典型农业流域不同类型池塘水体CO2排放特征

内陆水体是大气CO₂收支估算的重要组成部分。农业流域分布着大量池塘景观水体,且具备蓄洪抗旱、消纳污染、水产养殖等多种功能。但是,农业流域不同功能的小型池塘CO₂排放特征尚不清楚。本研究以极具农业流域代表性的烔炀河流域为研究对象,选取流域中用于水产养殖(养殖塘)、生活污水承纳(村塘)、农业灌溉(农塘)、蓄水(水塘)的4个功能不同的景观池塘,基于为期1年的野外实地观测,以明确农业流域小型池塘CO₂排放特征。结果表明,不同功能池塘水体CO₂排放差异显著,受养殖活动、生活污水输入和农田灌溉等人类活动影响,养殖塘((80.37±100.39) mmol/(m²·d))、村塘((48.69±65.89) mmol/(m²·d))和农塘((13.50±15.81) mmol/(m²·d))是大气CO₂的热点排放源,其CO₂排放通量分别是自然蓄水塘((4.52±23.26) mmol/(m²·d))的18、11和3倍。统计分析也表明,该流域池塘CO₂排放变化总体上受溶解氧、营养盐等因素驱动。4个不同景观池塘CO₂排放通量全年均值为(37.31±67.47) mmol/(m²·d),是不容忽视的CO₂排放源,其中养殖塘和村塘具有较高的CO₂排放潜力,在未来研究中需要重点关注。     

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.     

秋季连续打捞蓝藻对水-气界面温室气体通量的影响

在巢湖西北半湖近岸带设置大型围隔研究秋季连续打捞蓝藻对湖泊温室气体通量的影响,应用YL-1000型大型仿生式水面蓝藻清除设备进行原位打捞蓝藻,通过便携式温室气体分析仪-静态箱法对大型围隔内水-气界面CH₄、CO₂通量特征及其影响因素进行观测.结果表明：对比未打捞区,蓝藻连续打捞下打捞区水体中叶绿素a（Chl.a）、悬浮物（SS）浓度不断下降,两者削减率分别为72%、85%,Chl.a、SS浓度分别下降到29.6±2.5 μg/L、12.5±1.2 mg/L,打捞对围隔内颗粒态物质去除效果十分明显;打捞过程中水体溶解性有机物（DOM）中微生物代谢类腐殖质（C1）、类蛋白（C3）显著下降趋势,打捞区C1、C3组分（0.18±0.02、0.06±0.01 RU）强度明显低于未打捞区（0.26±0.05、0.12±0.03 RU）,打捞能有效控制藻源性溶解性有机质释放.同时,打捞区水-气界面CH₄通量呈显著下降趋势,未打捞区CH₄通量平均值（17.473±1.514 nmol/（m²·s））为打捞区（7.004±4.163 nmol/（m²·s））近2倍,CH₄通量与Chl.a、C1、C3组分均呈显著正相关,水体中藻源性溶解态有机质对CH₄通量具有促进作用;打捞区CO₂释放通量呈显著上升趋势,打捞区CO₂吸收通量（-0.200±0.069 μmol/（m²·s））明显低于未打捞区（-0.344±0.017 μmol/（m²·s））,CO₂通量与Chl.a、温度均呈显著负相关.秋季打捞对CH₄、CO₂综合日平均通量减排量值为0.275±0.076 mol/（m²·d）（以CO₂当量计）.研究结果揭示了巢湖秋季连续打捞蓝藻过程对水-气界面温室气体具有显著减排作用,且能在一定程度上减缓蓝藻水华与湖泊富营养化、气候变暖之间的恶性循环,为湖泊碳循环和蓝藻水华灾害防控提供科学数据支撑和理论参考.     

基于不同模型的河口区水产养殖塘水-气界面CH4气体传输速率及扩散通量研究

模型估算法是水-气界面甲烷（CH₄）通量监测的主要方法.本研究选择6种不同的参数化模型方法估算了2015年6、8和10月两个亚热带河口养殖塘水-气界面CH₄传输速率（k_x）及其扩散通量,探讨了河口养殖塘k_x及CH₄扩散通量的变化特征和影响因子.结果表明：研究期间,不同模型估算下的k_x及其扩散通量均值在闽江河口养殖塘变化范围分别为1.60±0.75~6.29±1.30 cm/h和9.19±2.67~30.64±6.28 μmol/（m²·h）,在九龙江河口养殖塘的变化范围分别为0.89±0.19~6.07±0.61 cm/h和3.18±0.48~21.03±2.13 μmol/（m²·h）;k_x及其扩散通量在两个河口区均呈现随时间推移而升高的特征;整个养殖期间,养殖塘水-气界面平均CH₄传输速率k_x呈现闽江河口略高于九龙江河口（P>0.05）,但水-气界面平均CH₄扩散通量呈现闽江河口显著高于九龙江河口的特征（P<0.05）;风速、水体溶解CH₄浓度和盐度是调控河口区养殖塘水-气界面CH₄扩散通量变化的重要因子;不同模型估算出的河口养殖塘水-气界面CH₄传输速率k_x存在差异,表明模型估算法获得的水-气界面CH₄扩散通量存在一定的不确定性.     

