伍析橋,劉朝榮,黃 興,羅 丹,權秋梅,楊 艷,2① (.西華師范大學環(huán)境科學與工程學院,四川 南充 637009;2.西華師范大學環(huán)境科學研究所,四川 南充 637009)

近年來,大氣中溫室氣體含量不斷增加,導致全球氣候變暖、冰川融化、高溫熱浪和極端降水等環(huán)境問題頻發(fā),聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會第一工作組第六次評估報告表明,在考慮所有排放情況下,到21世紀中葉地表溫度將持續(xù)升高超過1.5～2.0 ℃[1],全球氣候變暖問題已經成為各國普遍關注的重要環(huán)境問題之一[2-3]。

河流是淡水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,也是連接陸地與海洋的重要紐帶,在物質運輸和能量傳遞過程中發(fā)揮著重要作用[4-5]。河流流經區(qū)域廣闊,河道通常地勢低洼,給陸地上的有機和無機污染物流入河流創(chuàng)造了有利條件[6]。外源有機物的輸入增加了河流中碳含量,一部分碳會通過河流流向海洋,另一部分會在微生物作用下將有機質、溶解性有機質和顆粒性有機碳轉化成CH4、CO2等溫室氣體[7-9]。因此,河流中CH4、CO2常處于過飽和狀態(tài),是溫室氣體源[10]。據(jù)估算,河流每年向空氣中排放的CO2(以C計,1.8 Pg)是河流流向海洋的碳(0.9 Pg)的2倍,抵消了全球陸地生態(tài)系統(tǒng)80%的年凈吸收量(以C計,2.6 Pg·a-1)[11]。盡管河流每年向大氣中排放的CH4遠低于CO2,但是CH4的溫室效應作用是CO2的25倍[12]。因此,河流排放溫室氣體對全球溫室效應的貢獻不容小覷。嘉陵江作為長江上游流域面積最大的支流[13],是重要的水源涵養(yǎng)地,也是長江上游重要的生態(tài)保護屏障,具有十分重要的生態(tài)服務功能[14]。挖沙、墾殖、違規(guī)占用灘涂和廢水亂排等[15]人為活動的增加,加劇了嘉陵江外源碳的輸入,改變了嘉陵江水體營養(yǎng)組成狀況。這都將改變嘉陵江溫室氣體排放空間分布格局和排放特征[16]。

目前,學術界對于內陸水體溫室氣體效應的研究主要集中在對污染物滯留性更強的湖泊水體溫室氣體排放特征和影響因素,或在具有特殊水文條件的河流區(qū)域碳排放[17-18]。近年來,國內對長江流域大型淡水湖泊和三峽庫區(qū)溫室氣體排放的影響因素開展了大量研究[19-21],但關于河流溫室氣體及其影響因素的研究主要集中在溫室氣體通量與水體理化因子的關系方面,對于土地利用類型對溫室氣體排放的影響研究卻鮮有報道[22]。嘉陵江沿岸人口眾多,城市化進程發(fā)展迅速[23],城鄉(xiāng)分布不均衡,土地利用類型多樣,多種土地利用類型相互交錯。河流沿岸不同土地利用類型影響河流微生物組成和外源物質輸入,進而影響河流溫室氣體的釋放[24]。因此,結合水體理化性質和土地利用類型探究嘉陵江四川段平水期溫室氣體排放空間分布特征,并明確幾者之間的影響關系,這能夠為今后深入研究嘉陵江溫室氣體排放的內在機制提供理論參考,并對構建長江上游生態(tài)保護屏障、控制溫室氣體排放和減少區(qū)域碳排放總量具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

嘉陵江在四川省境內流經廣元、南充和廣安3個城市,境內全長為796 km。流域內地形復雜,土地類型多樣,河道蜿蜒曲折,工農業(yè)縱橫交錯,在流域水資源調蓄和局部氣候調節(jié)方面發(fā)揮著重要作用[25]。嘉陵江四川段屬于亞熱帶季風濕潤氣候區(qū),50%的降水發(fā)生在7—9月,全年平均降水量為1 000 mm[23]。根據(jù)上游來水對下游水質的影響、土地利用情況和空間均勻性,沿嘉陵江水流方向布設22個采樣點(圖1),其中,6個采樣點布設在嘉陵江主要支流上(南河S3、白龍江S6、東河S10、西河S14、螺溪河S17和西充河S19)。于2021年10月采集嘉陵江表層(0～0.5 m)水樣和水體溶存溫室氣體樣品。同時抽取水面上方2 m處大氣樣品150 mL置于提前抽真空的鋁箔氣袋中儲存,作為背景值用以計算溫室氣體排放通量。水樣按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)[26]采集,置于經酸洗的聚乙烯瓶中運輸至實驗室,保存在4 ℃培養(yǎng)箱中,并于3 d內完成水體理化指標測定。溫室氣體采用改進的頂空法[27]進行采集,采樣時采用60 mL帶三通閥的醫(yī)用塑料注射器吸取表層水樣30 mL,吸取水面空氣30 mL,隨后關閉三通閥,現(xiàn)場振蕩5 min,使水體中溶存溫室氣體達到平衡后轉移到抽真空的100 mL鋁箔氣袋中儲存。

