水库温室气体研究进展

摘 要：文章综述了水库温室气体研究进展。水库作为内陆重要的生态系统，其温室气体的来源、迁移和转化已经被证明有全球化意义。目前国内外研究团队对水库温室气体研究取得了一系列成果，也存在一些问题，急需解决。

关键词：水库；温室气体；进展

水电作为可再生能源在带来巨大的经济效益同时，对水生态产生了巨大的改变，比如温室气体的排放问题。水库温室气体通量具有极强的时空不确定定性，涉及整个流域的碳循环。水库温室气体从水体传输到大气一般有三种途径，溶解性气体的扩散；气体浓度过饱和产生的气泡释放以及以植物作为媒介的传输。

1 国内外进展

水库温室气体的研究始于1993年，DucheminE和Lucotte M则首次对水库水-气界面上的温室气体通量进行了测定和计算[1]。Rudd等[2]最早报道了南美热带雨林地区水库CH4、CO2释放通量的观测数据，Fearnside[3]甚至认为某些热带雨林地区的水库的碳排放当量可与同等发电量的使用化石燃料电厂相當，进而对水电的清洁属性提出质疑。1993年到2003年，加拿大魁北克水电管理局组织科学家在加拿大寒带地区的205个水生生态系统开展了气-水界面温室气体的总通量的测量工作，通过长期开展的水库温室气体原位监测及不同类型水生态系统的对比研究，对水库温室气体产生机制、影响因素、监测方法、实验手段等方面做出了较全面的深入分析、并得出了丰富研究成果[4]。Soumis[5]观测了美国六个水库温室气体源汇变化基本情况，包括水气界面的扩散通量和泄洪道的消气作用甲烷和二氧化碳变化，同时发现扩散通量和水体pH值具有很高的相关性。Roehm[6]测试了加拿大魁北克La Grande 2和La Grande 3两个北方水库水轮机对二氧化碳源汇变化的影响，水体溶解二氧化碳以每月一次的频率进行了为期一年的采样，二氧化碳扩散通量是采用薄边界层法进行计算的，研究结果表明消气作用在冬季和春季变化最为剧烈。FrédéricGuérin[7]在法属Guiana和巴西两个水库研究了大坝以下河流对于热带水库温室气体的的影响及所占比例，研究结果发现大坝以下河流温室气体排放在整个水库温室气体源汇变化中占据很大的比例。

国内对水库温室气体排放的研究尚处于学习和摸索阶段。国内最早从事水域温室气体研究是从湖泊、湿地、海洋开始的。针对水库水域的温室效应研究也逐渐开始开展，汪福顺等[8]从2007年7月到2008年7月在中国四个典型亚热带水库进行了温室气体监测，观测指标包括水体CO2分压及水-气界面CO2交换通量，研究结果表明在四个水库二氧化碳的源与汇随站季节而变化。喻元秀等[9]对乌江流域洪家渡、红枫湖等水库的溶解二氧化碳进行了研究，估算出了这些水库水体的二氧化碳分压的分层分布特征及其排放通量。李红丽等[10]在具有十年库龄的典型温带水库北京玉渡山水库开展了二氧化碳和甲烷的原位监测，分析了其时空变化规律。赵登忠等[11]在三峡水库附近清江流域水布垭水库开展了水库二氧化碳和甲烷的原位监测，分析了水库上空温室气体大气浓度的时空分布特征。李干蓉等[12]在猫跳河流域梯级水库开展了水库水体溶解无机碳含量及其同位素的分析研究，其研究成果表明夏季水库溶解无机碳随深度增加而增大，表层水体受藻类生物作用的影响较大，而下层水体受到有机质降解作用的影响较大，同时溶解无机碳含量从上游到下游呈现逐渐降低的变化趋势，表明河流受到大坝拦截后水化学性质产生了显著的变化，大坝建设蓄水对于河流生源碳具有一定的拦截作用。2009年，重庆大学陈槐等[13]研究了三峡水库消落带的温室气体排放问题，认为三峡水库消落带新生湿地能够释放大量的CH4气体，由此推断三峡水库可能是一个重要的CH4排放源。

