1-a)，而甲烷和氧化亚氮的浓度随着远离市中心而增加，但整体浓度之间的差距相对比较小(图3-b+c)，整体区域温度符合城市热岛效应趋势，从市中心到郊区温度呈下降趋势(图1-d)。

图1 波动趋势图

3.2 温室气体与温度的耦合

经过不同温室气体与温度的耦合分析发现：西安城市生态系统从市中心钟楼到郊区滦镇的过程中，城市人口在下降而绿化植被在上升的前提下，我们研究发现二氧化碳的浓度与温度呈下降趋势，而甲烷和氧化亚氮呈显著上升，在结合温度的分析后认为二氧化碳与温度呈正显著相关(图2-a p=0.001 r2=0.924)，而甲烷和氧化亚氮与温度的相关性分析显示两者与温度都是显著负相关(图2-b p=0.008 r2=-0.698，图3.2c p=0.001 r2=-0.848)。

图1 相关性分析

4 讨 论

大气中的二氧化碳是生物圈中生物通过光合作用固定二氧化碳和呼吸作用消耗氧气产生二氧化碳之间平衡的结果。生物圈中各个生态系统之间的二氧化碳变化都与生物活动息息相关。当前作为全球变暖的头号元凶的二氧化碳更是在温室气体中占有很大比例。随着人类对自然的干扰调节作用越来越大，温室效应的直接结果首先在城市周边表现出来，而全球各国城市中心近乎同步的城市温室效应最终扩展到生物圈的其他生态系统中(IPCC，2007)。在此基础上我们探究西安市城市生态系统的温室气体特征及机理，通过对钟楼、丰庆、绕城、滦镇四个样点的二氧化碳，甲烷及氧化亚氮测定结果的分析发现：与实验前的预期相同，从市中心钟楼到郊区滦镇的过程中，二氧化碳的浓度随着植被增加和人口的减少而急剧减少，而甲烷和氧化亚氮的浓度随着远离市中心而增加，但整体浓度之间的差距相对比较小，整体区域温度符合城市热岛效应趋势，从市中心到郊区温度呈下降趋，同样表明温室会促进温室气体的排放高温已经被确定为一个促进植物材料甲烷排放的重要环境因子(Keppler et al.，2006；Vigano et al.，2008；Qaderi & Reid，2011)。

[1]IPCC第四次评估报告气候变化，2007(综合报告)，11-22.

[2]蔡博峰.城市温室气体清单研究-气候变化研究进展.气候变化研究进展，2011，7(1)：1673-1719.

[3]刘伟，王继明，王智平.内蒙古典型草原植物功能型对土壤甲烷吸收的影响植物生态学，2011，35 (3)：275-283.

[4]Forster P，Ramaswamy P，Artaxo P (2007) Changes in atmospheric constituents and in radiative forcing.In：Climate Change 2007，The Physical Science Basis.Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds Solomon S，Qin D，Manning M，Chen Z，Marquis M，Averyt KB，Tignor M，Miller HL).Cambridge University Press，Cambridge，UK，129-234.

[5]Keppler F，Hamilton JTG，BraM，Rckmann T (2006) Methane emissions from terrestrial plants under aerobic conditions.Nature 439，187-191.

[6]Takahashi K，Kosugi Y，Kanazawa A，Sakabe A (2012) Automated closed-chamber measurements of methane fluxes from intact leaves and trunk of Japanese cypress.Atmospheric Environment 51，329-332.

[7]Vigano I，Van Weelden H，Holzinger R，Keppler F，McLeod A，Rckmann T (2008) Effect of UV radiation and temperature on the emission of methane from plant biomass and structural components.Biogeosciences 5，937-947.

[8]Qaderi MM，Reid DM (2011) Stressed crops emit more methane despite the mitigating effects of elevated carbon dioxide.Functional Plant Biology 38，97-105.

Urban Greenhouse Gases Emission Character and Its Relation with Temperature during Summer

WU Haojin WANG Bo

(Xi′an Gaoxin No.1 High School，Xi′an 710075)

This experiment probes the greenhouse gases on the effect of the global warming in the urban ecosystem of Xi′an city during summer.The data come from four plots (from downtown to the suburb)of city，each plots got three times gases and three different time during summer.The result show CO2and temperature had great decreased.while N2O and CH4had the opposite tread.In addition，the temperature had the notable relationship with all of above.

Xi′an；urban ecosystem；greenhouse gases

吴昊锦，本文为高中大气环境议题的研究性学习成果

X81

A

1673-288X(2016)06-0236-03

引用文献格式：吴昊锦 等.夏季城市温室气体排放特征及与温度的耦合[J].环境与可持续发展，2016，41(6)：236-238.