圖1 嘉陵江(四川段)土地利用及采樣點分布Fig.1 Land use and distribution of sampling points in Sichuan section of Jialing River

1.2 水質參數(shù)的測定

水樣總氮(TN)濃度采用HJ 636—2012《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》測定;總磷(TP)濃度采用GB 11893—1989《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》測定;溶解性氮(DTN)和溶解性磷(DTP)濃度測定是將水樣經0.45 μm孔徑Whatman GF/G玻璃纖維濾膜過濾后,分別采用TN和TP濃度測定方法得到;氨氮(NH4+-N)濃度采用HJ 535—2009《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》測定;磷酸鹽(PO43--P)濃度采用GB/T 6913—2008《鍋爐用水和冷卻水分析方法 磷酸鹽的測定》中鉬酸銨分光光度法測定;葉綠素a(Chl-a)濃度采用HJ 897—2017《水質 葉綠素a的測定 分光光度法》中丙酮-分光光度法[28]測定。水體pH、水溫(WT)和溶解氧(DO)濃度均采用美國哈希多參數(shù)水質測定儀現(xiàn)場測定,風速采用便攜式風速儀(希瑪AS816,中國香港)測定。

1.3 CH4和CO2濃度及排放通量的測定

CH4和CO2濃度采用Agilent 7890B氣相色譜儀測定,每次進樣5 mL。計算公式[29]為

(1)

式(1)中,cGHG為溫室氣體濃度,nmol·L-1(CH4)或μmol·L-1(CO2);K0為平衡時溫室氣體溶解量,mol·L-1·atm-1;pinitial和pfinal分別為平衡前、后采樣點待測氣體分壓;HS/S為采樣時V(氣)∶V(水)值;Vm為溫室氣體摩爾體積,L·mol-1。

K0計算公式[30-31]為

(2)

(3)

式(2)～(3)中,Tk為水溫度,K;s為鹽度,ng·L-1,淡水時為0。

根據(jù)Fick定律,對于淡水水-氣面氣體交換通量〔FGHG,nmol·m-2·d-1(CH4)或μmol·m-2·d-1(CO2)〕計算公式[32]為

FGHG=K(Cwater-Cair),

(4)

(5)

式(4)～(5)中,Cwater和Cair分別為水中溫室氣體濃度和現(xiàn)場溫度及氣壓條件下和空氣中溫室氣體飽和濃度,nmol·L-1(CH4)或μmol·L-1(CO2);K為氣體交換系數(shù)[33],m·d-1;K600為六氟化硫(SF6)的氣體交換系數(shù),m·d-1;x為常數(shù),其值由風速決定,當風速>3 m·s-1時取值為0.5,當風速≤3 m·s-1時取值為0.66;Sc為t℃條件下CH4或CO2的Schmidt常數(shù)。Sc計算公式[34-35]為

Sc(CO2)=1 911.1-118.11t+3.452 7t2-0.041 32t3,

(6)

Sc(CH4)=1 897.8-114.28t+3.290 2t2-0.039 06t3。

(7)

氣體交換系數(shù)K600可由以下數(shù)學經驗公式換算得到,

K600=2.07+0.215U101.7(U10≤3 m-1),

(8)

K600=0.45U101.64(3 m-1

(9)

K600=1.68+0.228U102.2(U10>5 m-1),

(10)

U10=1.22U1。

(11)

式(8)～(11)中,U10和U1分別為水面上方10和1 m處風速,m·s-1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 26.0進行統(tǒng)計分析、相關性分析和主成分分析,分別以CH4和CO2濃度和排放通量為因變量,以環(huán)境因子和土地利用類型占比為自變量進行逐步回歸分析,以探究CH4和CO2產生與排放的主要影響因子;采用Origin 2018制圖;采用ArcGIS 10.3繪制采樣點和土地利用類型圖,并分別生成CH4和CO2濃度和排放通量空間分布圖,以表征其空間分布特征。