2 结束语

目前国内外针对水库温室气体的大部分研究主要还是基于某些点位的研究，主要围绕水库水气界面的温室气体净通量开展。但是各个研究团体并未在研究方法上形成一致性的标准。如中科院地化所刘丛强团队在乌江流域进行的水库温室气体研究基本上是利用水化学平衡模型结合薄边界层模型来计算出该区域水库水体在水气界面的温室气体交换通量[14]。该方法所测得的值均小于国外在热带与寒带区域所测得的值，且其值相差了一个数量级。郭劲松[15]在三峡库区及其部分支流采用通量箱法进行的实地测量所得值与刘丛强研究员团队的研究结果之间也存在明显的差距，这表明不同研究方法之间所得的计算结果也存在较大的差异性。但是，针对这一现象，由于缺乏测量的方法与技术应用标准，目前尚不能确定谁的研究结果更具有说服力。这也是目前国内外在该方面的研究存在的一个急需解决的问题。

参考文献

[1]Duchemin E， Lucotte M， Canuel R， et al. Production of the greenhouse gases CH4 and CO2 by hydroelectric reservoirs of the boreal region[J].Global Biogeochemical Cycles，1995，9（4）：529-540.

[2]Rudd J W M， Harris R， Kelly C A， et al. Are hydroelectric reservoirs significant sources of greenhouse gases？1993，22（4）：246-248.

[3]Fearnside P M. Hydroelectric dams in the Brazilian Amazon as sources of 'greenhouse'gases. Environmental conservation，1995，22（01）：7-19.

[4]Tremblay A. Greenhouse gas Emissions-Fluxes and Processes： hydroelectric reservoirs and natural environments[M].Springer Science & Business Media，2005.

[5]Soumis N， Duchemin ？魪， Canuel R， et al. Greenhouse gas emissions from reservoirs of the western United States[J].Global Biogeochemical Cycles，2004，18（3）.

[6]Roehm C， Tremblay A. Role of turbines in the carbon dioxide emissions from two boreal reservoirs， Québec， Canada[J].Journal of Geophysical Research： Atmospheres（1984-2012），2006，111（D24）.

[7]Guérin F， Abril G， Richard S， et al. Methane and carbon dioxide emissions from tropical reservoirs： significance of downstream rivers[J].Geophysical Research Letters，2006，33（21）.

[8]Wang F， Wang B， Liu C Q， et al. Carbon dioxide emission from surface water in cascade reservoirs-river system on the Maotiao River， southwest of China[J].Atmospheric Environment， 2011，4

5（23）：3827-3834.

[9]喻元秀，刘丛强，汪福顺，等.洪家渡水库溶解二氧化碳分压的时空分布特征及其擴散通量[J].生态学杂志，2008，27（7）：1193-1199.

[10]李红丽，杨萌，张明祥，等.玉渡山水库生长季温室气体排放特征及其影响因素[J].生态学杂志，2012，31（2）：406-412.

[11]赵登忠，谭德宝，汪朝辉，等.清江流域水布垭水库温室气体交换通量监测与分析研究[J].长江科学院院报，2011，28（10）：197-204.

[12]李干蓉，刘丛强，陈椽，等.猫跳河流域梯级水库夏-秋季节溶解无机碳（DIC）含量及其同位素组成的分布特征[J].环境科学，2009，30（10）：2891-2897.

[13]Chen H， Wu Y， Yuan X， et al. Methane emissions from newly created marshes in the drawdown area of the Three Gorges Reservoir[J].Journal of Geophysical Research： Atmospheres（1984-2012），2009，114（D18）.

[14]刘丛强，汪福顺，王雨春，等.河流筑坝拦截的水环境响应——来自地球化学的视角[J].长江流域资源与环境，2009，18（4）：384-396.

[15]郭劲松，蒋滔，李哲，等.三峡水库澎溪河流域高阳回水区夏季水体CO2分压日变化特性[J].湖泊科学，2012，24（2）：190-196.

作者简介：汪国骏（1990-），男，硕士研究生，研究方向：生态水利。