毛羽豐,何蕊序,李 宏,楊勝發(fā),,余薇薇,葉開來,林 彤,白小霞,何 強(qiáng)**

(1:重慶交通大學(xué),國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心,重慶 400074) (2:重慶交通大學(xué),水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400074) (3:重慶大學(xué),三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400045)

全球變暖問題一直以來都備受關(guān)注。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的一份報(bào)告顯示,隨著溫室氣體含量在大氣中的不斷增加,未來10～30年全球變暖可能達(dá)到1.5℃,這無疑增加了自然和人類系統(tǒng)的氣候相關(guān)風(fēng)險[1]。同時,我國明確提出2030年實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”與2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo),故在全球變暖和國家“雙碳”戰(zhàn)略背景下,研究溫室氣體源匯效應(yīng)具有重要的意義。

甲烷(CH4)作為全球第二大溫室氣體,在大氣中的輻射強(qiáng)度僅次于二氧化碳(CO2)。由于CH4在百年尺度上的單分子增溫效應(yīng)是CO2的28～34倍[2-3],因此即使CH4只占大氣中所有溫室氣體的5%～10%,其對全球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率也達(dá)到了30%～40%[4]。CH4在大氣中的濃度自1750年的0.5 mg/m3升高到了目前的1.29 mg/m3,增加了158%[5-6],約是CO2增幅的4倍,故隨著CH4濃度的持續(xù)增加,其對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)也會隨之增大,預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末,水體CH4排放量將再增加20%～54%[4]。

內(nèi)陸水體被認(rèn)為是CH4排放的一個重要來源,據(jù)估計(jì)全球淡水系統(tǒng)CH4排放約為103 Tg/a,占全球CH4排放總量的25%[4],特別是在人類活動的影響下,淡水系統(tǒng)CH4排放進(jìn)一步增強(qiáng),成為人為CH4排放的間接源[7]。而筑壩蓄水作為人類開發(fā)利用水資源的最主要方式,被認(rèn)為是對自然水生生態(tài)系統(tǒng)改變最大的人為活動。水庫溫室氣體排放近10年來廣受關(guān)注,據(jù)估計(jì)水庫的CH4排放約占全球人為CH4排放總量的20%[8],尤其是熱帶水庫較高的排放引發(fā)了水庫清潔性的爭論[9],甚至個別熱帶水庫溫室氣體釋放通量強(qiáng)于同等電能輸出的火電站[10]。與其它區(qū)域水庫CH4排放通量相比,中國水庫平均CH4排放通量在全球處于較低水平,占全球水庫的2.4%～4.8%[11]。水庫的建設(shè)阻斷了各自河流原有的連續(xù)狀態(tài),改變了水體和沉積物中的水力條件以及水環(huán)境條件等因素[12-16],進(jìn)而對溫室氣體的產(chǎn)生和排放造成了影響。

三峽水庫是世界上最大的水電項(xiàng)目,亦是目前中國最大的水庫,涉及防洪防旱以及水力發(fā)電等大規(guī)模運(yùn)作。庫區(qū)總庫容39.3 km3[8],全長約660 km,流域面積58000 km2。庫區(qū)分布有大小60余條支流,流域面積大于100 km2的支流有40余條[17]。此外,庫區(qū)支流河道上筑壩形成三峽庫區(qū)“庫中庫”的現(xiàn)象非常普遍。高水位的波動及生態(tài)調(diào)節(jié)壩的建設(shè)顯著地改變了三峽水庫,尤其是其支流的水文情勢及水環(huán)境,進(jìn)而可能對庫區(qū)支流水體CH4的排放產(chǎn)生較為復(fù)雜的影響。目前三峽水庫CH4排放的相關(guān)研究大多是圍繞某條特定的支流或干流的某段區(qū)域開展的[18-22],而三峽水庫整體CH4排放的相關(guān)研究或綜述則更側(cè)重于庫區(qū)整體CH4等溫室氣體排放量的統(tǒng)計(jì)分析、評估和預(yù)測[23-27]。但對于支流眾多且存在高度的時空異質(zhì)性的三峽庫區(qū),僅對某一區(qū)域進(jìn)行研究或僅對庫區(qū)內(nèi)CH4的整體排放量進(jìn)行分析評估是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。此外,支流的生境、水動力等條件對干流的CH4排放具有潛在影響[15,17-18,21]。因此,三峽水庫支流CH4排放的研究具有重要意義。鑒于上述因素,本文基于已有的文獻(xiàn)和數(shù)據(jù),闡述了三峽水庫的CH4排放情況,系統(tǒng)梳理并總結(jié)了三峽水庫支流CH4排放的主要影響因素,以期為三峽水庫CH4排放的控制和管理提供參考。

1 三峽水庫CH4排放情況

1.1 國內(nèi)外水庫CH4排放量對比

三峽水庫是目前中國最大的水庫,于2003年開始蓄水,采取夏落冬漲的反季節(jié)蓄水方式,是一種特殊的淡水水庫生態(tài)系統(tǒng)。自2010年三峽水庫蓄水至最高水位(175 m)以來,三峽庫區(qū)內(nèi)的支流由之前的天然河流變?yōu)樗畮煨秃恿?由于水位抬高,干流和支流水流變緩[26],水動力條件發(fā)生變化,進(jìn)而影響了CH4排放。

研究表明,國內(nèi)大型水庫水域CH4排放通量并不高,例如三峽水庫、密云水庫、五里峽水庫、二灘水庫等均遠(yuǎn)低于世界水庫的平均水平[11]。其中,三峽水庫位于亞熱帶地區(qū),是一個典型的河道型水庫,其CH4排放量與緯度較高的北方地區(qū)相當(dāng)[28]。作為世界上最大的水電項(xiàng)目,三峽水庫CH4氣體的排放一直是國內(nèi)外廣泛關(guān)注的熱點(diǎn),且其反季節(jié)的運(yùn)行方式,使得影響三峽水庫尤其是支流CH4排放的因素較為復(fù)雜。表1列舉了不同氣候類型下,國內(nèi)外各水庫CH4排放的通量和范圍。

表1 國內(nèi)外水庫CH4排放的通量和范圍Tab.1 Flux and extent of CH4 emissions from domestic and foreign reservoirs

