典型农业流域池塘甲烷浓度及扩散排放特征

张欣悦，肖启涛，刘臻婧，廖远珊，谢晖，邱银国，齐天赐，徐向华，段洪涛，

（1.南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京 210044；2.中国科学院南京地理与湖泊研究所 中国科学院流域地理学重点实验室，南京 210008；3.湖南省气候中心，长沙 410118；4.西北大学城市与环境学院，西安 710127）

水域生态系统CH4生物地球化学循环过程异常活跃，受人为活动影响显著[4，8-9]。但是，不同人为活动干扰强度下池塘CH4产生及其排放是否存在差异还不得而知[1]。小型池塘也是农业用地的重要景观组成[10-12]，全球农业用地扩张伴随着大量小型池塘的产生[2]。其中，农业流域池塘具备蓄水、纳污、灌溉和养殖等多种功能，但不同类型池塘CH4排放的综合研究鲜有报道。考虑到水体CH4排放的高度异质性，忽略池塘类型和用途可能导致农业流域池塘CH4排放估算存在较大的不确定性[3，9]。

我国是农业大国，池塘是我国典型的农业水利工程，广泛分布于我国东部和南部地区，为农业发展做出了巨大的贡献[13-14]。研究估计我国池塘等小型水体总面积达3.2 万km2，且主要分布在长江流域等耕地密集的区域[15]。但是，有关我国农业流域池塘CH4等温室气体排放的研究鲜有报道。另外，水体CH4排放与其外源负荷输入水平紧密相关[16-17]。同一农业流域内不同用途的池塘因其外源负荷水平不同，其生物化学循环过程及CH4排放也可能存在差异。巢湖流域位于我国东部地区，流域内种植大量农作物，农业面源污染严重，大量、广泛分布的池塘也是其最具特色的人为景观[18]。烔炀河流域的自然地理和社会经济特征在巢湖农村流域中极具代表性，因此，本研究选取烔炀河流域内4 种不同景观池塘（排污塘、灌溉塘、养殖塘和自然塘），基于为期近1 a 的逐月调查数据，探讨典型农业流域内不同用途和类型的池塘CH4排放的差异及其关键影响因素，以期为准确评估小型池塘CH4排放量及估算其碳收支提供科学数据和参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域及采样池塘分布

烔炀河流域是位于巢湖北岸的农村小流域，流域总面积约为89.3 km2（图1），属于典型亚热带气候，光照充足，雨量丰沛，年平均气温16 ℃，年均降水量1 120 mm。流域内土地利用类型包括耕地、林地和建设用地等。由于农业活动的不断进行以及农村生活污水的不断排出，流域内面源污染严重。结合烔炀河土地利用类型，选择研究区内4 种不同景观池塘（灌溉塘、排污塘、养殖塘、自然塘，图1）进行调查，所选水体水域面积在0.003～0.010 km2之间，平均水深范围为0.3～3.0 m，属于典型的小型景观水体。其中，灌溉塘面积最大，为0.010 km2，养殖塘面积最小，为0.003 km2。灌溉塘周边种植大量农作物，受农业活动影响最为显著；排污塘周边为高密度人口聚集地，接收大量的生活污水；养殖塘分布着大量芦苇等水生植被，为虾蟹等生长提供栖息地；自然塘则远离村庄，周边以天然林地为主，受人为干扰相对较小。

图1 烔炀河流域地理位置以及采样池塘Figure 1 Geographical location of the Tongyang River catchment and the sampled ponds

