蓄水初期三峡水库草堂河水-气界面CO2和CH4通量日变化特征及其影响因素

为查明三峡水库蓄水初期典型支流水-气界面CO_2和CH_4通量的日变化特征,采用LGR在线分析仪-通量箱法,于2015年9月初在库腹一级支流草堂河回水区开展连续24 h的定位观测.结果表明,24 h监测期内,支流库湾水-气界面CO_2通量变幅为-81.642~180.991 mg/(m~2·h),呈"昼吸夜放"特征,均值为17.346 mg/(m~2·h),总体为释放特征;CH_4全天均表现为释放状态,释放通量均值为0.064 mg/(m~2·h),呈"昼弱夜强"变化.相关分析结果表明,CH_4和CO_2释放通量与风速呈正相关,与表层水温、溶解氧浓度、叶绿素a浓度呈负相关,说明风速物理扰动、浮游植物光合作用是控制草堂河水-气界面气体通量最重要的环境因素.同时,干-支流相互作用形成的特殊水环境(如异重流、水温分层)也与水-气界面温室气体通量过程密切相关,但是其作用机制更为复杂,应开展进一步系统观测和深入研究.     

三峡库区不同城镇化梯度下河流pCO2动态及驱动因素

为研究河流溶解性CO_2(二氧化碳)对城镇化的响应,于2018年8月对三峡库区3条具有不同城镇化强度的河流——汝溪河、南河和桃花溪进行野外在线监测及取样分析,测定了样品有机质(溶解性有机碳DOC)、营养元素(溶解性总氮DTN、溶解性总磷DTP);利用Arc GIS解译各流域的土地利用组成,并利用碳酸盐平衡方程,通过p H、Alk(碱度)、水温计算不同城镇化梯度河流的p CO_2(CO_2分压).结果表明:建设用地占比从低到高依次为:汝溪河南河桃花溪,河流p CO_2依次为1790±1210、2006±3546、4094±4218μatm,与河流的城镇化梯度变化一致,河流水-气界面呈现为CO2源;DOC、DTN浓度、Alk、电导率在各河流间呈现显著性差异.DOC、DTN、DTP浓度和Alk的变化规律与河流的城镇化梯度一致.研究发现城镇化进程增加水体的p CO_2,引起区域城镇扩张进程中河流CO_2释放通量的增加,结论支持强人为活动影响增加河流碳释放的假设.     

广东新丰江水库表层水体CO2分压及其影响因素

于2012年7月和2013年1月定点采集新丰江水库表层水样,测定水样的理化及生物学参数,计算水体中二氧化碳分压(p(CO_2))大小并分析其时空变化,探讨新丰江水库p(CO_2)的影响因素及其CO_2源/汇机制.结果表明:丰水期p(CO_2)变化范围为16~3545μatm,均值为999μatm,从水库上游到坝前p(CO_2)逐渐升高;枯水期p(CO_2)变化范围为399~1355μatm,均值为756μatm,从水库上游到坝前p(CO_2)呈下降趋势.丰水期p(CO_2)受温度影响较小,与营养盐(NO-3、DSi)浓度呈正相关,与叶绿素a(Chl.a)、溶解有机碳(DOC)浓度呈负相关,与溶解无机碳(DIC)浓度没有明显相关性;枯水期p(CO_2)受温度影响也较小,受碳酸盐体系的影响,与NO-3、DSi、Chl.a、DIC浓度呈正相关,与DOC浓度没有明显相关性.新丰江水库相对于大气来说是一个通量值偏低的CO_2源.     

三峡水库澎溪河消落区土-气界面CO2和CH4通量初探

水库近岸湿地(消落区)温室气体(CO₂、CH₄)产汇是水库温室气体效应问题的重要组成部分.本文以三峡水库支流澎溪河的白家溪、养鹿两处大面积消落区为研究对象,于2010年6 9月水库低水位运行期间,对近岸消落区土-气界面CO₂、CH₄通量进行监测.白家溪消落区土-气界面CO₂通量均值为12.38±2.42 mmol/(m²·h);CH₄通量均值为0.0112±0.0064 mmol/(m²·h).养鹿消落区CO₂、CH₄通量均值分别为10.54±5.17、0.14±0.16 mmol/(m²·h).总体上,6 9月土-气界面CO₂通量呈增加趋势,而CH₄通量水平呈现显著的递减趋势.消落区土地出露后植被恢复,在一定程度上促进了土壤有机质含量的增加,使得6 9月CO₂释放通量的总体趋势有所增加.消落区退耕后,其甲烷氧化菌的活性得到恢复,加之在土地出露曝晒过程中土壤透气性增强,使得消落区土壤对大气中CH₄吸收氧化潜势增强.尽管如此,仍需进一步的研究以明晰消落区土-气界面CO₂、CH₄产汇的主要影响因素.     

岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量

为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压(pCO₂)的时空分布规律及其扩散通量,以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成,利用PHREEQCI软件计算水体pCO₂,并基于Cole提出的气体扩散模型估算水-气界面二氧化碳(CO₂)的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期pCO₂的变化范围为0.44~645.65μatm,平均值为(55.94±124.73)μatm;枯水期变化范围为35.48~707.95μatm,平均值为(310.46±173.54)μatm;丰水期水体整体pCO₂低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处pCO₂较高,而中西部区域pCO₂欠饱和的特征.水-气界面CO₂的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27~27.16 mmol/(m²·d),平均值(-34.49±12.93)mmol/(m²·d),枯水期变化范围为-33.36~28.15 mmol/(m²·d),平均值(-8.02±15.85)mmol/(m²·d),与其他岩溶湖库相比,水生植物丰富的草海在两个极端水文期CO₂扩散通量相对较低,总体表现为大气CO₂的汇.     

亚热带城市湖泊与河流CO2气体通量特征及其影响因素

湖泊、河流等内陆水体是连接陆地生态系统和海洋的“长程碳环路”的重要节点,也是温室气体二氧化碳(CO₂)排放源,在调节陆地、海洋间的碳迁移转换中发挥着重要作用。相对于自然水体,城市水体因面积小、水深浅且受监测方法限制,水-气界面碳通量经常被忽略。为探讨我国亚热带城市水体温室气体排放特征,本研究以湖南省长沙市典型城市水体,包括洋湖、西湖、松雅湖、月湖4个湖泊和湘江长沙段为研究对象,分别于2022年4和10月采用光化学反馈-腔增强吸收光谱法(OF-CEAS)和扩散模型法对水-气界面CO₂通量进行对比测定。结果表明,长沙城市湖泊与河流春季为CO₂排放源,秋季为吸收汇,河流水-气界面CO₂通量呈显著季节差异。河湖之间CO₂通量在春季表现为显著差异,秋季差异不显著。CO₂通量与水体溶解氧、水体总氮浓度等呈显著正相关。2种方法的CO₂通量对比测定在湖泊上显著相关,但对河流而言相关性不显著。研究揭示的城市湖泊与河流CO₂气体的排放特征有利于深入探究城市水体碳的迁移转化,可对全面了解全球气候变化过程和河湖湿地温室气体减排和调控提供科学支撑。     

河流水-气界面CO2脱气时间尺度变化研究进展

河流作为连接陆地和海洋碳库之间的通道,是全球内陆水体碳排放最主要的载体,在全球碳循环中发挥着至关重要的作用。全球河流水-气界面二氧化碳（CO₂）脱气显著的时间异质性特征研究有助于深入理解其碳循环过程与机制,也为准确评估碳通量以及完善碳循环模型提供了科学支撑。本文系统梳理了国内外的相关研究成果,总结了目前河流CO₂脱气通量在昼夜、季节以及多年尺度上的动态变化及其影响因素,指出其昼夜变化与季节变化存在一定的周期性,并对不同空间尺度上CO₂脱气通量的时间差异进行讨论。同时分析当前研究中的不足,认为缺乏河流二氧化碳分压（pCO₂）与CO₂脱气系数（k）高分辨率且长期连续的直接测量,限制了河流CO₂脱气通量时间尺度变化的周期性及相互之间关系的厘定,使得气候变化与人类活动对河流CO₂脱气时间动态的影响仍然难以量化与预测。最后,根据目前存在的问题,展望了未来的研究重点,为全球河流水-气界面碳循环过程与机制、模型研究提供新的思路与方向,以及可以更准确地评估和预测未来河流碳排放的变化趋势。     