通過對比國內(nèi)外水庫CH4排放的通量和范圍可見,在全球水庫CH4排放的平均通量中,三峽水庫位于較低水平,但在國內(nèi)水庫CH4排放的平均通量中,三峽水庫位于中等水平。因此,三峽水庫對我國CH4排放的貢獻(xiàn)存在著不可忽視的影響,具有重要的研究意義。

1.2 三峽水庫干支流CH4排放量對比

三峽水庫運(yùn)行前干流和支流CH4的年均排放通量分別為(0.09±0.04)和(0.17±0.05) mg/(m2·h)[36],而運(yùn)行后碳素遷移行為和環(huán)境效應(yīng)的改變使水庫表面監(jiān)測的CH4年均排放通量升高至(0.26±0.38) mg/(m2·h)[28]。已有研究監(jiān)測了三峽水庫干流和代表性支流的CH4排放通量。表2為三峽水庫干流與香溪河、澎溪河等具有代表性的典型支流的CH4通量平均值和范圍,研究表明,自三峽水庫運(yùn)行以來,典型支流(如香溪河)的CH4略微增加[37-39],且支流CH4的排放通量相對較大。盡管干流CH4的平均排放通量較低,但由于其水面面積約占整個水庫總水面面積的70%,故CH4的總排放量更大[23],而支流庫灣因營養(yǎng)條件豐富、甲烷氧化菌含量相對較低等原因,排放潛力更高[40]。同時,由于不同支流庫灣的生境條件、水動力條件不完全相同,支流CH4排放通量也存在顯著的時空異質(zhì)性。研究表明,位于三峽水庫庫尾的部分支流CH4排放通量要高于三峽水庫庫首及庫中的支流。干流和眾多典型支流(如澎溪河、龍溪河、香溪河)的CH4通量在夏季泄水期均達(dá)到全年峰值,而在冬季高水位運(yùn)行期均處于相對較低的水平[37,41]。

表2 三峽水庫干、支流CH4排放通量及范圍Tab.2 CH4 diffusion flux and extent of the main and tributary streams of the Three Gorges Reservoir

以上變化和差異可能是由于三峽水庫運(yùn)行后,干流和支流之間不同的水環(huán)境條件、水動力條件、氣象條件和人類活動,對水體中沉積物、藻類、微生物等的類型、分布產(chǎn)生的影響不同,從而間接影響了CH4排放通量。因此,本文針對以上原因?qū)χЯ鰿H4排放的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析和討論。

2 三峽水庫支流CH4排放的影響因素

2.1 水環(huán)境條件

三峽水庫成庫以來,支流水體富營養(yǎng)化的加劇和藻類的演替對CH4的產(chǎn)匯造成了重要的影響。同時,干支流水體溫度和微生物群落多樣性的差異是促進(jìn)支流CH4排放的重要因素。

2.1.1 藻類 三峽水庫支流水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致的藻類衰亡分解會驅(qū)動CH4的釋放,同時藻類的演替過程會加劇CH4的產(chǎn)生。

三峽水庫眾多典型支流均存在一定程度的水華。自三峽水庫建成以來,庫區(qū)水質(zhì)及生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化[46]。部分支流區(qū)域受干流水體頂托作用的影響,形成回水區(qū)域,導(dǎo)致水體交換作用減小,水體流速降低,處于準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài),水力學(xué)條件以及水中營養(yǎng)條件均適合浮游植物的生長,為水體中浮游植物的生長創(chuàng)造了條件[39]。庫區(qū)支流如澎溪河、香溪河、東溪河等的部分河段均出現(xiàn)了不同程度的富營養(yǎng)化現(xiàn)象[19]。其中以香溪河和神農(nóng)溪等為代表的典型支流頻繁出現(xiàn)嚴(yán)重水華[47-50]。

支流水華現(xiàn)象出現(xiàn)后,大量的藻類衰亡是影響CH4產(chǎn)生的一個重要因素[37,51-52]。本文將以往各典型支流研究中的葉綠素(Chl.a)和溶解性有機(jī)碳(DOC)濃度與對應(yīng)的CH4排放通量進(jìn)行了相關(guān)性分析[37,41-45]。Chl.a和DOC與支流CH4通量的相關(guān)系數(shù)分別為0.477和0.538,P值為0.016和0.003,結(jié)果表明三峽水庫支流水體的CH4排放與水中的Chl.a和DOC濃度呈正相關(guān)。一方面,藻類對維持水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要作用,藻類的正常生長階段能夠通過初級生產(chǎn)固定大量CO2成為水體的碳匯[53-54]。例如回水區(qū)長度較短的庫尾支流龍溪河,在水庫調(diào)度運(yùn)行下其水體滯留時間呈現(xiàn)不穩(wěn)定、劇烈變化的特點(diǎn),這使得龍溪河的各環(huán)境參量均呈現(xiàn)顯著的季節(jié)波動變化過程,而且水域生境的不穩(wěn)定,難以滿足浮游植物穩(wěn)定生長的要求。在缺乏有效浮游植物光合固碳能力的前提下,進(jìn)入水體的有機(jī)污染負(fù)荷增加勢必提高水柱中細(xì)菌對有機(jī)質(zhì)的降解,從而導(dǎo)致龍溪河支流的CH4排放量高于其他支流[41]。但另一方面,這些研究多關(guān)注于藻類生活史的生長聚集階段,忽視了藻類衰亡分解以及藻源有機(jī)質(zhì)(AOM)礦化等一系列生物化學(xué)過程將釋放CO2、CH4和N2O。尤其在初級生產(chǎn)力較高的富營養(yǎng)化水體中,CH4的釋放量會顯著增加[55-56]。藻類衰亡和分解會消耗水體中的溶解氧(DO),出現(xiàn)缺氧甚至厭氧的條件[57],提高厭氧微生物尤其是產(chǎn)甲烷菌的活性[58],同時藻的致密浮渣阻止了水體中的復(fù)氧過程[59]。研究表明,銅綠微囊藻的衰亡顯著增加了水體中的藻源碳素,提升了微生物產(chǎn)CH4代謝的底物,并為產(chǎn)CH4微生物創(chuàng)造了合適的厭氧環(huán)境,使得DOC成為影響CH4釋放的主導(dǎo)環(huán)境因子[60],三峽水庫典型支流CH4通量與DOC的相關(guān)性分析結(jié)果表明,CH4通量與DOC濃度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。此外,AOM比陸源有機(jī)質(zhì)對水生系統(tǒng)產(chǎn)CH4的促進(jìn)作用更為顯著[61]?？焖偎ネ鱿翧OM的迅速釋放會顯著改變藻源碳素的歸趨,有研究表明自然衰亡釋放的總碳中CH4僅占14.74%,而快速衰亡下的總碳中CH4占27.49%,且快速衰亡中氣體組分的CH4占比是自然衰亡下的1.86倍[60]。