1.2 水样采集和CH4分析

池塘等小型水体水-气界面CH4交换通量的估算主要采用扩散模型法和静态箱法等[1-3]。为获取水体CH4溶存浓度，本研究采用国际上常用的扩散模型法估算池塘水-气界面CH4通量[1，6]，即野外采集水样分析CH4溶存浓度，结合水-气界面扩散模型法估算CH4通量。在2020年9月至2021年9月对流域内4种不同景观池塘进行为期1 a 的采样，采样频率为每月一次，每月下旬进行采样。在每个池塘采集水样用于CH4溶存浓度分析，采集水样时，保证水面没有扰动，用20 mL 针筒抽取表层20 cm 处的水样，并注意避免气泡产生，然后将16 mL 水样注入预置2 g 氯化钾、预先抽真空并注入高纯氮气（摩尔分数≥99.999%）的32 mL 棕色玻璃瓶内[19-20]。针筒在采集水样前用待采水样清洗2～3 次，为保证气密性，在实验室内将每个棕色瓶用丁基胶塞密封瓶口，并用铝盖压接，在野外水样采集完成后用密封胶密封针孔。采样结束后，将装有水样、密闭良好的棕色瓶立即倒置放入冷藏箱中，运回实验室进行处理分析。

水样运回实验室后将水样剧烈振荡5 min，待CH4气体在玻璃瓶中的气相（顶空部分）和液相（剩余液体）达到动态平衡，使用带有三通阀的注射器从瓶中抽取5 mL 气体，再通过气相色谱仪测量其浓度。水体CH4溶存浓度（cCH4，μmol·L-1）通过顶空平衡法计算，公式如下[21]：

式中：p0、p1分别为高纯氮气中CH4分压以及振荡平衡后混合气体中的分压，Pa；HS为采样瓶气相体积，mL；S为采样瓶中液相体积，mL；Vm为CH4气体的摩尔体积；Ke为平衡时CH4气体的溶解度，mol·L-1·Pa-1，计算公式参考Wanninkhof[22]的研究。

(2)农村居民点空间规模分布“热点”图结果表明，规模分布特征与密度分布特征呈现明显的负相关现象，农村居民点分布呈现大规模低密度和小规模高密度的空间关联特征。陇川县各乡镇农村居民点分布数量及规模差异显著，章凤镇和陇把镇农村居民点景观分布连片集中，清平乡、王子树乡、勐约镇与城子镇农村居民点景观更为分散破碎。

基于野外采样获取的水体溶存CH4浓度，利用经典的水-气界面气体扩散模型法计算池塘水体水-气界面的CH4扩散通量（Fm，mmol·m-2·d-1），计算公式为[23]：

式中：k为水-气界面CH4气体的传输系数，m·d-1；cCH4为基于公式（1）计算得到的CH4浓度，μmol·L-1；deq为特定温度下池塘表层水CH4气体与大气CH4达到平衡的浓度，μmol·L-1，在野外采样时，用针筒抽取水面上方空气，装入铝箔采样袋中密封保存，用气相色谱仪分析其气袋中大气样品CH4浓度（Ca），用于deq的计算：

观测数据表明烔炀河流域在大部分情况下处于低风速（＜3.5 m·s-1）环境，根据模型方程的适用性，k值计算公式为[23]：

式中：U10为10 m 高度处的风速，m·s-1，本研究根据烔炀河流域当地气象站观测的风速计算得到U10[24]；n为与风速相关的系数，当U10＞3.7 m·s-1，n=0.5，当U10＜3.7 m·s-1，n=2/3。Sc为无量纲CH4气体的施密特数，通过水温计算得到；Sc600为20 ℃时CH4的施密特数。Fm＞0表示水体溶存CH4浓度处于饱和状态（即大于平衡浓度），此时水体向大气释放CH4。

1.3 环境变量获取

在野外采样中，采用YSI 6600多参数水质监测仪原位测量池塘水体的水温、溶解氧（DO）、pH 值等。气温、降雨量来源于烔炀河流域当地自动气象观测站。另外，每次采样时，使用有机玻璃采水器采集表层500 mL水样用于营养盐浓度分析，原水样用于测定总氮（TN）、总磷（TP）浓度，TN 和TP 测定采用国家标准方法（GB/T 11894—1989、GB/T 11893—1989）。水样经GF/F玻璃纤维膜过滤后用于测定铵态氮（-N）和硝态氮（-N），-N 浓度测定采用纳氏试剂光度法，-N浓度测定通过流动分析仪分析得到，同时滤后水样通过总有机碳分析仪测定溶解性有机碳（DOC）浓度。化学需氧量（COD）使用重铬酸钾法测定。

