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.     

水库温室气体净通量评估模型(G-res Tool)及在长江上游典型水库初步应用

目前准确量化温室气体排放量已成为气候变化研究和政策制定的关键.在IPCC水库温室气体净通量的概念性框架下,国际水电协会汇总分析了全球223座水库的CO₂和CH₄研究成果,构建了G-res Tool,其可以用于评估已建或待建水库在长时间尺度下的温室气体净通量.本文介绍了G-res Tool模型的基本原理与模型框架,利用模型内置数据库中所涉及的中国长江上游12座典型水库数据进行初步应用分析,12座水库温室气体净通量平均值为88.17 g CO₂e/（m²·a）,在全球约7000座水库中所处水平为11.67%,处于低阈值范围.在水库温室气体净通量分析结果中,其他非相关人类活动产生的水库温室气体通量（UAS）在蓄水后总通量（Post）中所占比重远高于蓄水前温室气体通量（Pre）.长江上游水库蓄水后的CH₄和CO₂通量对于温室效应的贡献量相当.通过将G-res Tool模型蓄水后的温室气体通量评估结果和所涉及到的12座水库中已发表的数据对比分析发现,G-res Tool具有简便、适用面广等特点.但G-res Tool毕竟仍为经验性模型,其基本原理和模块设计上的内在缺陷在很大程度上限制了其应用范围并造成了一定的不确定性.对个案水库而言,长期跟踪观测与机理研究仍是未来减少水库温室气体净通量不确定性的关键.     

城市湖泊不同水生植被区水体温室气体溶存浓度及其影响因素

为了解城市湖泊不同水生植被区水体温室气体的溶存浓度及其影响因素,于2015年4-11月按每月2次的频率采用顶空平衡法对聊城市铃铛湖典型植被区——菹草区、莲藕区和睡莲区表层水中CO₂、CH₄和N₂O的溶存浓度进行监测,计算水中温室气体的饱和度和排放通量,并测定水温（T）、pH、溶解氧（DO）、叶绿素a及营养盐浓度等理化指标,以探究水体环境因子对温室气体溶存浓度的影响.结果表明,铃铛湖各植被区水体温室气体均处于过饱和状态,是大气温室气体的"源";莲藕区CH₄浓度、饱和度和排放通量均显著高于菹草区,而各植被区N₂O和CO₂均无显著性差异;不同植被区湖水中DO、总氮（TN）、总磷（TP）和硝态氮（NO₃^--N）浓度具有显著差异,其中DO、TN和NO₃^--N浓度均表现为菹草区最高,莲藕区最低,而TP浓度则正好相反;各植被区温室气体浓度和水环境参数间的相关分析和多元回归分析的结果表明,水生植物可通过影响水体的理化性质对温室气体的产生和排放产生显著差异影响,在菹草区亚硝态氮（NO₂^--N）、NO₃^--N、T和DO是控制水体温室气体浓度的主要因子;睡莲区为TP和pH;莲藕区则为pH、NO₂^--N和DO.     

夏季降雨事件对水库温室气体通量变化的影响:来自湖北官庄水库的高频观测

湖库淡水水域对温室气体排放的贡献不容小觑,然而观测时间的代表性不足以及缺乏对降雨因素的考虑制约了碳排放的准确估计.本研究以湖北宜昌境内官庄水库为例,选取强降雨多发的夏季时段,针对水气界面温室气体通量、水体表层和垂向剖面气体溶存浓度及环境因子开展了为期1周的原位高频观测,以探讨夏季降雨事件对水库温室气体通量变化的影响.结果表明,观测期内官庄水库水气界面CH₄通量变化范围为0.007~0.077 mg/（m²·h）,CO₂通量范围为5.48~57.57 mg/（m²·h）,白天和夜晚均表现为大气的碳源.小雨、中雨乃至暴雨天气条件下,CH₄和CO₂日均通量均较低,日通量倾向于受风速和温度调控.CH₄和CO₂通量变化趋势较为一致,观测期内日间排放量高于夜间排放量出现的次数更多,昼夜差异对降雨天气状况无明显响应,风速是CH₄和CO₂通量昼夜变化的主导因素.暴雨过程中,CH₄-k₆₀₀和CO₂-k₆₀₀与水气温差存在显著正相关,但水体垂向混合过程十分短暂.在平均雨强为3.8 mm/h的暴雨第I阶段,CH₄-k₆₀₀对风速和降雨的响应明显,而在雨强更大（8.5 mm/h）的第II阶段,CH₄-k₆₀₀与风速、降雨均未表现出相关性,通量箱在强降雨条件下的适用性可能存在雨强阈值.     