此外,浮游植物演替也對CH4的產(chǎn)匯效應(yīng)有重要影響[62]。在藻華衰亡過程中,不同藻類的胞外有機(jī)物含量和特征各不相同,潛在的干預(yù)著溫室氣體的產(chǎn)生[62-64]。長期調(diào)查表明,三峽水庫的定期運(yùn)行可導(dǎo)致水庫及其支流中的優(yōu)勢浮游植物從以河流型為主的種類(如硅藻或甲藻)向以湖泊型為主的種類(如綠藻或藍(lán)藻)演替[65-67]。與河流型藻類相比,湖泊型藻類水華衰亡對CH4的產(chǎn)生起著更重要的作用,研究表明,湖泊藻類相較于河流藻類會消耗更多的DO,并為水體提供更為豐富的不穩(wěn)定有機(jī)質(zhì),從而為厭氧產(chǎn)甲烷過程提供更有利的條件[62]。三峽水庫蓄水后支流回水區(qū)(庫灣)水質(zhì)明顯下降,并在部分支流庫灣出現(xiàn)了顯著的藻類水華現(xiàn)象[68-69],尤其在香溪河、神農(nóng)溪、大寧河、小江等一級支流庫灣內(nèi)最為嚴(yán)重[70],且藻類水華優(yōu)勢種已逐漸由蓄水初期的硅藻、甲藻為主的河流型藻類向以藍(lán)藻、綠藻為主的湖泊型藻類演替[69-71]。

目前,三峽水庫支流庫灣藻華的季節(jié)演替如下:春季以硅藻和甲藻為優(yōu)勢種,夏季以綠藻和藍(lán)藻為優(yōu)勢種,秋季以綠藻、硅藻和甲藻為優(yōu)勢種,冬季以硅藻、甲藻為優(yōu)勢種[72]。蛋白核小球藻(綠藻門)和銅綠微囊藻(藍(lán)藻門)水華在衰亡的過程中,更易導(dǎo)致水體厭氧、還原和微堿性環(huán)境的產(chǎn)生,且會有更多不穩(wěn)定的有機(jī)物,如蛋白質(zhì)和多糖等被釋放到水中,為產(chǎn)甲烷菌提供可用的底物。此外,有害藍(lán)藻水華衰亡還能夠引起嚴(yán)重的生態(tài)負(fù)效應(yīng)并向水體釋放大量物質(zhì)如AOM和微囊藻毒素(MCs)等,從而影響城市水環(huán)境的健康與水體的碳行為[73]。在He等[74]對御臨河的研究以及Liu等[75]對香溪河的研究中均發(fā)現(xiàn)了MCs對水體碳行為的影響。研究表明,無毒銅綠微囊藻衰亡釋放了更多不穩(wěn)定有機(jī)物,包括類蛋白物質(zhì)和芳香蛋白類物質(zhì)等,這為厭氧產(chǎn)CH4過程提供了必要的底物。而高濃度的MCs與產(chǎn)毒微囊藻衰亡過程中CH4的產(chǎn)生呈負(fù)相關(guān),可能是由于高濃度的MCs對產(chǎn)CH4相關(guān)細(xì)菌的生長有抑制作用[73]。然而,盡管藻類在淡水水體中的生長衰亡過程對產(chǎn)CH4過程的影響已有較多的研究證據(jù)支持,但目前針對三峽水庫支流區(qū)域水華對CH4產(chǎn)排過程明確影響的系統(tǒng)性研究仍較為缺乏,是未來對三峽水庫支流CH4的研究中的一大重點(diǎn)。

除了藻類衰亡和分解過程對厭氧產(chǎn)CH4過程的貢獻(xiàn),有研究者發(fā)現(xiàn),藍(lán)藻還可以在磷酸鹽有氧環(huán)境中通過甲基膦酸鹽去甲基化釋放CH4,或通過光合作用同化CO2產(chǎn)生CH4,但作為地球上最普遍的生物群,藍(lán)藻在不同水環(huán)境中的產(chǎn)CH4機(jī)制不同[76-77]。此外,硅藻、隱藻、綠藻等淡水藻類[78],在水體的各種環(huán)境條件下都可以將無機(jī)碳轉(zhuǎn)化為CH4,然而三峽水庫支流流域有關(guān)淡水藻類的產(chǎn)CH4途徑尚不明確,仍有待進(jìn)一步研究。

2.1.2 溫度 溫度既可以直接影響CH4的生成速率和消耗速率,也可以通過對藻類的長生間接影響CH4通量。

較高的溫度環(huán)境會導(dǎo)致CH4在沉積物表面及支流水體中的生成速率和氧化速率提高,從而對CH4通量造成直接影響。本文將以往研究中各典型支流水溫與CH4排放通量的相關(guān)性分析進(jìn)行了匯總,表3為三峽水庫典型支流水溫與CH4通量的相關(guān)性分析。研究表明,支流CH4的生成和消耗速率均與溫度有顯著的正相關(guān)關(guān)系[45,79-81]。在澎溪河支流,5和8月是CH4釋放通量較高的時期,而11和2月則是CH4通量較低的時期,且在低水位時期水溫晝夜變化對CH4通量影響明顯,驗(yàn)證了水庫CH4通量產(chǎn)匯過程受控于溫度變化的基本認(rèn)識[79]。Wang等[81]在對香溪河支流的研究中發(fā)現(xiàn),其CH4的生成與消耗速率也與溫度呈顯著的正相關(guān),尤其是CH4的氧化速率與溫度相關(guān)系數(shù)甚至可以達(dá)到0.94,可見水溫是影響CH4通量的重要因素之一。且在高溫下CH4氧化速率的增加大于CH4生成速率的增加[81-82]。水溫的升高可以大大提高CH4的氧化速率,這尤其在深層水庫的CH4通量中占主導(dǎo)地位[37]。在夏季水溫最高時,氧化速率最高[83]。在香溪河支流中表層沉積物CH4的氧化量占總產(chǎn)量的51.8%,在35℃時甚至達(dá)到77.4%[81]。但在實(shí)際觀測條件下,CH4通量除受溫度影響外,還受到水深、水體中溶解的CH4濃度等因素的影響。盡管在溫度較高的夏季CH4在水體中的氧化速率升高,但夏季支流的水位相對較低,故CH4從沉積物遷移到大氣中的路徑較短,其在水體中的氧化和消耗時間更短,研究表明,深層沉積物中產(chǎn)生的CH4有51%～81%在水體中被氧化[59]。這可能是導(dǎo)致在實(shí)際觀測中夏季CH4排放量仍然普遍高于冬季的原因之一。