山东省东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂过程中水体温室气体溶存浓度及扩散通量变化

为了解东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂分解对水体温室气体溶存浓度和界面扩散通量的影响,于2016年5-7月在东平湖菹草腐烂期采集上覆水和沉积物柱样,测定上覆水和孔隙水中温室气体(N_2O、CH_4和CO_2)的溶存浓度,采用Fick第一定律和双层模型计算沉积物-水-气界面扩散通量,同时分析上覆水和沉积物的理化性质,并采用网袋分解法于现场进行菹草腐烂分解试验,以探究东平湖菹草腐烂过程中温室气体溶存和扩散的主要影响因子及其主要来源.结果表明,菹草腐烂符合二次指数模型,分为快速衰减和慢速分解两个阶段;菹草腐烂过程中上覆水pH和亚硝态氮浓度表现为先降低后升高,而溶解氧、氨氮、硝态氮和可溶性正磷酸盐浓度则为先升高后下降,沉积物中铵态氮含量表现为先升高后降低,硝态氮为先降低后显著升高,有机质和p H呈降低-升高-降低的波动变化;上覆水中各温室气体浓度和水气界面扩散通量均表现为CO_2 CH_4 N_2O,其扩散通量分别为5862.9±5441.4、31.15±41.3和0.15±0.57μmol/(m~2·h),整体表现为大气温室气体的"源",并以碳排放为主;上覆水中N_2O浓度和水-气界面扩散通量均先降低后升高,孔隙水中N_2O浓度在快速和慢速分解阶段分别出现极大值(22.7和55.6 nmol/L),而其沉积物-水界面通量前期持续增加至腐烂结束后迅速降低;上覆水和孔隙水中CH_4浓度及其各界面通量均表现为前期略有降低后持续升高;上覆水中CO_2浓度和水-气界面通量表现为持续升高后降低并趋于稳定,而孔隙水中CO_2呈波动变化,在菹草腐烂初期向孔隙水扩散,后期向上覆水扩散.水温是影响上覆水中温室气体浓度和水-气界面通量的主要因素;沉积物是水体N_2O和CH_4的主要来源,孔隙水中浓度是控制其沉积物-水界面扩散的重要因素;而上覆水中CO_2呈现多源性,但以上覆水中有机物质的矿化为主.     

中国邻近边缘海碳通量研究现状与展望

集成分析了南海、东黄渤海等中国邻近边缘海(简称中国边缘海)海-气界面CO_2通量及其所表征的CO_2源汇格局,简析海-气CO_2通量的主要控制因素;总结了河-海界面、边缘海与大洋的交换界面及输出真光层的碳通量,进而初步构架了简化的中国边缘海碳收支;并与世界其他陆架边缘海碳的源汇格局和通量作了比对,最后对边缘海碳循环研究进行了展望.从周年尺度上看,中国边缘海是大气CO_2的源,全年向大气的释放量为(9.5±53)Tg C;河流经过河口输送至中国边缘海的总碳量为(59.6±6.4)Tg Ca~(-1);中国境内河口释放CO_2的总量为(0.74±0.02)Tg Ca~(-1);西太平洋每年输入中国边缘海的总碳量为2.5Pg Ca~(-1),可见,西北太平洋输入中国边缘海的碳通量巨大.中国边缘海上层海洋颗粒有机碳输出通量为(240±80)Tg Ca~(-1).     

富营养化湖泊夏季表层水体温室气体浓度及其影响因素

为研究富营养化湖泊水体温室气体浓度及其影响因素,以太湖西岸和竺山湾为例,共调查研究了27个点位,采用顶空平衡法对其表层水体中溶解的甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)浓度进行测定.结果表明,太湖近岸带蓝藻水华堆积区表层水体中CH_4和N_2O两种温室气体浓度远远高于开阔湖区点位,CH_4和N_2O最高浓度分别为3.79±0.095和0.078±0.003μmol/L.蓝藻水华堆积区和开阔湖区CH_4平均浓度分别为2.33±1.46和0.14±0.059μmol/L,N_2O的平均浓度分别为0.054±0.024和0.023±0.012μmol/L.两种气体在水中均呈现过饱和状态,其中蓝藻水华堆积区表层水体中CH_4和N_2O饱和度远远高于开阔湖区点位.此外,入湖河流河口区域表层水体溶解性N_2O浓度较高.将水中CH_4和N_2O浓度与水体环境因子之间进行相关性分析,表明水体总氮、总磷、铵态氮和溶解性有机碳浓度与CH_4和N_2O浓度呈显著正相关,CH_4浓度与硝态氮浓度呈显著负相关.研究结果揭示了太湖蓝藻水华堆积区是CH_4和N_2O两种温室气体重要的潜在排放源,蓝藻水华暴发对湖泊温室气体的排放具有重要影响,但该过程的驱动机制及影响因素仍需要进一步研究.     