1.4 数据分析

将实测的数据分景观池塘类型（自然塘、灌溉塘、排污塘、养殖塘）、分季节（3—5 月为春季、6—8 月为夏季、9—11 月为秋季、12 月至次年2 月为冬季）进行分析。使用SPSS 22.0 中的相关分析（Pearson correlations）方法分析CH4浓度及其排放通量与水体物理化学参数之间的相关系数，采用单因素方差分析（Oneway ANOVA）方法分析不同池塘之间CH4浓度、通量和水体理化指标的统计显著性差异，P＜0.05 为显著，P＜0.01为极显著。

2 结果与分析

2.1 环境变量特征

烔炀河流域气温与降雨量呈现极为明显的季节变化特征（图2a）。春、夏、秋、冬四季平均气温分别为19.0、29.9、22.4、8.7 ℃，夏季气温显著（P＜0.05）高于冬季气温。流域降雨同样具有季节变化特征，夏季降雨量显著（P＜0.05）偏高。4 种景观池塘DO 浓度呈现不同季节变化特征（图2b），自然塘、灌溉塘和养殖塘DO 浓度具有季节性差异（P＜0.05），夏季和秋季较低，冬季最高。排污塘和养殖塘DO 浓度季节变化不显著（P＞0.05）。另外，逐月观测数据表明4 种景观池塘TN也呈现不同季节变化特征（图2c），自然塘、排污塘和灌溉塘TN浓度季节变化趋势均不显著（P＞0.05），但养殖塘TN具有显著的季节变化特征，夏季TN显著（P＜0.05）高于其他3个季节。

图2 观测期间流域降雨量、气温以及4种景观池塘DO和TN浓度的逐月变化Figure 2 Monthly variations of rainfall，temperature，DO，and TN concentration in the four ponds during the sampling period

不同池塘之间关键环境参数呈现出明显差异（表1）。水温与气温变化高度相似（R2=0.94，P＜0.01），均呈现出显著的时间变化特征，但4 个采样塘水温之间无显著性差异（P＞0.05），年均水温为22.5 ℃。自然塘的DO 浓度最高（9.86 mg·L-1），但COD 浓度显著（P＜0.05）低于其他类型池塘。统计分析表明排污塘COD、-N、TN和TP浓度均显著（P＜0.05）高于其他类型景观池塘。总体上，排污塘营养盐负荷最高，灌溉塘和养殖塘次之，自然塘最低。

表1 观测期间4种不同类型水体基本理化参数特征Table 1 Physicochemical parameters in the four ponds during the observation period

2.2 CH4浓度的空间变化

4 种不同景观池塘的CH4浓度差异见图3。自然塘、灌溉塘、排污塘以及养殖塘CH4浓度均值分别为（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浓度显著（P＜0.05）低于排污塘和养殖塘，但与灌溉塘之间无显著差异（P＞0.05）。此外，排污塘CH4浓度与养殖塘也无显著差异（P＞0.05）。总体上，养殖塘CH4浓度最高。

图3 不同池塘CH4浓度Figure 3 CH4 concentrations in different ponds

2.3 CH4浓度的时间变化

本研究中不同景观池塘CH4浓度呈现不同季节变化特征（图4）。自然塘CH4浓度具有暖季高冷季低的特征，最高值出现在2020 年9 月（0.920 μmol·L-1），最低值出现在2021 年1 月（0.003 μmol·L-1）。值得注意的是，排污塘的CH4浓度出现了两个峰值。灌溉塘春、夏、秋、冬4 个季节的平均CH4浓度分别为1.260、1.050、0.870、0.008 μmol·L-1，冬季CH4浓度显著（P＜0.05）低于春季和夏季。养殖塘CH4浓度具有显著的季节变化特征，表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季。

