三峡水库澎溪河水-气界面CO2、CH4扩散通量昼夜动态初探

三峡水库温室气体效应近年来备受关注.为揭示三峡水库典型支流澎溪河水-气界面CO₂和CH₄通量的昼夜动态规律,明晰短时间尺度下该水域温室气体释放的影响因素,在2010年6月至2011年5月的一个完整水文周年内,选择4个具有代表性的时段(2010年8、11月和2011年2、5月)对澎溪河高阳平湖水域开展昼夜跟踪观测.结果表明:2010年8、11月和2011年2、5月4次采样的CO₂日总通量值分别为-8.34、73.94、28.13和-20.12 mmol/(m²·d),相应的CH₄日总通量值分别为2.22、0.11、0.32和7.16 mmol/(m²·d),不同时期昼夜变化明显.研究水域CO₂和CH₄通量过程不具同步性:CO₂昼夜通量变化可能更显著地受到水柱光合/呼吸过程的影响,但瞬时气象过程(水汽温差、瞬时风速等)在高水位时期亦可对CO₂通量产生显著影响;CH₄昼夜通量变化与水温条件改变更为密切.     

青藏高原中东部地区土壤湿度模拟性能评估以及误差分析

土壤湿度不仅是地表水循环的重要组成部分,而且对天气和气候也有重要影响,它的模拟误差严重阻碍了人们对水循环的认知.本文首先评估了1°×1°水平分辨率的全球陆面数据同化产品(Global Land Data Assimilation System,GLDAS)对青藏高原中部那曲地区和东部玛曲地区土壤湿度的模拟性能;鉴于GLDAS较粗的分辨率无法精细描述分析区域土壤湿度空间分布特征,于是我们基于通用陆面过程模式(Community Land Surface Model,Version 4.5),开展了高分辨率0.1°×0.1°的模拟,并对高分辨率模拟土壤湿度误差的原因进行了深入分析.结果表明:(1)GLDAS陆面数据同化产品和高分辨率陆面模式模拟结果都可以反映出土壤湿度的季节变化特征,但在非冻结期均存在不同程度的干偏差,尤其是在玛曲地区;(2)对比观测和模拟的土壤湿度发现,观测数据表现出强烈的空间异质性,而模拟结果呈现出的是空间均一性.按照模拟误差进行归类分组,对比模拟性能优劣的两组站点发现,模式物理过程不是模拟性能差异的主要因素,而两组站点间地表特征参数中的土壤质地和地形参数,以及驱动数据均没有体现出空间异质性,这可能是土壤湿度模拟结果没有表现出空间异质性的原因.     

三峡小江回水区段2007年春季水华与营养盐特征

2007年5月中下旬,三峡水库小江回水区发生水华,主要分布在高阳平湖、黄石代李子和双江大桥三处,对水华期间浮游植物群落特点和水环境特征的分析发现蓝藻占主导,约为浮游植物生物量的81.43%,优势藻种为水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae),结合水华期间总氮含量较非水华期间明显偏高且有机氮为氮素主要成份和许多蓝藻门藻种均带有异形胞的分析结果,认为此次水华是同氮型蓝藻水华,水华暴发前初春的强降雨过程导致小江回水区TP水平的普遍增加促使了TN/TP发生显著的变化,4月份较低的TN/TP水平诱使同氮型蓝藻在小江回水区迅速生长,并在5月份形成水华,水华期间生物量的增加造成水中磷酸盐浓度的降低,使得小江回水区表现出显著的磷限制特征,调查认为:高阳平湖段可能是小江回水区蓝藻水华的发源地,蓝藻生物体随流漂移至下游黄石代李子处并逐渐聚集,形成自岸边缓流带向河道中心逐渐延伸的肉眼可见的蓝藻生物聚集体,从而使得黄石代李子处具有最高的生物量和叶绿素值,而双江大桥处,则主要是由于河道过水断面的放大导致流速的降低,同时沿岸云阳县县城的排污使得这一河段的营养负荷相对提高,从而为上游随流漂移下来的蓝藻提供了较佳的生长环境.     