西洞庭湖季节性淹水和植被类型对温室气体排放通量的影响

植被类型及淹水带来的干湿交替过程是影响温室气体排放的重要因素.本文通过原状土柱模拟实验,模拟西洞庭湖水文节律变化对不同土壤—植被系统温室气体排放的影响.利用静态箱—气相色谱法研究不同植被—土壤类型(芦苇湿地、灰化苔草湿地和刚砍伐的杨树林湿地)在季节性淹水条件下的CO₂、CH₄和N₂O的排放通量变化,并探讨了在水位变化的情况下,不同植被—土壤类型对全球增温潜势的贡献.结果表明:在不同的水文条件下,芦苇湿地的CO₂排放通量均显著高于苔草和杨树林湿地;淹水过程导致3种植被类型覆盖湿地CO₂排放通量显著降低,甲烷排放通量升高,其中芦苇湿地CH₄排放通量升高显著,苔草和杨树林湿地CH₄排放通量升高不明显;水文变化及植被类型对N₂O排放通量的影响不显著;不同植被类型湿地对全球增温潜势的贡献为:芦苇>杨树林>苔草,分别为16191.3、3405.6和1883.1 kg/hm².本研究结果表明在...     

稳定分层水库水质的季节性变化特征及扬水曝气水质改善

为了解深水型水库水体的热分层结构、水质特征及扬水曝气系统对水质的改善情况,对水温、溶解氧、pH、叶绿素a、营养盐、溶解性有机碳浓度等水质指标进行为期一年的监测,探讨各项指标的季节性变化规律.结果表明,黑河水库水体呈单循环混合模式,在3-10月形成自然热分层,水体的热分层导致相应水库水质明显分层.黑河水库为偏碱性水体,叶绿素a、总磷、总氮、铵态氮和溶解性有机碳浓度平均值分别为2.21 μg/L、0.022 mg/L、1.32 mg/L、0.20 mg/L和2.93 mg/L,表明黑河水库处于中-富营养状态.热分层期底部水体溶解氧浓度在0～7.9 mg/L之间,平均值为2.9 mg/L,氮磷质量比在41～100之间,表明黑河水库是一个底部季节性缺氧、高营养盐型水库.在水库自然热分层末期,应用扬水曝气技术,不仅改善了底部水体的厌氧/缺氧环境,抑制了厌氧/缺氧条件下内源污染物的释放和藻类的增殖,而且还使得水库水体提前混合,实现了强制混合与水体自然混合过程的有机衔接,延长了水质持续改善的作用时效,有效地改善了水环境,保障了安全供水.     

稳定分层水库水质的季节性变化特征及扬水曝气水质改善

为了解深水型水库水体的热分层结构、水质特征及扬水曝气系统对水质的改善情况,对水温、溶解氧、p H、叶绿素a、营养盐、溶解性有机碳浓度等水质指标进行为期一年的监测,探讨各项指标的季节性变化规律.结果表明,黑河水库水体呈单循环混合模式,在3-10月形成自然热分层,水体的热分层导致相应水库水质明显分层.黑河水库为偏碱性水体,叶绿素a、总磷、总氮、铵态氮和溶解性有机碳浓度平均值分别为2.21μg/L、0.022 mg/L、1.32 mg/L、0.20 mg/L和2.93 mg/L,表明黑河水库处于中-富营养状态.热分层期底部水体溶解氧浓度在0~7.9 mg/L之间,平均值为2.9 mg/L,氮磷质量比在41~100之间,表明黑河水库是一个底部季节性缺氧、高营养盐型水库.在水库自然热分层末期,应用扬水曝气技术,不仅改善了底部水体的厌氧/缺氧环境,抑制了厌氧/缺氧条件下内源污染物的释放和藻类的增殖,而且还使得水库水体提前混合,实现了强制混合与水体自然混合过程的有机衔接,延长了水质持续改善的作用时效,有效地改善了水环境,保障了安全供水.     

