长江万州段水-气界面CO2通量释放规律初探

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。