表3 三峽水庫典型支流水溫與CH4通量的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficient of water temperature and methane flux of typical tributaries of Three Gorges Reservoir

溫度的升高還會促進(jìn)藻類的生長,從而間接影響CH4排放。隨著氣候變暖,全球平均氣溫的升高已被證明會通過礦化作用刺激沉積物中營養(yǎng)物質(zhì)的釋放,從而加劇淡水的富營養(yǎng)化[84],且在溫度較高的環(huán)境(如熱帶湖泊)更有利于藻類的大量繁殖,產(chǎn)生更多CH4[77]。藍(lán)藻門的嗜高溫特性使其一般在夏秋季節(jié)大量繁殖[85],但也有研究發(fā)現(xiàn)三峽庫區(qū)部分河段的藍(lán)細(xì)菌門在春季和冬季濃度最高,推測其原因與三峽水庫反季節(jié)的調(diào)度運(yùn)行方式有一定的關(guān)系[86]。由于春季排水速度快,夏季洪水脈沖頻繁,春季和夏季三峽水庫的水文動態(tài)變化非常劇烈,因此可溶性碳在CH4生成過程中的停留時間較短[28]。而在冬季,地下水位較高,且波動較小,有利于藻類增殖,因此有更多的底物支持CH4的產(chǎn)生[87]。

2.1.3 微生物 三峽水庫CH4排放的主要來源是底部缺氧狀態(tài)下沉積物中有機(jī)物的分解[18,79,83]。尤其是在溫度較高的夏季,相關(guān)微生物活性增強(qiáng),會導(dǎo)致沉積物中有機(jī)質(zhì)分解作用進(jìn)一步增強(qiáng)[19]。其中,產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌作為影響CH4產(chǎn)排放的主要微生物在三峽水庫干支流中大量存在[52],典型支流中與CH4產(chǎn)排相關(guān)的微生物菌群及其與CH4通量的相關(guān)性如表4所示,以unclassified_p_Euryarchaeota和norank_c_environmental_samples為代表的產(chǎn)甲烷菌與CH4通量呈正相關(guān)關(guān)系,以Methylosarcina和Methylobacter為代表的甲烷氧化菌與CH4通量呈顯著負(fù)相關(guān),這與其在支流水體中的分布結(jié)果一致[19]。在蓄水期干流和支流的微生物多樣性沒有顯著差異,具有低溫生存優(yōu)勢的Ⅱ型甲烷氧化菌在三峽庫區(qū)水體中大量存在;而在蓄水結(jié)束前(3月)和泄水期三峽庫區(qū)微生物群落多樣性有著顯著的空間差異,干流原核生物群落的平均α多樣性指數(shù)高于支流,大部分優(yōu)勢原核生物(占所有預(yù)測官能團(tuán)的0.05%～53.1%)參與碳循環(huán)(如甲基營養(yǎng)菌和光能自養(yǎng)菌),這可能是因?yàn)樗蛔兓瘜?dǎo)致大量來自周圍土壤的I型甲烷氧化菌被輸入并穩(wěn)定生長于水庫中[46]。研究表明,部分支流沉積物中的甲烷氧化菌相比于干流含量較低[19],而通過微生物氧化在水體中損失的CH4的比例遠(yuǎn)高于排放到大氣中的CH4的比例[83],因此支流氧化CH4的能力相比于干流較弱,這可能是導(dǎo)致支流CH4通量較高的原因之一。

表4 三峽水庫典型支流CH4相關(guān)菌群與CH4通量的相關(guān)性[19]Tab.4 Correlation between methane-associated flora and methane flux in typical tributaries of the Three Gorges Reservoir

此外,雨季細(xì)菌通常比旱季更豐富,因?yàn)橛昙舅疁剌^高更有利于細(xì)菌生長,且雨季會有更多的微生物進(jìn)入水體[88]。彭興意等[19]研究發(fā)現(xiàn),某未分類屬產(chǎn)甲烷菌unclassified_p_Euryarchaeota的豐度變化在干、支流出現(xiàn)差異,原因可能是受干、支流的環(huán)境差異影響。因8月份重慶雨季來臨,降雨量大增,造成庫區(qū)上游攜帶大量微生物進(jìn)入研究區(qū)域,而其中含有大量產(chǎn)甲烷菌unclassified_p_Euryarchaeota,從而增加了該產(chǎn)甲烷菌豐度,對CH4通量增加造成了影響。雨季來臨后上游洪水所攜帶的3類Ⅰ型甲烷氧化菌(unclassified_c_Gammaproteobacteria,Methylobacter,Methylosarcina)較少,導(dǎo)致在干流點(diǎn)位的該甲烷氧化菌豐度減少。又由于回水頂托現(xiàn)象,干流江水倒灌進(jìn)支流點(diǎn)位,使得支流點(diǎn)位的該甲烷氧化菌豐度略微減少,從而對CH4通量造成一定影響。在康斯坦茨湖[89]以及我國濕地[90]的相關(guān)研究均證明,Ⅰ型甲烷氧化菌主導(dǎo)著我國湖泊沉積物中的CH4氧化過程,對CH4通量有著顯著的影響。

CH4的生成不僅僅依靠賦存于沉積物及水體中的產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌,還可能來自有氧環(huán)境中其他微生物的代謝作用[91]。Lenhart等[92]首次證明了真菌可以在有氧條件下,以甲硫氨酸為前體產(chǎn)生CH4,具體產(chǎn)生量取決于代謝底物和真菌種類。而在以往的研究中曾發(fā)現(xiàn),真菌群落在三峽水庫支流藻類大量生長后的相對豐度與日俱增[93]。此外,紫色非硫細(xì)菌作為一種常見于淡水水體的光能異養(yǎng)型細(xì)菌在全球碳循環(huán)中也起著關(guān)鍵作用,其可以在有氧條件下通過固氮酶將CO2還原為CH4[77]。這些微生物可能成為三峽水庫干支流CH4排放的重要途徑之一,但目前大多數(shù)研究僅聚焦于水環(huán)境因素及厭氧產(chǎn)CH4過程對CH4通量的影響,而好氧產(chǎn)CH4過程對三峽水庫干支流CH4通量的影響還缺乏有力的證據(jù)。