不同水文情景下洪泽湖二氧化碳排放通量特征及影响因素

内陆水域二氧化碳(CO₂)排放是全球碳平衡的重要组成部分,全球CO₂排放通量估算通常有很大不确定性,一方面源于CO₂排放数据观测的时空离散性,另一方面也是缺少水文情景与CO₂排放通量关联性的研究.本文观测了2018年洪泽湖不同水文情景表层水体CO₂排放通量特征,并探讨其影响因素.结果表明,洪泽湖CO₂排放通量为丰水期((106.9±73.4) mmol/(m²·d))>枯水期((18.7±13.6) mmol/(m²·d))>平水期((5.2±15.5) mmol/(m²·d)),且碳通量由丰(310.2~32.0 mmol/(m²·d))、枯(50.8~2.2 mmol/(m²·d))、平(-17.3~39.8 mmol/(m²·d))3种水文情景的交替表现出湖泊碳源到弱碳汇的转变,空间上CO₂排放通量总体呈现北部成子湖区低、南部过水湖区高的分布趋势.洪泽湖CO₂排放对水文情景响应敏感,特别是上游淮河流域来水量的改变,是主导该湖CO₂排放时空分异的重要因子.丰水期湖泊接纳了淮河更多有机和无机碳的输入,外源碳基质的降解和矿化显著促进了水体CO₂的生产与排放,同时氮、磷等营养物质的大量输入,加剧了水体营养化程度,进一步提高CO₂排放量,间接反映出人类活动对洪泽湖CO₂变化的深刻影响.平、枯水期随着上游淮河来水量的减少,驱动水体CO₂排放的因素逐渐由外源输入转变为水体有机质的呼吸降解.此外,上游河口区DOM中陆源类腐殖质的累积与矿化能够促进CO₂的排放,而内源有机质组分似乎并没有直接参与CO₂的排放过程.研究结果揭示了水文情景交替对湖库CO₂排放的重要影响,同时有必要进行高频观测以进一步明晰湖泊的碳通量变化及其控制因素.     

基于人工神经网络的ChinaFLUX 观测站CO2模拟研究通量*

涡度相关技术的发展, 为准确获取区域尺度的CO₂通量分布格局提供了数据基础. 但由于涡度相关技术自身的局限性, 需要利用模型模拟作为获取区域CO₂通量的重要手段. 可是CO₂通量和其他微气象变量之间的非线性关系给模拟CO₂通量的时空动态变化带来了一定的困难.人工神经网络模型为模拟CO₂通量与其他微气象变量的非线性关系提供了一种新的手段. 在ChinaFLUX三个不同类型(农田、森林、草地)生态系统中, 基于2003年6~8月的半小时涡度相关观测数据, 采用BP人工神经网络模型, 以能量通量(净辐射、潜热、显热和土壤热通量)以及温度(空气温度、土壤温度)和表层土壤水分作为输入变量, 模拟了CO₂通量的动态变化. 结果表明, 人工神经网络模型具有较好的模拟结果, 其R2系数在0.75与0.866之间.RMSE在0.008 ?mol/m²与0.012 ?mol/m²之间, MAE在1.38 ?mol/m²与3.60 ?mol/m²之间, 其中农田和森林生态系统的模拟精度略高于草地生态系统.其次, 通过比较土壤水分要素是否参与模拟的结果表明, 在生长季期间, 不存在土壤水分胁迫的情况下, 土壤水分的参与并不能显著提供模型模拟的精度. 最后, 应用连接权重方法进行了神经网络模型不同输入变量的重要性分析, 指出神经网络模型不完全是一个黑箱模型, 也可以有效地揭示出某些机理性现象.该研究证明, 神经网络模型不仅可以有效地模拟CO₂通量, 也可以揭示出一些机理现象, 为通过涡度相关观测与遥感反演技术的集成途径, 利用已获取的区域尺度能量通量数据, 模拟分析区域尺度的CO₂通量分布格局提供了一种有效的方法.     

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。     

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.     