Multi-scale modeling of CO2 dispersion leaked from seafloor off the Japanese coast

A numerical simulation was conducted to predict the change of pCO₂ in the ocean caused by CO₂ leaked from an underground aquifer, in which CO₂ is purposefully stored. The target space of the present model was the ocean above the seafloor. The behavior of CO₂ bubbles, their dissolution, and the advection-diffusion of dissolved CO₂ were numerically simulated. Here, two cases for the leakage rate were studied: an extreme case, 94,600 t/y, which assumed that a large fault accidentally connects the CO₂ reservoir and the seafloor; and a reasonable case, 3800 t/y, based on the seepage rate of an existing EOR site. In the extreme case, the calculated increase in ΔpCO₂ experienced by floating organisms was less than 300 ppm, while that for immobile organisms directly over the fault surface periodically exceeded 1000 ppm, if momentarily. In the reasonable case, the calculated ΔpCO₂ and pH were within the range of natural fluctuation.     

过氧化钙对水中低浓度磷的去除性能

针对水体中低浓度磷深度净化问题,以过氧化钙为吸附剂,采用等温吸附、吸附热力学模型和吸附动力学模型的方法开展其对磷酸盐吸附特性的研究,讨论p H、共存阴离子对其除磷过程的干扰能力.结果表明:(1)过氧化钙对磷酸盐的吸附等温线方程符合Langmuir方程,过氧化钙对磷酸盐的最大吸附量为381.7 mg/g(25℃);(2)过氧化钙在除磷过程中系统的热力学参数ΔG00,ΔH00,即过氧化钙对磷的吸附作用是一个自发的放热过程;(3)二级反应速率方程可精准地描述过氧化钙的吸附行为,其吸附速率随着溶液中磷酸盐浓度的升高而升高,经过4 min即可达到吸附平衡;(4)过氧化钙在p H=8时除磷效果达到最佳;(5)高浓度倍数的共存阴离子中,CO2-3对过氧化钙除磷影响最大,在10倍浓度下可造成吸附量减少14.7%.     

Photocatalytic degradation of spill oils on TiO2 nanotube thin films

The nitrogen-doped TiO₂ nanotube (N-TNT) thin films were synthesized using ZnO nanorods as the template and doped with urea at 623 K. Under ultraviolet (UV) and visible light irradiation, the efficiencies for photocatalytic degradation of methylene blue is as high as 30%. About 10% of toluene (representing aromatics in the spill oils) in sea water can be photocatalytically degraded under visible light radiation for 120 min. The aliphatic model compound (1-hexadecene) has, on the contrary, a less efficiency (8%) on the N-TNT photocatalyst. On the average, under visible light radiation, the effectnesses of the N-TNT for photocatalytic degradation of model compounds in the spill oils in sea water are 0.38 mg toluene/gN-TNT h and 0.25 mg 1-hexadecene/gN-TNT h. It is expected that spill oils in the harbors or seashores can be adsorbed and photocatalytically degraded on the N-TNT thin films that are coated onto levee at the sea water surface level.     

A stochastic model for daily subsurface CO2 concentration and related soil respiration

Near-surface soil CO₂ gas-phase concentration (C) and concomitant incident rainfall (P_i) and through-fall (P_t) depths were collected at different locations in a temperate pine forest every 30 min during the 2005 and 2006 growing seasons (and then averaged to the daily timescale). At the daily scale, C temporal variations were well described by a sequence of monotonically decreasing functions interrupted by large positive jumps induced by rainfall events. A stochastic model was developed to link rainfall statistics responsible for these jumps to near-surface C dynamics. The model accounted for the effect of daily rainfall variability, both in terms of timing and amount of water, and permitted an analytical derivation of the C probability density function (pdf) using the parameters of the rainfall pdf. Given the observed positive correlation between daily C and soil CO₂ fluxes to the atmosphere (F_s), the effects of various rainfall regimes on the statistics of F_s can be deduced from the behavior of C under different climatic conditions. The predictions from this analytical model are consistent with flux measurements reported in manipulative experiments that varied rainfall amount and frequency.     