2.2 水動力條件

三峽水庫在不同的運(yùn)行期,支流的水動力條件存在較大的差異,因此對CH4的產(chǎn)生和傳輸過程有著不同的影響。同時,由水庫運(yùn)行導(dǎo)致的水動力條件變化還會影響支流的水溫分層、藻類生長和有機(jī)物分布,進(jìn)而對CH4通量造成間接影響。

2.2.1 水位 三峽水庫采用冬蓄夏排的反季節(jié)運(yùn)行方式。在“蓄清排渾”的水庫調(diào)度運(yùn)行方案下,水庫每年2-5月為泄水期,6-9月水庫在低水位運(yùn)行,10月至次年1月為高水位運(yùn)行。這樣反季節(jié)性的水位漲落過程在很大程度上影響著水-氣界面碳源氣體的釋放[51, 94]。水庫蓄水運(yùn)行后,其人控調(diào)度方案對庫區(qū)支流的水動力條件有較為明顯的影響,支流水位波動對CH4冒泡和CH4氧化有著直接影響[19]。

支流沉積物中形成的CH4主要通過擴(kuò)散遷移和冒泡的方式進(jìn)入上覆水體,在此過程中水深是調(diào)節(jié)水體向大氣排放CH4的關(guān)鍵因子,在深度較大的高水位時期,CH4主要以擴(kuò)散的方式進(jìn)行釋放,而在深度較小的低水位時期,CH4主要以冒泡的方式進(jìn)行釋放[18, 83]。研究表明,CH4排放通量與水位呈顯著負(fù)相關(guān)[83],低水位更有利于CH4的傳輸,減少了CH4在運(yùn)輸過程中的氧化[37]。有對澎溪河支流的研究表明,入汛前水位在該時期已經(jīng)降至145 m最低水位,靜水壓力減少有利于底部積累的氣泡集中釋放[95]。在7月主汛期,水體流動劇烈,庫灣水位陡漲陡落,且壩前水位越低,流速越大,離干流距離越遠(yuǎn),流速變化幅度越大[96]。故盡管7月水溫進(jìn)一步升高,但水文水動力特征可能不利于氣泡形成并釋放。而進(jìn)入8月伏旱期后,徑流量下降為氣泡釋放創(chuàng)造了穩(wěn)定的緩流環(huán)境,水體中再次形成大量氣泡并釋放出水面[95]。盡管夏季沉積物上方水位變化快,相關(guān)的靜水壓力波動強(qiáng),產(chǎn)生的CH4氣泡可能會溶解到水中[37],導(dǎo)致溶解的CH4濃度和氧化活性較高,但由于水位低,CH4到達(dá)大氣的速度比其他季節(jié)更快,故CH4的總消耗率是最低的。盡管在秋季溶解CH4濃度和氧化活性較低,但由于水位高,水體中CH4在傳輸過程的消耗量大,排放到大氣中的CH4就相對較少[83]。在Xiao等[37]對香溪河的CH4通量進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),CH4最大月通量出現(xiàn)在6月,對應(yīng)最低水位,且水位的持續(xù)大幅下降導(dǎo)致CH4在6月的擴(kuò)散通量比接下來9個月的平均通量高33倍。這再次驗(yàn)證了水庫運(yùn)行導(dǎo)致的支流的水動力條件變化對CH4通量有著直接影響,即低水位導(dǎo)致的低靜水壓力減少了CH4在水體中的消耗,更有利于CH4擴(kuò)散到大氣中。

2.2.2 流速 三峽水庫運(yùn)行導(dǎo)致的水動力條件變化還會影響支流水體的流速、溫度分層、藻類生長和有機(jī)物分布等因素,從而對支流CH4通量造成間接影響。三峽水庫蓄水期間,壩前干流平均流速由2 m/s降至0.17 m/s[97]。受干流水體的回水頂托的影響,支流上游來水的沖擊得以減緩,使得部分支流庫灣水流緩慢,流速基本小于0.05 m/s[98],促進(jìn)了懸浮物的沉積,通過筑壩捕獲的沉積物和相關(guān)的碳可以礦化為CO2和CH4,導(dǎo)致上游沉積物中的CH4含量高于下游[19,99],水-氣界面上游CH4擴(kuò)散通量高于下游,這與沉積物中TOC和CH4的變化趨勢一致[34],但與此同時蓄水期水深的增加也會促進(jìn)CH4在釋放過程中的氧化,這在一定程度上減少了因污染負(fù)荷增加而導(dǎo)致的CH4排放的增量[23]。泄水期間,盡管由于CH4在向水面?zhèn)鬏敃r存在氧化過程,但三峽水庫支流下游水位的大幅波動仍是潛在的CH4排放源[21],在部分回水區(qū)極短庫尾支流,水體流速的急劇變化可能會導(dǎo)致CH4在水體中的傳輸速率增加[41]。此外,陸源有機(jī)碳已被認(rèn)為是河流顆粒有機(jī)碳的主要來源,而嚴(yán)重的土壤侵蝕已被認(rèn)為是沉積物來源的主要部分[100-101]。泄水期間水位周期性大幅波動導(dǎo)致兩岸河岸帶土壤侵蝕,會使更多的有機(jī)質(zhì)進(jìn)入河床,下游沉積物中TOC急劇增加[18]。與此同時,Huang等[45]認(rèn)為,泄水期可能會減少變動回水區(qū)的水力停留時間,且主干流的入侵會增加水柱中的湍流混合[102]。這就降低了變動回水區(qū)在低水位時期形成溫度分層的可能性,從而破壞適合藻類生長的穩(wěn)定環(huán)境,最終抑制藻類生長[103],這可能會導(dǎo)致CH4排放量在一定程度上的減少。在水位較高且波動較小的冬季,更有利于浮游植物的生長,因此有更多的底物支持CH4的產(chǎn)生[88]。但與此同時,高水位運(yùn)行期間上覆水DO濃度比低水位運(yùn)行期間更高,這可能會在一定程度上抑制CH4的產(chǎn)生,進(jìn)而降低庫底CH4濃度[20]。