2 結果與分析

2.1 水體理化性質

圖2為各采樣點水體理化性質。

DO為溶解氧,TN、TDN和NH4+-N分別為總氮、總溶解性氮和氨氮,TP、TDP和PO43--P分別為總磷、總溶解性磷和磷酸鹽。圖2 各采樣點水體理化性質Fig.2 Physical and chemical properties of water bodies of sampling points

如圖2(a)所示,研究區(qū)水體WT、pH和ρ(DO)范圍分別為14.67～19.37 ℃、8.37～9.12和7.32～11.38 mg·L-1,平均值分別為(16.30±1.41) ℃、(8.77±0.44)和(9.69±0.84) mg·L-1。水溫和溶解氧濃度最大值出現(xiàn)點位分別為S14和S10。嘉陵江四川段各采樣點水體pH都大于7,呈現(xiàn)弱堿性,pH最大值(pH=9.12)出現(xiàn)在S10采樣點。研究區(qū)域TN、TDN和NH4+-N濃度變化范圍分別為0.59～2.56、0.45～2.15和0.09～0.73 mg·L-1,平均濃度分別為(0.93±0.40)、(0.86±0.33)和(0.20±0.15) mg·L-1,最大值均出現(xiàn)在S9采樣點〔圖2(b)〕。TP、TDP和PO43--P濃度變化范圍為0.02～0.24、0.02～0.12和0.02～0.11 mg·L-1,平均濃度分別為(0.07±0.05)、(0.05±0.02)和(0.04±0.03) mg·L-1,最大值也出現(xiàn)在S9采樣點〔圖2(c)〕。研究區(qū)域Chl-a濃度在S10處最大,變化范圍為0.26～40.67 μg·L-1,平均值為(4.44±8.42) μg·L-1〔圖2(d)〕。NH4+-N濃度在S1～S9采樣點呈現(xiàn)平緩上升趨勢,TN和TDN濃度在S1～S22采樣段整體呈現(xiàn)上升趨勢。除S10采樣點外,P濃度整體也呈現(xiàn)上升趨勢。

2.2 CH4和CO2濃度和排放通量空間分布特征

嘉陵江四川段CH4濃度〔c(CH4)〕變化范圍為4.26～56.81 nmol·L-1,平均值為(16.87±15.55) nmol·L-1,最大濃度(56.81 nmol·L-1)出現(xiàn)在S9采樣點,其后依次為S5采樣點(48.86 nmol·L-1)和S14采樣點(47.59 nmol·L-1),最小濃度出現(xiàn)在S8采樣點〔圖3(a)〕。CH4排放通量〔F(CH4)〕變化范圍為3.73～261.40 nmol·m-2·d-1,平均值為(68.39±81.26) nmol·m-2·d-1,最大值出現(xiàn)在S7采樣點,最小值出現(xiàn)在S2采樣點〔圖3(b)〕。c(CH4)和F(CH4)空間變化趨勢相同,在嘉陵江四川段入境段和出境段相對較小。CO2濃度〔c(CO2)〕變化范圍為590.77～1 142.89 μmol·L-1,平均濃度為(836.11±132.68) μmol·L-1,最大值出現(xiàn)在S17采樣點,最小值出現(xiàn)在S2采樣點〔圖3(c)〕。CO2排放通量〔F(CO2)〕變化范圍為-281.45～4 362.40 μmol·m-2·d-1,平均排放通量為(1 596.08±1 291.61) μmol·m-2·d-1,最大值出現(xiàn)在S7采樣點,最小值為S4采樣點,此外在S2和S4采樣點,排放通量為負值,這2點為CO2的匯〔圖3(d)〕。c(CO2)和F(CO2)空間變化趨勢也相同,在嘉陵江四川段入境段相對較小,在其他河段CO2濃度相對較高。

c(CH4)和F(CH4)分別為CH4濃度和排放通量,c(CO2)和F(CO2)分別為CO2濃度和排放通量。圖3 CH4和CO2濃度及排放通量空間分布特征Fig.3 Characteristics of the spatial distribution of concentration and emission fluxes for CH4 and CO2