图4 不同池塘CH4浓度的逐月变化Figure 4 Monthly CH4 concentrations in different ponds

2.4 CH4浓度的影响因子

水温是影响水体CH4浓度变化的重要因子。图5为4 个景观池塘CH4浓度与水温的相关性。结果表明，自然塘和养殖塘水温与CH4浓度呈现显著正相关关系，分别控制62%（R2=0.62，P＜0.01）和58%（R2=0.58，P＜0.01）的CH4浓度变化。但对于营养盐负荷较高的排污塘和灌溉塘，CH4浓度与水温则无显著相关性（排污塘：R2=0.16，P=0.23；灌溉塘：R2=0.20，P=0.16）。

图5 不同池塘CH4浓度与水温的相关性Figure 5 Correlations between CH4concentration and water temperature in different ponds

水体CH4主要是在厌氧环境下有机质降解产生的，一般与DO 关系密切。图6为4个景观池塘CH4浓度与DO 的相关性。结果表明，自然塘、排污塘以及养殖塘DO 与CH4浓度呈现显著的负相关关系，分别控制60%（R2=0.60，P＜0.01）、49%（R2=0.49，P＜0.01）和82%（R2=0.82，P＜0.01）的CH4浓度变化。但是，灌溉塘CH4浓度与DO无显著相关性（R2=0.21，P=0.15）。

图6 不同池塘CH4与DO的相关性Figure 6 Correlations between CH4 concentration and DO in different ponds

水体CH4的产生是一个动态、复杂的过程，受到诸多环境因子的调控。图7为不同景观池塘CH4浓度与TN 浓度的相关性。结果表明，排污塘和养殖塘CH4浓度与TN 呈现显著的正相关关系（排污塘：R2=0.51，P＜0.05；养殖塘：R2=0.52，P＜0.05），考虑到池塘CH4产生和排放主要受有机质的影响，CH4与TN 的正相关关系表明TN 可间接影响CH4的动态变化。但自然塘和灌溉塘CH4浓度均与TN 无显著（P＞0.05）相关性。此外，统计分析（表2）也发现自然塘CH4浓度与COD和-N呈显著正相关，排污塘CH4浓度与-N和-N、TN 呈显著正相关，养殖塘CH4浓度与-N呈显著正相关。同时，统计分析表明本研究中4 种不同景观池塘CH4浓度变化均与DOC 浓度无显著相关性。此外，整合所有数据分析发现，该流域池塘水体CH4也与DO 浓度（R2=0.38，P＜0.05）和-N 浓度（R2=0.17，P＜0.05）显著相关。

表2 CH4浓度与水体理化指标的相关性Table 2 Correlations between CH4 concentration and water environmental factors

图7 不同池塘CH4浓度与TN浓度的相关性Figure 7 Correlations between CH4 and TN concentrations in different ponds

2.5 CH4扩散通量时空变化特征

基于野外实测数据，结合水-气界面扩散模型计算得到本研究中4种景观池塘CH4扩散通量。结果表明，烔炀河流域4种景观池塘均是大气CH4的排放源，自然塘、灌溉塘、排污塘以及养殖塘CH4扩散排放通量分别为（0.54±0.49）、（1.16±0.87）、（1.62±1.59）、（3.23±4.09）mmol·m-2·d-1。养殖池塘CH4扩散通量最高，显著（P＜0.05）高于自然池塘和灌溉池塘的CH4扩散通量，与CH4溶存浓度变化趋势一致。另外，在公式（3）中用于计算CH4扩散通量的deq一般小于0.003 μmol·L-1，且用于通量计算的风速来自采样期间气象站实时观测数据，4 种景观塘的CH4扩散通量时间变化特征也与溶存浓度一致（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；养殖塘R2=0.78，P＜0.01），说明本研究中4 种小型池塘水-气界面CH4扩散通量主要受CH4溶存浓度驱动，与已有研究相一致[1，4]。综合4个不同景观池塘逐月调查数据，烔炀河流域池塘年均CH4扩散通量为（1.64±1.50）mmol·m-2·d-1。