2.2.3 溫度分層 干支流溫度差引起的溫度分層現(xiàn)象也是加劇藻類水華、促進(jìn)CH4排放的重要因素之一。目前三峽水庫壩前并未呈現(xiàn)出明顯的溫度分層現(xiàn)象,但現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)部分支流存在不同程度的溫度分層[23]。由于三峽水庫干流、支流及上游來流的水體密度差和溫差導(dǎo)致三峽水庫蓄水后支流庫灣普遍存在分層異重流現(xiàn)象[104]。長江干流水體在冬季、春夏季、秋季分別通過底層、中層和表層倒灌入支流庫灣[105],這說明在不同季節(jié),三峽水庫各支流庫灣的分層現(xiàn)象具有普遍性[72]。圖1為三峽水庫支流常見的兩種水溫分層模式和分層結(jié)構(gòu)與水華間的關(guān)系。分層異重流驅(qū)動下的混合層(Zm)與臨界層(ZCr)的關(guān)系是決定水華生消的關(guān)鍵[72]。一方面分層異重流強(qiáng)迫支流庫灣水體分層,驅(qū)動三峽水庫支流庫灣藻類暴發(fā)[106];另一方面,倒灌異重流持續(xù)攜帶干流營養(yǎng)鹽對庫灣水體進(jìn)行補(bǔ)給,豐富了庫灣水體中藻類可利用的營養(yǎng)鹽[72]。例如Jin等[107]對香溪河進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),香溪河支流夏季水體分層強(qiáng)烈,且河流溫度分層強(qiáng)度從下游到上游逐漸增強(qiáng)。下游溫度分層較弱,Chl.a濃度也相應(yīng)偏低,這可能是長江與香溪河水體交換頻繁所致。溫度分層現(xiàn)象會導(dǎo)致支流水體水華現(xiàn)象的加劇[106],從而使CH4排放通量增大。

圖1 三峽水庫支流雙斜棍型(a)及半U型(b)水溫分層模式[72]和分層結(jié)構(gòu)與水華間的關(guān)系(c)[106]Fig.1 Water temperature stratification pattern of tributaries of the Three Gorges Reservoir with double inclined stick type (a) and semi-U type (b) [72] and relationship between water temperature stratification and blooms (c) [106]

2.3 人類活動

隨著人類活動影響的加劇,三峽水庫支流水體的水環(huán)境特性發(fā)生了顯著的變化。其中以三峽水庫支流土地利用變化為主的人類活動是導(dǎo)致支流水體富營養(yǎng)化加劇、CH4排放量增大的一個重要原因。三峽水庫建設(shè)前后10年內(nèi),共有6118.563 km2的土地利用類型發(fā)生變化,占整個庫區(qū)土地覆蓋面積的10.48%。其中,耕地面積減少,而林地、草地和水庫面積逐漸增加,建設(shè)用地面積迅速擴(kuò)展。耕地面積減少的主要原因是退耕還林工程的實(shí)施,但在10年的變化中退耕的土地仍非常有限,其中坡度在25°以上的耕地中55%為坡面耕地,松散的表層易誘發(fā)土壤侵蝕,形成庫區(qū)一定程度的面源污染[108]。三峽水庫支流庫灣在低水位運(yùn)行時期,消落帶落干期與作物生長期重疊,且由于坡度平緩、土壤肥力較高,常被近岸農(nóng)民開墾利用,然而這種土地利用方式可能會對支流水環(huán)境造成影響。研究表明,各土地類型的甲烷氧化速率一般為:森林>退耕還林土地>草地>耕地[5]。農(nóng)業(yè)耕作對土壤的物理干擾可以大大減少土壤甲烷的氧化,這可能是由于不利的營養(yǎng)條件或農(nóng)藥、化肥等擾亂了土壤的理化性質(zhì)及甲烷氧化菌的生理和群落結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致甲烷氧化菌多樣性的減少,使得CH4氧化速率降低[5,109]。此外,在淹水條件下,農(nóng)藥、化肥及作物殘?bào)w攜帶的污染物浸出后釋放進(jìn)入水體,將增加水質(zhì)惡化風(fēng)險,并提高在周期性水位波動下CH4的產(chǎn)生潛力[110-111]。尤其是在污染負(fù)荷水平、淹沒陸域土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)、土壤全氮(STN)等指標(biāo)較高的庫尾支流龍溪河,水庫運(yùn)行導(dǎo)致其流域年均輸沙模數(shù)達(dá)2939.0 t/km2,水體的有機(jī)污染負(fù)荷增加提高了水體中細(xì)菌對有機(jī)質(zhì)的降解,從而導(dǎo)致CH4產(chǎn)生潛力相較于其他支流更高[41]。消落帶占三峽水庫表面積的1/3以上,消落帶的總CH4排放量占三峽水庫表面總排放量的42%～54%[112]。研究表明,消落帶農(nóng)業(yè)耕作將加劇氮、磷流失風(fēng)險,化肥投入量大,但作物利用效率低,是形成污染的主要原因[110]。當(dāng)土壤氮、磷盈余時,可能提高土壤肥力,但也常以徑流、淋溶等方式進(jìn)入水體,危害水環(huán)境[113],且不同的支流環(huán)境下不同耕地利用類型的氮、磷盈余負(fù)荷量也有較大差異,其對水環(huán)境的潛在威脅也各不相同。與棄耕地相比,農(nóng)耕地作物的覆蓋度相對較低,受到翻耕等物理干擾,會加速消落帶土壤的營養(yǎng)物流失[114],這可能會進(jìn)一步導(dǎo)致支流水體富營養(yǎng)化的加劇,并最終導(dǎo)致CH4排放通量的增加。