南方水库热分层消亡期混合层深度及缺氧区时空变化特征——以南宁市天雹水库为例

湖库热分层消亡引起的突发性水质恶化现象引起了广泛的关注,我国南方水库大多是暖单次混合型湖泊,每年混合一次,导致水库水质周期性下降,但目前对南方水库热分层消亡过程的高频监测研究较少。为探究我国南方水库热分层消亡期水体混合过程的时空变化规律及驱动因素,以广西南宁天雹水库为例,于冬季热分层消亡期(2019年11月—2020年2月)对水库多点位水体理化指标开展原位监测,并利用自建气象站获取气象水文数据。结果表明:(1)水库热分层消亡期间,过渡区水深较浅可在短期内达到完全混合状态且缺氧区同步消失;而湖泊区混合过程整体滞后于过渡区,混合层深度由6.85 m增加至13.65 m,缺氧区逐渐减小,缺氧指数(AI)由0.40减小至0.07,直至水体完全混合后缺氧区消失;水库过渡区较湖泊区提前约40 d达到完全混合状态。(2)气象因子是引起热分层结构变化的主要因素,气温(T)、辐射(R)与混合层深度(MLD)呈现显著负相关(R_T=0.927、R_R=0.925,P<0.01),风速(WS)与MLD呈现显著正相关(R_WS=0.728,P&...     

大型深水水库溶解氧层化结构演化机制

深水水库溶解氧(DO)的演化成因目前尚不完全清楚,研究其演变机制对制定水库水质保护和管理策略十分重要.本文以我国京津冀地区重要的大型深水水源水库潘家口水库为例,系统分析了水库水温和DO浓度的时空分布特征、演化成因,以及水库的水质响应情况.结果表明:4月中旬-11月底该水库存在显著的季节性热分层,水库热分层为DO层化结构的形成提供了垂向分异性物理环境;与热分层类似,DO层化表现为3层结构,本文从上至下将其分别定义为混合层、氧跃层和氧亏层.垂向各层不同生化过程的作用为DO浓度空间差异性演变提供了驱动力,其中混合层受浮游藻类过量生长的影响,DO往往处于过饱和状态;氧跃层受大量生物的呼吸及有机物分解等耗氧的影响,DO浓度急剧下降,7-8月一般处于缺氧状态(DO2 mg/L);氧亏层受重污染沉积物耗氧的影响,DO浓度持续下降,热分层末期水库底部可能出现缺氧.热分层末期DO浓度降低的同时,沉积物中会发生Mn的还原、Mn-P解吸释放等现象,但沉积物中含量较高的Fe没有发生还原以及Fe-P的解吸释放现象.潘家口水库目前正在逼近缺氧、内源污染大量释放的临界点,其水环境治理应予以高度重视.     

南方水库热分层消亡时期水体混合特征及其驱动机制

稳定分层的深水水库常在冬季发生“翻库”现象,继而导致水库的整体水质下降,影响饮用水安全问题。为探究南方水库热分层消亡时期水体混合特征,在冬季2019年11月—2020年2月对南宁市天雹水库水体理化指标开展长序列原位监测,并结合水体垂直扩散系数,分时期(热分层期、减弱期、完全混合期、形成期)刻画水库热分层消亡全过程中水温T、溶解氧DO的剖面变化特征,探讨了气象因子(气温、太阳辐射、风速等)与水动力因子(水体垂直扩散系数K_z)对水体理化指标的影响。结果显示:桉树人工林区水库热分层消亡期温度分层与溶解氧分层变化不同步,溶解氧分层的破坏较水温分层的破坏出现滞后,其结构失稳是气温及太阳辐射共同作用的结果;期间水体垂直扩散系数变化范围0.16～380.36 m²/d,均值为30.46 m²/d,表层K_z变化的主要控制因子为气温变化,且较T及DO而言,表层K_z对气温的变化更加敏感(R_Kz=-0.44,R_T=0.25,R     