3 讨论

3.1 不同景观池塘CH4浓度及其排放强度对比分析

本研究发现CH4溶存浓度及其扩散排放在4种不同景观池塘之间呈现显著差异。总体上，自然塘因受人为活动影响程度小，碳氮负荷相对较低（表1），具有最低的CH4浓度和扩散通量[25-27]。养殖塘具有最高的CH4浓度和扩散通量，其CH4排放量是自然塘的6倍。养殖塘接纳含有大量碳、氮的饲料及其他物质的投入，有机质含量高，为CH4的产生提供了有利条件[8，10，28]，进而成为大气CH4的显著排放源[29]。同时，养殖塘水深较浅（表1），有利于水底产生的CH4输送到水表[30-31]，增加水体CH4溶存浓度及其扩散排放。此外，野外采样发现养殖塘分布着大量水生植被（图1），可为CH4的产生提供直接的有机碳源等，直接促进CH4的产生和排放[8，32]。流域内人为活动干扰等导致养殖塘成为大气CH4的热点排放区域，其CH4扩散排放量远高于自然塘。

受流域农业活动和居民污水排放影响强烈的灌溉塘和排污塘也具有较高的CH4浓度和扩散排放（图3），灌溉塘和排污塘的CH4扩散排放分别是自然塘的2.2 倍和3.0 倍。由于农田排水、淋溶、径流和土壤侵蚀，大量外源负荷进入到灌溉塘中，为微生物提供有机底物进而刺激CH4的产生，导致灌溉塘CH4浓度及其排放通量显著升高[16，33-34]。同时，随着农业化肥的施用量增加，大量的外源负荷进入水体，进而可能影响水体CH4的产生和排放[25，35]。排污塘水体交换能力差，有机质等营养物质丰富，较高的氮磷负荷进一步刺激水体生物代谢活动，导致CH4的大量排放[36-37]。同时，生活污水输入可直接增加外源CH4输入，提高CH4浓度和排放通量[8，34]。值得注意的是，表征有机物污染的COD 在排污塘最高（表1）。因此，流域内农业活动持续进行以及居民污水的排放，大量陆源有机质进入池塘，丰富的外源负荷补给为池塘等水体CH4产生提供更多可利用底物，提升水体CH4浓度及其排放潜力[38-39]。

不同池塘CH4浓度和扩散通量的差异表明池塘类型是不可忽视的影响因素。全球数据表明，湖泊水体CH4浓度和排放量与其面积呈现显著负相关关系[1，40]，池塘水体因其面积极小，具有较高CH4排放量[3]。本研究表明，不同类型池塘CH4浓度和排放量差异显著（图3）。其中，自然塘外源负荷相对较低，其CH4浓度和排放量低于全球同等面积池塘的均值，但其他3种类型池塘则显著高于全球均值[1]。瑞典农业流域不同土地利用类型/用途小型池塘的CH4年均排放量差异极大，变化范围为0.02～7.59 mmol·m-2·d-1，且主要受外源碳氮负荷驱动[3]。综上，人为活动干扰强度是导致农业流域池塘等水体CH4排放强度出现差异的主要原因。

3.2 池塘CH4浓度变化的影响因素

本研究野外连续采样调查表明，自然塘和养殖塘CH4浓度均有明显的时间变化（图4）。水体CH4动态变化特征是生物地球化学及其他环境因素综合作用的结果[41-42]。水温是重要的水体物理参数，水体CH4的产生和排放对水温的依赖性较强，温度的变化可导致水体CH4发生相应的变化[4，43]。本研究统计分析结果表明水温对不同景观池塘CH4浓度影响程度不同（图5），其中，水温分别控制自然塘和养殖塘62%和58%的CH4浓度变化。自然塘受人为活动影响程度低，因此水温是其CH4浓度时间变化的关键驱动因子[4]。养殖塘CH4浓度与水温具有显著正相关关系，这表明水产养殖中的水热条件显著影响CH4的产生和排放。同时，植被生物量是水体CH4动态变化的关键影响因子，野外调查发现养殖塘分布着大量植被，因此温度可通过影响植被生长间接影响CH4变化[42]。但是，排污塘和灌溉塘CH4浓度与水温无显著相关性（P＞0.05），考虑到排污塘和灌溉塘接纳了大量外源负荷，温度对CH4动态变化的影响可能受到其他因素的制约。