三峽水庫支流筑壩作為土地利用類型之一改變了河流的水力條件,并抑制了有機(jī)物的傳輸,增加了水體中的產(chǎn)CH4底物,促進(jìn)了CH4的產(chǎn)生。一般來說,水庫建設(shè)導(dǎo)致的CH4排放通量增加主要是來自有機(jī)物的分解[117]。筑壩對顆粒有機(jī)碳(POC)在河流中的遷移和歸宿有著顯著的影響,陸源POC的輸入會受到水庫調(diào)度運(yùn)行引起的水位變化和流量調(diào)節(jié)的影響[117],水位的周期性波動會導(dǎo)致兩岸河岸帶土壤侵蝕,從而使更多的有機(jī)質(zhì)進(jìn)入河床[19],且強(qiáng)烈的水位波動會引發(fā)滑坡和泥石流,增加水體中的自源和陸源POC[118-120],為CH4的產(chǎn)生提供更多底物。同時,筑壩使從河流到水庫的流速降低,水力停留時間增加,減少了POC的傳輸,將上游流域的陸源有機(jī)碳收集到水庫底部,促使水庫底部缺氧生境的形成,為CH4的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件[121]。此外,有研究表明,不同于蓄水期,泄水穩(wěn)定期支流沉積物產(chǎn)生的CH4主要通過冒泡釋放的方式排放至大氣環(huán)境,占總釋放量的比例達(dá)99.5%以上,支流生態(tài)調(diào)節(jié)壩的攔截蓄水作用導(dǎo)致其上游水位較高[21],下游水位落差大,水深較淺,故CH4冒泡通量較大,下游的CH4通量明顯高于上游,導(dǎo)致下游成為CH4排放的一個周期性熱點(diǎn)[18]。

由此可見,在三峽庫區(qū)蓄水和泄水期間,因支流的生態(tài)調(diào)節(jié)壩對水體及其生源物質(zhì)的攔截作用,其上下游河段的水文條件和生境特性產(chǎn)生了較大差異,對河流沉積物中CH4的產(chǎn)生、釋放等產(chǎn)排全過程均有顯著影響。

2.4 氣象條件

氣象條件也是影響三峽水庫支流CH4排放通量的關(guān)鍵因素之一,主要通過降雨對CH4通量造成間接影響。降雨會攜帶更多的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入支流,并同時對水體產(chǎn)生一定的擾動,破壞水體的溫度分層,從而對CH4通量造成影響。

降雨導(dǎo)致的水體營養(yǎng)物濃度增加為CH4的產(chǎn)生提供了更多底物。研究表明,降雨量增加會進(jìn)一步導(dǎo)致徑流的增加,由于周圍土地和三峽水庫支流的大量進(jìn)水,從而使更多的營養(yǎng)物質(zhì)從陸地輸入水體;而在部分旱季,降雨量的減少和較低的流入、流出速率會產(chǎn)生更高的稀釋效應(yīng)[88],但同時強(qiáng)蒸發(fā)作用的增強(qiáng)會對稀釋產(chǎn)生一定程度的削弱[122-123]。降雨事件帶來的這些變化最終會加劇水體富營養(yǎng)化,在三峽水庫的主要支流中,近30%受到了嚴(yán)重污染[88]。在三峽水庫支流,雨水和地表徑流帶入河流的SOM在河流中的分解,是其CH4的排放源之一[19]。

降雨向水體帶入營養(yǎng)物質(zhì)的同時,也會對支流水體產(chǎn)生擾動,進(jìn)而影響CH4在水體中的傳輸過程。雨季洪水的沖刷導(dǎo)致更多的泥沙從周圍土地進(jìn)入三峽水庫,會造成支流水體濁度的增加和光利用率的減少,高水平的濁度可以抑制浮游植物和微生物的生長,從而對CH4排放過程產(chǎn)生影響。此外,Huang等[45]通過對三峽水庫澎溪河庫灣的研究發(fā)現(xiàn),庫灣CH4排放高值出現(xiàn)在泄水期及低水位運(yùn)行初期,推斷夏季頻繁的暴雨洪水對水溫分層的破壞導(dǎo)致排放量的增加。紀(jì)道斌等[124]的監(jiān)測結(jié)果表明,在強(qiáng)降雨時期,暴雨產(chǎn)生的上游低溫洪水可以導(dǎo)致支流庫灣上游段表底層溫差驟降高達(dá)6℃,庫灣中游監(jiān)測平臺斷面底部約10 m深度水層上下溫差降幅達(dá)2～3℃,反映出底部來流對分層水體的明顯擾動,為底部高濃度CH4的向上遷移提供了條件。由此可見,降雨徑流事件能夠通過對水體的擾動對庫灣CH4釋放產(chǎn)生影響,但影響程度與降雨徑流量級相關(guān)[125]。

3 結(jié)論

三峽水庫支流CH4排放的通量相比于干流較大,對三峽庫區(qū)CH4排放通量有著重要的影響。支流CH4排放通量存在顯著的時空異質(zhì)性,位于三峽水庫庫尾的部分支流CH4排放通量要高于三峽水庫庫首及庫中的支流。在眾多典型支流中,大多數(shù)支流的CH4通量在夏季均達(dá)到全年峰值,而在冬季高水位運(yùn)行期均處于相對較低的水平。本文系統(tǒng)梳理了影響三峽水庫支流CH4排放通量的因素,主要包括水環(huán)境條件、水動力條件、人類活動和氣象條件4個方面的影響。

1)水環(huán)境條件中水華、溫度和微生物是影響支流CH4通量的關(guān)鍵因素。支流水華后藻類衰亡分解過程會驅(qū)動CH4釋放,且藻類的演替過程會加劇CH4的產(chǎn)生;溫度可以直接影響CH4的生成速率和消耗速率,也能通過促進(jìn)藻的生長間接影響CH4排放;三峽水庫干支流微生物群落多樣性存在顯著的空間差異,支流水體中的甲烷氧化菌相較于干流豐度較低是支流CH4通量較高的原因之一。

2)水動力條件主要通過水位、流速和溫度分層對支流CH4通量造成影響。蓄水期CH4主要以擴(kuò)散的方式進(jìn)行釋放,支流較低的流速促進(jìn)了懸浮物的沉積,上游沉積物中的CH4含量高于下游;泄水期CH4主要以冒泡的方式進(jìn)行釋放,下游沉積物中TOC急劇增加,但干流的入侵會削弱支流的溫度分層,破壞藻類生長環(huán)境,間接影響CH4通量。

3)人類活動加劇導(dǎo)致的土地利用變化改變了支流水體的水環(huán)境特性,促進(jìn)了CH4的產(chǎn)生。農(nóng)業(yè)耕作使支流水體中的營養(yǎng)物濃度增加,甲烷氧化菌的豐富度降低,細(xì)菌群落的營養(yǎng)相關(guān)代謝增強(qiáng);建設(shè)用地?cái)U(kuò)大、支流筑壩增加抑制了有機(jī)物的傳輸,增加了水體中的產(chǎn)CH4底物,促進(jìn)了CH4的產(chǎn)生。