-座富营养化水库—福建山仔水库夏季热分层期间浮游植物垂向分布

对福建省水温分层型富营养化山仔水库夏季大坝断面垂向水体的物理化学参数进行了监测分析,并应用荧光分析法结合显微镜细胞计数法,对垂向分层水体和沉积物中的浮游植物生物量、群落组成及丰度进行了分析.结果表明,水库的水温分层能够引起水化学指标的分层.夏季大坝断面水体中的浮游植物以蓝藻门微囊藻属占绝对优势,垂向分布表现为表层的浮游植物细胞数量高于底层,温跃层以下细胞数急剧减少,水温分层可能决定着浮游植物的垂向分布,底泥中的浮游植物将为水体的水华提供"种源".     

Quantifying turbulent mixing and oxygen fluxes in a Mediterranean-type,microtidal estuary

Experiments were carried out on an intermittent estuary during its closed (summer) and open (winter) states to identify the physical processes responsible for vertical mixing across the halocline, and to quantify vertical fluxes of oxygen and salt between water layers. During the blocked phase a two-layer structure was observed, with a brackish surface layer overlying old seawater. Within a deep basin the wind-driven turbulent mixing was consistent with the measured surface-layer turbulent dissipation, but the dissipation in the bottom layer appeared to be driven by internal seiching. In the shallow regions of the estuary vertical fluxes of dissolved oxygen were indicative of oxygen demand by respiration and remineralization of organic material in bottom water and sediments. During the estuary's open phase a three-layer structure was observed, having a fresh, river-derived surface layer, a middle layer of new seawater, and a bottom layer of old seawater. In the shallower regions surface-layer turbulent diffusion was consistent with the strong, gusty winds experienced at the time. The dissolved oxygen of the incoming seawater decreased to very low values by the time it reached the upstream deep basin as a result of the low cross-pycnocline oxygen flux being unable to compensate for the oxygen utilization. At least 50 % of the cross-pycnocline salt fluxes in the shallow reaches of the open estuary are suggested to be driven by Holmboe instabilities. Responsible Editor: Hans Burchard     

Effects of rainfall on thermal stratification and dissolved oxygen in a deep drinking water reservoir

Thermal stratification is crucial for water quality and ecological processes in deep lakes and reservoirs and can be substantially affected by meteorological and hydrological processes in the catchment. However, how thermal stratification responds to rainfalls of different intensities and changing hydrological processes has not been documented very well. Here, high frequency water column profiles at three stations in a large subtropical deep reservoir (Lake Qiandaohu, China) in 2017 were used to elucidate the impacts of rainfall on lake physical process and chemical environment. The impact of rainfalls on the thermal stratification and dissolved oxygen in riverine zone was more impressive than that in transitional and lacustrine zones. The effect on thermal stratification by rainfall was largely affected by the magnitude of rainfall. Moderate and heavy rainfall events could reduce the thermal stability of water column, deepen the mixing layer depth, and shape the thermocline, resulting from decrease of surface water temperature and increased inflows. While rainstorms could totally break up thermoclines in the riverine zone by high volume inflow flushing. In addition, we found that the hypoxia and anoxia initial depths increased during rainfall events in this reservoir, which were well related to the changes of mixing layer depths. This research highlights that quantifying the effects of rainfalls on thermal stratification and dissolved oxygen will be beneficial for optimizing reservoir management.     