相关研究表明，外源负荷输入等可改变温度对水体CH4产生和排放的影响[40-41]。排污塘和灌溉塘受人为活动影响强烈，其有机质和营养盐等负荷也高于自然塘（表1）。同时，排污塘CH4浓度与NO-3-N、NH+4-N和TN 呈现显著正相关关系（表2）。考虑到水体CH4产生和排放主要与有机质含量相关，表明大量外源氮负荷输送可显著促进有机质降解，进而刺激水体CH4产生和排放，与已有研究相一致[25，44]。本研究中排污塘和灌溉塘营养盐负荷要普遍高于城市池塘等其他受人为活动影响强烈的小型水体[8]。排污塘易受到人为活动干扰，生活污水排放至池塘导致水体受到严重污染，直接影响池塘中碳氮等元素的循环过程，致使其CH4变化对营养盐也较为敏感[8，45]。值得注意的是，本研究发现灌溉塘CH4浓度与水温均无显著相关性，这可能是因为随着农业化肥的不断使用，大量的碳氮通过淋溶径流和农业灌排等方式进入灌溉塘，改变CH4的产生和循环过程[33]。综上，温度并不是池塘等小型水体CH4动态变化的唯一调控因子，在评估全球变暖对池塘CH4排放影响时需要考虑多因子的综合调控效应。

研究表明池塘CH4浓度与溶解氧具有显著负相关关系（图6）。DO 浓度可很好地指示自然塘、排污塘、养殖塘CH4浓度的变化，其分别控制自然塘、排污塘、养殖塘CH4浓度60%、49%、82%的变化。水体CH4产生和排放一般需要厌氧环境，低溶解氧有利于CH4生成和排放，因此本研究中池塘CH4浓度与DO呈显著负相关关系[25，46]。此外，高营养盐负荷不仅通过刺激微生物活动和增加氧气消耗来促进CH4的产生，其引起的耗氧量增加也可以抑制CH4的氧化消耗，致使水体保持较高CH4溶存浓度[4，25]。例如，本研究中排污塘的营养盐负荷最高，但其DO 浓度相对偏低（表1）。DO 不仅是衡量水环境的重要指标，也能指示水体生物化学循环过程[47]。因此，DO 可作为重要环境指标指示生物化学过程对水体CH4产生和排放的影响[25，45]。

小型池塘水体较浅，水域面积与周长比值高，单位面积接纳的陆源碳更多，沉积物有机质代谢产生的CH4也更容易输送到水表并排放到大气中[39]。同时，小型水体沉积物碳累积速率高，也有利于微生物分解产生CH4[8，27]。野外实测数据表明，本研究中灌溉塘水体沉积物有机质含量可达18 g·kg-1，远高于其他流域水体沉积物有机质含量[48]。自然塘CH4排放量最低，观测数据表明其水体DOC浓度（6.17 mg·L-1）也显著（P＜0.05）低于排污塘（12.08 mg·L-1）、养殖塘（9.36 mg·L-1）和灌溉塘（8.91 mg·L-1）。因此，沉积物及水体有机碳的矿化速率可能是CH4动态变化的主要调控因子。同时，该流域处于亚热带季风区，降雨频繁，降雨一方面可携带营养盐等外源负荷输入池塘，刺激CH4产生和排放，另一方面可将农业流域内产生的CH4输入到池塘，直接促进CH4的排放[25]。因此，池塘水体作为农业流域的组成部分，其CH4来源、产生和排放过程具有复杂性，进一步致使不同景观池塘CH4排放的季节变化特征不同。

3.3 农业流域不同景观池塘CH4排放综合评估

小型池塘是大气CH4重要排放源，也是目前全球CH4排放研究重点关注的对象[1，7]。本研究中农业流域4个池塘CH4扩散通量平均值为（1.64±1.16）mmol·m-2·d-1，是全球同等面积小型池塘CH4排放（0.65 mmol·m-2·d-1）的2.5 倍[1]，是全球平均湖泊CH4扩散排放通量的近11 倍[49]。相关研究表明富营养化湖泊是显著的CH4排放源[50]，本研究中池塘CH4扩散排放通量分别是周边太湖和巢湖CH4排放通量16 倍和7 倍多[4，51]。因此，在众多CH4排放源中，农业流域池塘等水体CH4扩散排放等不容忽视。