三峡水库澎溪河CO2、CH4气泡释放通量初探

气泡释放是天然水体中水-气交换的重要途径之一.采用改进的倒置漏斗型气泡通量监测装置于2012年3-8月期间对三峡支流澎溪河高阳平湖库湾水域进行气泡释放通量的监测研究.研究期间,研究水域CH4气泡释放通量变化范围为0.01 ～ 23288.64 μmol/(m2·d);CO2气泡释放通量变化范围为0～799.89 μmol/(m2·d).不同常规采样点CH4、CO2气泡释放通量均呈现出高度的时空异质性特征.但CH4气泡释放通量显著高于CO2气泡释放通量,且二者释放过程具有同步性.同国外已有水库监测结果相比,澎溪河回水区高阳平湖库湾水域CH4、CO2气泡释放通量位于中等水平.CH4气泡释放通量约为同期CH4扩散通量的0～ 1893.90％,超量释放下CH4气泡释放通量可达同水域CH4扩散通量的6270.5％±390.0％.CO2气泡释放通量仅占同期扩散通量绝对值的0～ 21.74‰,超量释放下,CO2气泡释放通量亦仅为同期扩散通量绝对值的40.33‰ ±0.93‰.CH4气泡释放通量在支流库湾水域对总通量的贡献不可忽视.     

三峡水库水环境相关研究文献计量分析与未来展望

自三峡工程论证以来,其建设和运行可能引发的问题成为相关领域研究的热点.2003年6月,三峡水库开始一期蓄水.检索发现,2002年之前有关三峡的研究绝大部分集中于移民和工程建设风险等方面,与水环境相关的论文数量不足5%,相对较少.因此,本文重点对2002-2017年期间,在SCI-E/SSCI上刊发的520篇研究型英文论文和在中国核心期刊上刊发的777篇中文论文进行计量分析.结果表明:关于三峡水库水环境的研究论文数量整体呈逐年递增趋势,中国在三峡水库水环境研究中占据主导地位;ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH和《环境科学》分别是刊发英文论文和中文论文最多的期刊;中国科学院、重庆大学和三峡大学是三峡水库水环境研究最活跃的机构;"消落带"、"水华"、"浮游植物"、"营养盐"和"水温分层"等方面是三峡水库水环境近几年研究的热点.分析关键词还发现,来自不同学科背景的学者关注的兴趣点和重点不同.一方面,这有利于更全面的研究和多学科之间的碰撞交流;另一方面,即使是表达同一事实,由于学科差异而采用了不同的学术术语和关键词,又妨碍了学科之间的顺畅交流.因此,从科学凝炼不同类型水域共性问题和整合及运用多尺度、多维度的研究手段两个方面着手,不仅可以深度融合不同学科的理论和学术思想,还能深化三峡水环境的研究并提升我国在水库环境生态学研究领域的国际影响力.     

三峡澎溪河高阳平湖碳通量初步分析及不确定性

为明确三峡水库支流澎溪河回水区的碳收支特征,以澎溪河高阳平湖水域为研究对象,建立了河道型水库主要路径碳收支估算方法,对高阳平湖从2011年9月至2012年8月一个完整水文周年内主要路径的碳通量进行了收支动态分析.结果表明,2011年9月至2012年8月,澎溪河高阳平湖水域河流输入的碳通量为133548.55 t C,输出的碳通量为125651.82 t C,水-气界面的扩散碳通量为762.56 t C,消落带土-气界面的扩散碳通量为123.74 t C,水中气泡的释放碳通量为0.38 t C,降水输入的碳通量为104.58 t C,全年高阳平湖水域碳的净积累量为7114.63 t C,宏观上呈现碳积累特征;澎溪河高阳平湖水域水体碳素总体上呈现出河道型水库特有的纵向输移特征.高阳平湖水域上游大量碳素的输入及其在高阳平湖水域的滞留可能会是该水域水-气界面温室气体释放的主要来源.尽管总体上高阳平湖全年呈现出碳积累的特点,但一些方法依然存在不确定性(水-气界面扩散碳通量和气泡释放碳通量的时空异质性等),需要更系统、更长期的工作予以验证或改进.     