2.3 CH4和CO2與環(huán)境因子的相關性分析

2.3.1CH4與環(huán)境因子的相關性分析

CH4與水質理化參數(shù)和土地利用類型的相關性分析結果表明,c(CH4)與TN、TDN、TP和TDP之間都呈顯著正相關〔圖4(a)～(d)〕,c(CH4)與耕地面積占比也呈顯著正相關〔P<0.05,圖4(e)〕。F(CH4)隨CH4濃度升高而增加,兩者之間呈極顯著相關〔P<0.01,圖4(f)〕。F(CH4)與TN和TDN之間均呈顯著正相關〔P<0.05,圖4(g)和(h)〕。

%耕地為耕地面積占比,c(CH4)和F(CH4)分別為CH4濃度和排放通量,F(CO2)為CO2排放通量,TN和TDN分別為總氮和總溶解性氮,TP和TDP分別為總磷和總溶解性磷。圖4 c(CH4)和F(CH4)與環(huán)境因子之間的相關性Fig.4 The correlation between c(CH4), F(CH4) with environmental factors

2.3.2CO2與環(huán)境因子的相關性分析

CO2與水體理化性質和土地利用類型的相關性分析結果表明,c(CO2)與DO之間呈顯著負相關〔P<0.05,圖5(a)〕,c(CO2)隨著DO濃度增加而降低,表明植物光合作用可以有效減少CO2濃度。同時,c(CO2)與TP和PO43--P之間均呈顯著正相關(P<0.05)。c(CO2)與耕地面積占比也呈顯著正相關〔(P<0.05,圖5(d)〕。

%耕地為耕地面積占比,c(CO2)和F(CO2)分別為CO2濃度和排放通量,DO為溶解氧,TDP和PO43--P分別為總溶解性磷和磷酸鹽。圖5 c(CO2)與環(huán)境因子之間的相關性Fig.5 The correlation between c(CO2) with environment factors

2.4 主成分分析

對嘉陵江四川段所有樣本進行主成分分析,主成分PC1和PC2分別解釋了數(shù)據(jù)集整體方差的31.4%和16.0%(圖6)。分析結果表明,c(CH4)、F(CH4)、c(CO2)、F(CO2)、水體理化指標(WT、TN、TDN、NH4+-N、TP、TDP和PO43--P)和耕地面積占比均與PC1呈正相關,而森林面積占比和草地面積占比均與PC1呈負相關,Chl-a與PC1呈較小程度負相關。這表明環(huán)境因子和耕地面積占比與CH4和CO2溶存濃度及排放通量存在顯著相關性。pH、DO、濕地面積占比和建筑用地面積占比與PC2呈正相關,這表明水體pH和DO與建筑用地面積占比有關。

%建設用地、%濕地、%裸地、%森林、%草地和%耕地分別為建設用地、濕地、裸地、森林、草地和耕地面積占比,c(CO2)和F(CO2)分別為CO2濃度和排放通量,c(CH4)和F(CH4)分別為CH4濃度和排放通量,DO為溶解氧,TN、TDN和NH4+-N分別為總氮、總溶解性氮和氨氮,TP、TDP和PO43--P分別為總磷、總溶解性磷和磷酸鹽,Chl-a為葉綠素a。圖6 CH4和CO2溶存濃度及排放通量與環(huán)境因子主成分分析Fig.6 Principal component analysis of concentration and emission flux of dissolved CH4, CO2, and environment factors

2.5 逐步回歸分析

逐步回歸分析方程(表1)表明,TN是影響嘉陵江四川段c(CH4)和F(CH4)的顯著影響因素(P<0.05),且TN對CH4濃度和排放通量都為正向影響;PO43--P和耕地面積占比是影響CO2濃度的關鍵影響因子(P<0.01),都促進CO2在水體中的產生。F(CO2)與環(huán)境因子之間均不存在直接關系。

表1 嘉陵江四川段CH4和CO2濃度及排放通量與環(huán)境因子之間的逐步回歸方程Table 1 Stepwise regression equation between CH4, CO2 concentration and emission flux and environmental factors in Sichuan section of Jialing River