新疆乌鲁木齐地区vS30经验估计研究

从新疆乌鲁木齐市2004—2015年得到的841个钻孔中选择深度达30 m以下且钻孔资料记录完整的有效钻孔123个,通过计算5~30 m范围内不同深度的等效剪切波速,分别利用线性拟合、二次拟合和三次拟合对各深度v_S（d）及其v_S30进行拟合。通过对比发现,三个方程的拟合误差都随深度的增加而减少,且三次拟合方程的误差始终小于同深度的线性拟合和二次拟合方程,因此推荐使用三次拟合方程来估计新疆乌鲁木齐市钻孔的v_S30值。同时将此结果和Boore的结果进行比较后发现,不同深度处的等效剪切波速v_S（d）和v_S30具有地域差异性;Boore得到的结果在钻孔深度小于20 m时明显高估v_S30值,拟合曲线偏离实际数据点较远,所以本文拟合结果更适用于新疆乌鲁木齐市。综合比较可知,三次拟合得到的研究结果可以为新疆乌鲁木齐市钻孔深度不足30 m的地区求解v_S30值提供参考。最后,利用新疆克拉玛依市2004—2015年钻孔资料检验三个拟合公式对克拉玛依市的适用性,发现深度越接近30 m,误差越小;线性模型和二次模型相对来说比较可靠,平均误差接近于0,并且对深度大于10 m的钻孔有高估现象;三次模型相对来说误差比较大,并且几乎在所有深度都有低估现象。     

Effects of elevated pCO2 on reproductive properties of the benthic copepod Tigriopus japonicus and gastropod Babylonia japonica

We investigated the effects of elevated pCO₂ in seawater both on the acute mortality and the reproductive properties of the benthic copepod Tigriopus japonicus and gastropod Babylonia japonica with the purpose of accumulating basic data for assessing potential environmental impacts of sub-sea geological storage of anthropogenic CO₂ in Japan. Acute tests showed that nauplii of T. japonicus have a high tolerance to elevated pCO₂ environments. Full life cycle tests on T. japonicus indicated NOEC = 5800 μatm and LOEC = 37,000 μatm. Adult B. japonica showed remarkable resistance to elevated pCO₂ in the acute tests. Embryonic development of B. japonica showed a NOEC = 1500 μatm and LOEC = 5400 μatm. T. japonicus showed high resistance to elevated pCO₂ throughout the life cycle and B. japonica are rather sensitive during the veliger stage when they started to form their shells.     

微囊藻CO2-浓缩机制基因型的动态变化及其对CO2的竞争效应

由于具有高效的CO₂-浓缩机制,蓝藻在低CO₂浓度条件下具有竞争优势。然而,随着大气中CO₂浓度急剧增加,蓝藻CO₂-浓缩机制如何响应的研究较少。因此,本文以常见水华蓝藻——微囊藻为研究对象,通过对滇池微囊藻水华动态及不同CO₂-浓缩机制基因型进行监测,探讨蓝藻CO₂-浓缩机制基因的微进化特征及其动态变化。同时,设置高(0.08%)、中(0.04%)、低(0.02%)CO₂浓度(V/V)进一步揭示微囊藻不同CO₂-浓缩机制基因微进化对CO₂的竞争效应。结果表明:滇池无机碳浓度在4个采样点存在空间差异性,均呈现先降低后升高的趋势,并以HCO₃^-为主要无机碳存在形式。调查期间,东大河、观音山、洛龙河和生态所4个采样点的微囊藻均以sbtA基因型占绝对优势,相对丰度远高于bicA基因型。在不同水华时期,bicA基因型和sbtA基因型呈现相反的变化趋势,即从...     

末次冰期以来雷州半岛北部C3/C4植物相对丰度变化及其驱动因素

末次冰期以来陆地植被中C₃/C₄植物相对丰度变化及其驱动因素是当前古生态古气候研究中的重要内容.本文利用雷州半岛北部下录和屋山两处泥炭沉积有机碳同位素组成(δ¹³C_org)重建了该区域末次冰期以来C₃/C₄植物相对丰度演化历史,并探讨了其可能的驱动因素.结果表明,在MIS-3阶段初期,屋山地区的植被以C₃和C₄混合植被为主,在此后的MIS-3阶段绝大部分时期,下录和屋山地区的植被主要为C₃植被,在个别时段C₄植物也曾一度有所扩张;在MIS-2阶段,下录地区C₃植物含量显著降低,区域植被以C₄植物为主;在全新世初期,下录地区的C₃植物含量呈现出增加趋势,气候环境变得有利于C₃植物生长.对比研究表明,由于在末次冰期乃至冰期最盛期阶段,雷州半岛地区的气温下降幅度可能仅在5~8℃左右,温度足以满足C₃/C₄植物的生长需要,从而使得受东亚夏季风强度直接影响的降水增多或减少成为控制本区域C₃/C₄植物相对丰度变化的主导因素.此外,大气CO₂浓度可能对该地区C₃/C₄植物相对丰度变化也具有一定的影响.