4)氣象條件中降雨是影響支流CH4通量的關(guān)鍵因素。降雨會攜帶更多營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入支流,同時會增加水體濁度、破壞水體的溫度分層,從而對CH4的產(chǎn)生和傳輸過程造成影響。

4 展望

三峽水庫作為我國最大的水電項(xiàng)目,涵蓋的支流眾多,具有高度的時空異質(zhì)性。作為典型的淡水水庫生態(tài)系統(tǒng),三峽水庫支流CH4排放的研究工作對我國水庫碳循環(huán)和碳通量方面的研究有著重要的參考意義,更為解析復(fù)雜水文環(huán)境下驅(qū)動水庫支流CH4的排放效應(yīng)提供了明確的參考價值。但對三峽水庫支流好氧產(chǎn)CH4機(jī)制、CH4產(chǎn)生途徑以及各因素間的耦合關(guān)系等方面仍有待深入。因此,本文從以下幾個方面對未來的研究熱點(diǎn)進(jìn)行了分析。

4.1 深入探討三峽水庫支流的厭氧產(chǎn)CH4途徑對CH4通量的影響

現(xiàn)有關(guān)于三峽水庫支流CH4排放影響因素的研究大多側(cè)重于各因素對CH4排放通量的影響,但這些因素對CH4的產(chǎn)生途徑以及其中涉及的微生物生命代謝過程的研究卻極為有限。水環(huán)境條件和土地利用方式的改變可能會導(dǎo)致微生物的底物類型發(fā)生變化,從而導(dǎo)致厭氧CH4生化代謝途徑的轉(zhuǎn)變,例如耕地面積減少、污染負(fù)荷增加的情況下,CH4產(chǎn)生途徑可能以CO2還原型/乙酸營養(yǎng)型為主,農(nóng)業(yè)耕作增多、支流藻類暴發(fā)后,藻類釋放甲基營養(yǎng)型物質(zhì),可能會導(dǎo)致乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷的比例上升。不同的CH4產(chǎn)排途徑和碳源利用類型對碳循環(huán)過程及CH4通量存在潛在的間接影響。因此,三峽水庫支流CH4的產(chǎn)生途徑對CH4通量的影響有待進(jìn)一步深化,是今后研究三峽水庫支流CH4排放影響因素需要補(bǔ)充的重要內(nèi)容。

4.2 加強(qiáng)模型應(yīng)用以深化多因素驅(qū)動下的耦合效應(yīng)和預(yù)測分析

三峽水庫典型的“蓄清排渾”調(diào)度運(yùn)行模式形成了復(fù)雜的水文水動力環(huán)境,高度的時空異質(zhì)性仍然是三峽水庫支流CH4通量分析和預(yù)測的難點(diǎn)。由于三峽水庫面積大、分布廣,涵蓋的支流眾多,因此在不同的條件下各因素對CH4排放產(chǎn)生的影響效應(yīng)不同,且各因素在影響CH4通量的同時,彼此之間也存在著復(fù)雜的交叉影響。然而,目前的工作并沒有足夠的科學(xué)方法以厘清多因素驅(qū)動下的耦合效應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致CH4通量難以實(shí)現(xiàn)長遠(yuǎn)的趨勢預(yù)測。故揭示多因子的復(fù)合效應(yīng)是進(jìn)一步完善復(fù)雜水文環(huán)境下三峽水庫支流CH4排放效應(yīng)及預(yù)測分析的重要研究方向。在未來的研究中,除了對各因素進(jìn)行針對性研究,還需要利用模型方法對各因素的耦合關(guān)系及其對CH4通量的影響進(jìn)行分析,以更好地實(shí)現(xiàn)三峽水庫支流CH4排放通量的長期預(yù)測。

4.3 深入開展三峽水庫支流CH4在好氧條件下產(chǎn)排機(jī)制的研究

三峽水庫支流CH4排放通量及影響因素目前已得到了較為廣泛的研究,然而目前的研究普遍聚焦于厭氧產(chǎn)CH4機(jī)制。盡管近年來好氧產(chǎn)CH4機(jī)制已取得了一定的研究進(jìn)展,例如藍(lán)細(xì)菌、藻類、真菌、紫色非硫細(xì)菌和隱花植物等均可以在有氧條件下產(chǎn)生CH4[76],但目前對好氧CH4產(chǎn)生過程的研究僅限于少數(shù)幾個湖泊和河流,對于三峽水庫支流水體微生物和藻類的好氧產(chǎn)CH4過程迄今更是鮮有報(bào)道,這成為了三峽水庫現(xiàn)有調(diào)度模式下產(chǎn)CH4機(jī)制仍不明晰的關(guān)鍵制約因素。不同的水環(huán)境條件具有不同的產(chǎn)CH4功能微生物及不同的CH4形成機(jī)制和途徑,因此開展三峽水庫各流域藻類、微生物等好氧產(chǎn)CH4機(jī)制的研究有助于進(jìn)一步明確CH4在支流水體中的多介質(zhì)環(huán)境行為,對三峽水庫CH4排放的控制和管理具有重要意義。

4.4 建立長期監(jiān)測系統(tǒng)以加強(qiáng)支流CH4在不同層面的定量分析

三峽水庫作為我國研究CH4排放的代表性案例之一,其CH4通量的監(jiān)測已得到了一定程度的開展,對我國水庫碳循環(huán)方面的研究有著重要的參考價值。但目前各典型支流的監(jiān)測方法和數(shù)據(jù)仍有待進(jìn)一步完善,尤其是不同斷面的剖面濃度特征及分析較為缺乏,進(jìn)而導(dǎo)致CH4通量與水環(huán)境因子間的關(guān)系難以實(shí)現(xiàn)深入的定量分析。為了更準(zhǔn)確地監(jiān)測三峽水庫支流的CH4排放通量,需要建立高度成熟的長期監(jiān)測系統(tǒng),并以此對不同的CH4排放途徑進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測,包括CH4在水體不同深度的濃度變化、不同運(yùn)行時期各支流水-氣界面CH4的擴(kuò)散/冒泡通量等,從而更好地從定量的角度揭示三峽水庫干支流在不同層面及不同區(qū)域的CH4排放情況。