3 討論

3.1 嘉陵江四川段平水期水質特征及其對土地利用類型的響應

嘉陵江四川段平水期氮素(TN、TDN和NH4+-N)和磷素(TP、TDP和PO43--P)濃度具有相同變化趨勢,四川段嘉陵江從入境到出境,水體氮素和磷素濃度在整體上呈上升趨勢。造成這種現(xiàn)象的原因可能是嘉陵江沿岸人口眾多,人類活動強度大,工農業(yè)生產造成大量含有氮素和磷素的生活污水和工業(yè)廢水向嘉陵江中匯集[36]。此外,嘉陵江四川段城鎮(zhèn)化率高,不透水層面積大,城市污水處理系統(tǒng)不完善等原因,致使污染物未經凈化處理或未經土壤和植物吸收、轉化而直接進入嘉陵江,也導致嘉陵江四川段水體氮素和磷素濃度不斷積累[37]。嘉陵江重要支流——東河S10采樣點pH以及DO和Chl-a濃度在整個觀測段最大,這主要是由于該采樣點沿岸耕地面積占比(33.18%)較大,導致外源氮、磷和有機物輸入量較大,水體營養(yǎng)物質濃度升高進而促使浮游植物大量繁殖[38-39],這與梁佳輝等[40]研究結果相似。同時,研究[41]表明浮游植物生長最適宜pH為6～9,最適宜溫度為10～30 ℃,研究區(qū)環(huán)境條件為浮游植物生長提供了保障,隨著浮游植物大量繁殖,其光合作用會吸收大量CO2,改變水-氣面CO2交換速率,使得表層水體溶解氧濃度增加和pH升高[42]。干流S9采樣點(閬中段)氮素和磷素濃度在整個觀測段最大,該區(qū)域城鎮(zhèn)化程度高〔圖1(b)〕,旅游業(yè)發(fā)達,因而生活污水排放較多,造成水體氮、磷濃度較高。整體而言,嘉陵江水質分布狀況分布不均勻,支流對嘉陵江水質的影響不明顯,這是由于嘉陵江流域面積廣,干流流量大,對支流匯入污染物質具有一定緩沖和自凈能力。

3.2 CH4和CO2濃度及排放通量空間分布特征及影響因素

3.2.1CH4濃度及排放通量空間分布特征及影響因素

河流水體中CH4主要來源于沉積物中厭氧產甲烷古菌的生物化學過程和外源輸入[43]。研究區(qū)域CH4濃度和排放通量具有相同變化趨勢〔圖4(f),P<0.01〕和空間分布格局〔圖3(a)和(b)〕。CH4濃度和排放通量在S5和S14采樣點較高,這兩處位于嘉陵江流經城市后的農村區(qū)域。嘉陵江平水期水流速度相對緩慢,加之河道曲折蜿蜒,致使營養(yǎng)物質滯留時間更長,給氮素和磷素沿河流方向累積〔圖2(b)和(c)〕提供了有利條件,高濃度氮、磷物質會促進CH4的產生和排放[44]。同時,c(CH4)與耕地面積占比呈顯著正相關〔圖4(e),P<0.05〕,表明農業(yè)生產過程中施用的有機肥料和無機肥料會隨地表徑流或雨水遷移至河流水體中,增加水體中營養(yǎng)物質,進而為水體中產甲烷古菌提供充足營養(yǎng),促進CH4的產生和排放,這與BORGES等[16]的研究結果相似。HUTTUNEN等[45]對波蘭湖泊和水庫的研究指出水體營養(yǎng)程度越高,整體上釋放CH4的潛力就越大,這是由于營養(yǎng)程度高促進水生植物呼吸作用,從而消耗DO,為產甲烷菌創(chuàng)造了厭氧環(huán)境。S9和S17采樣點位于耕地面積較大的河段,氮、磷輸入量大,因此CH4產生量和排放量也較大。在部分支流匯入的河段(S7和S18采樣點),CH4濃度和排放通量都出現(xiàn)不同程度下降,這是由于支流的匯入破壞了原有的水氣平衡,增加了水體曝氣,致使DO濃度升高〔S7采樣點(9.84 mg·L-1)高于S6采樣點(9.73 mg·L-1),S18采樣點(9.91 mg·L-1)高于S17采樣點(8.40 mg·L-1)〕,破壞了產甲烷古菌所需要的厭氧環(huán)境,為甲烷氧化菌提供了氧氣,促使CH4向CO2轉化[46-48],在產生和傳輸兩個過程共同抑制CH4排放潛勢。F(CH4)與TN和TDN也呈顯著正相關〔圖4(g)和(h)〕,主成分分析結果和逐步回歸分析結果均表明氮濃度增加會影響CH4產生和排放,這可能是由于水體中NH4+-N會與CH4爭奪甲烷單加氧酶,在一定程度上緩解了CH4的氧化[49],增加底部CH4向水體表層的擴散和向大氣的釋放。從研究時間上看,嘉陵江四川段平水期處于秋收后,田間農作物秸稈在經過長時間堆積和水淹后,植物秸稈在微生物作用下發(fā)生腐敗和發(fā)酵,進而產生大量CH4和溶解性有機物并隨地表徑流流入河流,這一方面增加了水體CH4飽和度,另一方面給產甲烷古菌提供了碳源物質[50-51],進而影響CH4產生和排放空間格局[52]。