农村流域水体生源要素积累是影响池塘水体CH4产生和排放增强的重要因素。本研究中养殖塘、排污塘和灌溉塘因大量碳氮等生源要素累积，其CH4浓度分别是自然塘的5.4、4.0 倍和2.3 倍，对应的CH4扩散通量分别为自然塘的6.0、3.0 倍和2.2 倍。其中，受农业施肥以及农村生活污水排放影响，灌溉塘（1.16 mmol·m-2·d-1）和排污塘（1.62 mmol·m-2·d-1）CH4扩散排放与城市高污染负荷景观水体排放量处于相当水平[8]。基于1 a 的监测结果，不同池塘CH4年排放量分别为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（养殖塘），其CH4排放潜力低于我国稻田CH4排放平均水平，但与某些湿地处于相同水平[52]。前期研究表明包括池塘在内的我国湖库湿地CH4排放总量为0.46 Tg·a-1[52]，结合我国池塘面积统计结果[15]，估算得到我国池塘水体CH4扩散排放量可达到0.31 Tg·a-1，是不可忽视的CH4自然排放源。尤其值得注意的是，该研究区域内养殖塘是大气CH4热点排放区域，CH4扩散排放高达3.23 mmol·m-2·d-1，需要重点关注。渔业统计年鉴表明，2020 年我国池塘养殖面积为2.625×106hm2[53]，据此估算得到我国养殖塘CH4排放总量为0.50 Tg·a-1。另外，在“退养还湖”政策影响下，湖泊养殖面积不断下降[54]，池塘养殖将会成为我国主要淡水养殖方式，养殖规模和面积会逐年递增。因此，为准确估算我国内陆水体对大气CH4收支的影响，需要重点关注长江中下游等区域养殖塘CH4的动态变化趋势。

农业流域水塘具备蓄水、纳污、灌溉和养殖等多种功能，本研究结果表明不同用途/类型池塘CH4排放差距显著，忽略池塘用途可能导致农业流域池塘CH4排放估算存在较大不确定性。另外，考虑到水体CH4排放空间异质性极大[1，4，9]，为准确量化不同景观类型池塘CH4排放的差异，未来还要进行更多的野外调查。此外，已有研究表明，小型池塘CH4扩散排放在塘内不同点位间变化极小，但在受人为活动干扰后（例如排水和饵料投放等），其存在一定的空间变化[55]。因此，尽管本研究中池塘面积极小（表1），但在综合评估池塘水体CH4扩散排放时，塘内空间变化也需考虑。

4 结论

（1）为期1 a的逐月野外调查结果表明，烔炀河农村流域小型池塘是大气CH4的显著排放源，年均CH4溶存浓度为（1.30±0.78）μmol·L-1，CH4扩散排放通量为（1.64±1.50）mmol·m-2·d-1。不同池塘CH4年排放量分别为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（养殖塘），其CH4排放潜力与湿地CH4排放处于同一数量级。

（2）农业活动以及生活污水排放致使流域内小型池塘成为大气CH4热点排放区域，相比于自然塘[CH4浓 度：（0.41±0.29）μmol·L-1；CH4通量：（0.54±0.49）mmol·m-2·d-1]，养殖塘、排污塘和灌溉塘CH4浓度分别是其5.4、4.0 倍和2.3 倍，对应的CH4扩散通量分别是其6.0、3.0倍和2.2倍。

（3）农村流域不同景观池塘CH4浓度均表现出显著的时间变化特征，但因受外源碳氮等生源要素累积以及人为活动干扰等影响，不同景观池塘CH4时间动态变化的影响因素有所不同。本研究结果表明，忽略池塘用途/类型可能导致农业流域池塘CH4排放估算存在较大的不确定性。