三峡澎溪河回水区高水位期间高阳平湖总磷模型

三峡水库"蓄清排浑"的调度运行方式使得冬季高水位期间近岸消落带受淹.消落带氮、磷等营养物受淹后向水体中释放与积累对冬末初春的水华将可能具有重要贡献.构建高水位时期澎溪河高阳平湖总磷收支模型,定量分析高水位期间总磷的收支途径、累积量以及累积磷的主要来源.结果表明:蓄水期,由于蓄水水位升高和顶托而导致大量磷积累;稳定期,磷收支变幅较小,总体趋于平缓;水华期,前期积累的磷被大量消耗,形成水华.淹没消落带磷释放是冬季高水位时期高阳平湖总磷的主要来源,蓄水期所淹没大量消落带所释放的磷为冬季末水华暴发提供条件.研究结果为后续定量分析磷形态的转化和分配奠定重要基础.     

淡水蓝藻胶被生物学功能及其分子调控研究进展

胶被是蓝藻细胞外部的功能性结构,在蓝藻形态适应性策略中发挥重要作用,影响蓝藻水华发生及其优势维持.近年来,对蓝藻胶被的特性、结构组分、影响因子、及其工业应用等方面已有较为丰富且清晰的科学认识.但对胶被生物学功能及相关分子调控机制的研究却相对较少.本文对淡水蓝藻胶被的产生、生物学功能及其分子调控机制进行了综述,总结了胶被4个方面生物学功能:1)保护屏障抵御外界胁迫;2)参与营养物质的传递、吸收和储存:3)参与运动迁移过程;4)促进蓝藻聚集和水华形成;结合近年来分子生物学前沿技术的应用,本文分析蓝藻胶被合成的分子生物学研究现状;探讨蓝藻响应外界不同环境的胶被分子调控机制,并对蓝藻胶被的未来研究热点进行了展望.     

三峡水库中段库底水体CH4浓度变化及其主要影响因素

甲烷(CH4)是一种重要的温室气体,对全球气候变化有不可忽视的影响.三峡水库是中国最大的水库,其潜在的CH4释放近年来备受关注.然而,此地区现存研究主要集中于水气界面通量观测,对库底沉积物同底层水体CH4浓度变化之间关系的认知仍然欠缺.为探究三峡水库泥沙主要沉降淤积的中段区域库底水体CH4浓度变化及其主要影响因素,本研究于2017年8月2018年11月在涪陵南沱镇、忠县石宝寨、万州小周镇采集库底上覆水体和底泥样本,并结合三峡水库调度运行特征进行分析.结果表明,三峡水库中段库底上覆水CH4浓度范围为0.02~0.91μmol/L,二氧化碳(CO 2)浓度范围为0.006~0.105 mmol/L,沉积物有机碳含量范围为7~90 g/kg,总氮含量范围为0.27~45.6 g/kg.另外,三峡水库低水位运行时期(59月),上游及陆源输入大量异源性有机碳是该时期三峡库中段底部CH4积累的充分条件.在水库高水位运行时期(10月次年4月),水位与径流变化对三峡水库中段底部CH4的影响并不明显,库底自源性有机质相对比重有所增加,温度是该时期影响水库底层水体CH4浓度分布的主要水环境因素.     

热液衍生石油及其有机质研究

石油与天然气的成因长期存在有机成因和无机成因的争议。近年来, 全球不同大洋洋底热液衍生石油的发现, 为更进一步探索油气成因提供了新的思考。在回顾有机生油假说和无机生油假说基本理论和二者争论的基础上，重点介绍了热液衍生石油及其有机质的特点和研究进展。然后结合三塘湖盆地、鄂尔多斯盆地烃源岩中热液喷流沉积的研究取得了以下重要认识:①热液衍生石油的有机质来源于陆源高等植物和洋底低等生物，该生物是围绕热液喷口生活的嗜热、嗜毒、耐高温生物；②热液衍生石油不需要埋藏来持续提供热量，海底热液活动为其提供了物质和热量；③在有机质与深源热物质流体发生物理化学作用的过程中，有机质“瞬时”(时间很短)热解成油，部分转化为类似于石油的产品。热液衍生石油及其有机质的研究不仅能进一步深化人们对油气成因的认识，而且对非常规石油的勘探开发具有重要意义。