3.2.2CO2濃度及排放通量空間分布特征及影響因素

研究[53]表明,河流表層水體中溶存CO2主要來源于內源產生和外源輸入兩個方面,內源CO2主要來源于河流水體中微生物對有機碳的轉化和水體生物的呼吸作用。嘉陵江四川段入境段CO2濃度和排放通量均相對較低,S2和S4采樣點CO2排放通量為負值,是CO2的匯,表明該地區(qū)水體初級生產力強,水生植物對CO2的固定作用較強[54],同時水生植物在吸收氮磷營養(yǎng)物質后,會導致水體pH降低,則CO2-HCO3--H2CO3平衡向右移動,水體中溶存CO2分壓降低,空氣中CO2進入水體[46]。CO2排放通量在S7采樣點最大,該采樣點土地類型以耕地(面積占比為25.55%)和森林(36.78%)為主,并且c(CO2)與耕地面積占比呈現(xiàn)顯著正相關〔圖5(d),P<0.05〕。S7采樣點河段耕地較多,能夠匯集更多非點源污染物質和陸源碳源,進而導致河流中浮游植物和其他生物生長,水生生物呼吸作用增強[55],這與梁佳輝等[40]在南苕溪發(fā)現(xiàn)森林區(qū)域碳氮污染程度相對較低的狀況存在一定差異。這可能是由于筆者采樣時間為秋季,植被進入落葉期,因此在耕地和森林2種土地利用類型共同影響下,S7采樣點河段碳氮源污染物質增加,促進CO2排放。同時S7采樣點位于支流匯入的下游,支流匯入后會增加嘉陵江干流水流速度,引起水體底部沉積物、碳酸鹽(HCO3-)和CO2向表層水擴散,增加CO2向大氣中的排放通量[47]。S17采樣點的情況與S7相似。嘉陵江四川段干流c(CO2)〔(836.11±132.68) μmol·L-1〕和F(CO2)〔(1 596.08±1 291.61) μmol·m-2·d-1〕處于較高水平,一方面,河流整體表現(xiàn)為弱堿性〔pH為(8.77±0.44)〕,使得HCO3-增加,CO2-HCO3--H2CO3平衡向左移動,擴大河流整體釋放效應[46]。另一方面,研究區(qū)域存在違規(guī)采沙、占用灘涂和污水亂排等嚴重破壞生態(tài)環(huán)境的人類活動[15],特別是采沙活動對水體底部沉積物的擾動,使得底部厭氧條件下產生的CO2向表層水體釋放。此外,城市污水和生活污水能夠作為載體將陸源CO2帶入河流,增加河流負載壓力[56]。筆者研究中水體溶存CO2還受到DO、TP和PO43--P濃度的影響,表明磷素會影響植物光合作用,高濃度TP和PO43--P能夠緩解微生物生長限制,使得CO2濃度和釋放量增加[57],影響水體對CO2的吸收和釋放。

4 結論

(1)嘉陵江四川段土地利用類型多樣,人類活動主導水質變化特征,城市和農業(yè)發(fā)展是水體氮素和磷素累積的重要原因。

(2)嘉陵江四川段平水期CH4與CO2濃度和排放通量空間異質性強,表層水體c(CH4)和F(CH4)平均值分別為(16.87±15.55) nmol·L-1和(68.39±81.26) nmol·m-2·d-1,c(CO2)和F(CO2)平均值分別為(836.11±132.68) μmol·L-1和(1 596.08±1 291.61) μmol·m-2·d-1。不同土地利用類型下,耕地主導河段接收了較多非點源污染和陸源碳,這些污染物的輸入導致水體理化性質發(fā)生改變,進而影響水生植物和浮游植物生長以及微生物活動。這兩種影響途徑的共同作用對CH4和CO2的產生和釋放造成影響。

(3)TN、PO43--P和耕地面積占比是引起嘉陵江四川段CH4和CO2排放的關鍵因子,溫室氣體排放不僅受河流生態(tài)環(huán)境的影響,還受不同土地利用類型下人類活動的影響。