峡谷分层型水源水库表层沉积物溶解性有机物光谱特征

结合三维荧光光谱技术（EEMs）与紫外吸收光谱（UV-vis）,并利用平行因子分析（PARAFAC）的方法,对金盆水库表层沉积物中溶解性有机质（DOM）光谱的空间分布特征及来源进行分析,并探讨沉积物DOM的荧光组分与可溶性有机氮（SON）、可溶性无机氮（SIN）之间的相关性.结果表明,金盆水库表层沉积物DOM由3类荧光组分组成,分别是类富里酸C1（235 nm,315 nm/430 nm）、类色氨酸C2（220 nm,275 nm/330 nm）和类胡敏酸C3（265 nm/520 nm）,各组分荧光强度占总荧光强度百分比的平均值分别为43.15%、31.54%和25.31%.表层沉积物DOM浓度在空间上呈现从上游到主库区先减少后增加的趋势.光谱斜率S_275-295、S_350-400和光谱斜率比S_R反映出各采样点陆源与内源占比的差异性.荧光指数、自生源指标和腐殖化指标都表明金盆水库沉积物DOM的来源具有内源与陆源双重特征.相关性分析表明,表层沉积物DOM各组分与SON和SIN均呈显著正相关,说明DOM与氮元素的迁移转化密切相关.     

Spatial–temporal variations of methane emissions from the Ertan hydroelectric reservoir in southwest China

Methane emissions from hydroelectric reservoirs can comprise a considerable portion of anthropogenic methane. However, lack of data on CH₄ emissions in different geographical regions and high spatial‐temporal variability in the emission rates of reservoirs has led to uncertainties regarding regional emission estimates of CH₄. In the subtropical plateau climate region, we used the Ertan hydroelectric reservoir as a study area. The CH₄ flux at the air‐water interface was assessed by floating chambers and factors influencing emissions, including the distance from the dam, water depth, seasonal variation in wet and dry season, air‐water temperature gradient and wind speed, and was also studied through a year‐long systematic sampling and monitoring experiment. The results showed that the surface of the reservoir was a source of CH₄ during the sampling period and the annual average CH₄ flux was 2·80 ± 1·52 mg m^?2 d^?1. CH₄ flux (and its variation) was higher in the shallow water areas than in the deep‐water areas. CH₄ flux near the dam was significantly higher than that of other locations farther from the dam in the dry season. The seasonal variations of CH₄ emission in wet and dry seasons were minor and significant diurnal variations were observed in wet and dry seasons. Exponential relationships between the CH₄ flux and air‐water temperature gradient were found. Air‐water temperature gradient was an important factor influencing diurnal variations of CH₄ flux in the Ertan hydroelectric reservoir. These results indicate that systematic sampling is needed to better estimate CH₄ flux through coverage of the spatial variation of different water depths, measuring‐point distance from the dam, seasonal variation in wet and dry seasons and changes in climate factors (such as air‐water temperature gradient). Our results also provide a fundamental parameter for CH₄ emission estimation of global reservoirs. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

冰封期湖泊溶解氧变化特征及代谢速率

冰封期湖泊与大气的气体交换受冰盖阻碍,影响湖泊溶解氧含量,进而影响湖泊水质.为探究冰封期湖泊溶解氧和新陈代谢速率变化特征及影响因素,本研究通过监测典型季节性冰封湖泊不同深度的溶解氧(DO)、水温和光合有效辐射(PAR),结合水质检测结果,分析冰封期湖泊DO变化及代谢速率影响因素,对湖泊日新陈代谢速率计算方法进行改进并估算冰封期湖泊新陈代谢速率.结果表明：2021年1—3月间,岱海DO浓度平均值为15.49 mg/L,并出现昼夜变化和分层现象.DO在冰封期变化趋势呈现出先逐渐升高,然后保持稳定,进入消融期(2021年3月2—11日)分层现象逐渐消失的规律.岱海冰封期净初级生产力和生态系统呼吸速率平均值分别为0.11和0.10 mg/(L·d),在水温未出现分层时净初级生产力呈现较高水平;之后水温沿水深方向出现分层,净初级生产力明显下降;当冰层融化后,PAR显著上升,净初级生产力又逐渐恢复至0.10 mg/(L·d).统计分析表明,岱海冰封期DO与水温、PAR、总氮等变化具有一定相关关系,且由于湖泊流域生态环境条件及冰封期物候特征不同,岱海与内蒙古其他湖泊相比,冰封期DO变化趋势存在一定差...