鼎湖山常绿针阔叶混交林CO2通量估算

鼎湖山通量站是中国通量网络(ChinaFLUX)中4个森林站之一,采用开路涡度相关方法,对南亚热带常绿针阔叶混交林进行生态系统尺度的CO₂通量长期定位观测．利用2003,2004年2整年观测资料,分析该生态系统CO₂通量时间变化特征及其受环境因子的制约关系．通过坐标转换、WPL订正和质量控制后,发现本通量站存在明显的夜间泄漏问题,因此采用Michaelis- Menten模型,利用白天(PAR>1．0μmol^-1 Photons·m^-2·s^-1)湍流充分条件-F(u*>0．2 m·s^-1)的通量资料,逐月拟合净生态系统CO₂交换NEE对光合有效辐射PAR的响应,利用拟合Michaelis-Menten方程得到的生态系统呼吸Reco,建立R_eco与5 cm土壤温度的指数关系,借此反演夜间呼吸．主要结论包括:(i)逐月拟合的光能利用效率a平均为0．0027(±0．0011)mgCO₂·μmol^-1 Photons,最大光合速率A_max平均为1．102(±0．288)mgCO₂·m^-2·s^-1,a与A_max季节性变化规律均不明显,表明林内旱季没有明显的缺水和低温胁迫存在,这与南亚热带常绿混交林叶面积指数(LAI)季节性变化较小的特点是一致的．（ii）生态系统呼吸月总量平均为95.3（±21．1）gC·mm^-2month^-1，约占生态系统总初级生产力GPP的68％．NEE月总量平均为-43．2（±29．6）gC·m^-2·month^-1，大部分月份NEE为负号，表明该生态系统全年均具有较强的碳汇功能．估算得到2003，2004年NEE总量分别为-563，-441．2gC·m^-2·a^-1，占GPP的32％．     

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。     

三峡水库典型支流库湾沉积物CH4产生和氧化规律

以三峡水库香溪河库湾为研究对象,采用原位加密采样(2021年5月)和室内培养方法,结合沉积物特性与水环境因子分析,探讨了香溪河库湾沉积物甲烷(CH₄)释放潜力、沉积物-水界面CH₄产生和氧化通量空间分布规律及其影响因素。结果表明:三峡水库泄水期间,香溪河库湾沉积物CH₄释放潜力的变化范围是6.35-2029.37 mg/(kg·d),沉积物-水界面CH₄产生通量和氧化通量的变化范围分别为0.04～0.73、0.03～0.62 mmol/(m²·d);空间上,沉积物CH₄释放潜力、沉积物-水界面CH₄产生及氧化通量在香溪河库湾和各典型横切面(XX02、XX05和XX06)间表现出空间差异性,主要受水深、TOC和温度的影响。垂向上,CH₄产生速率随沉积物深度的增加而减小,表层20 cm沉积物CH₄释放潜力占整柱沉积物的70%,可以用于估算库湾沉积物CH₄释放潜力。此外,沉积...     

退水期鄱阳湖薹草(Carex cinerascens)和藜蒿(Artemisia selengensis)洲滩湿地CO2通量变化及其影响因子

于2014年10月到2015年5月鄱阳湖退水期,利用密闭箱—气相色谱法对鄱阳湖北部星子县洲滩两种代表性的植被群落——薹草(Carex cinerascens)和藜蒿(Artemisia selengensis)进行CO_2通量的对比观测,结果表明:薹草和藜蒿湿地的生态系统呼吸具有明显季节变化模式,其最小值均出现在冬季,最大值均出现在春季,平均值分别为3291.80和2581.89mg CO_2/(m~2·h),退水期薹草和藜蒿湿地累积的CO_2通量分别为213.71±2.27和176.39±11.48 t CO_2/hm~2.较高的生物量是薹草湿地CO_2通量高于藜蒿湿地的原因.5 cm土温是影响薹草和藜蒿湿地CO_2通量季节变化最重要的影响因子,藜蒿湿地生态系统呼吸的温度敏感性指数(Q10)高于薹草湿地.水分、植物生物量和湿地CO_2通量之间无显著相关性.     

大型水库分层期和混合期溶存温室气体空间变化及排放通量

水库作为温室气体的重要来源,对区域气候变化有不可忽略的影响。然而,目前对水库溶存温室气体的空间异质性及垂向特征的认知仍然欠缺。为了揭示水库分层期和混合期溶存温室气体空间特征及排放通量,也为厘清水库温室气体产生和排放的关键过程提供重要支撑。研究选择东北地区大型水库——汤河水库为对象,于2021年7—9月和10月(分别代表水库分层期和混合期)对水库不同位置(坝前、库中和库尾)开展溶存温室气体垂向分层监测。研究结果显示,水库CH₄排放通量变化范围为0.018～0.174 mmol/(m²·d),是大气CH₄的源,空间分布为库尾>库中>坝前;CO₂通量为-4.91～58.77 mmol/(m²·d),除分层期东支库尾,其余点位均表现为大气CO₂的源,空间分布为坝前>库中>库尾。时间上,分层期CH₄排放通量(0.071±0.044 mmol/(m²·d))高于混合期((0.027±0.008) mm...     

Uncertainty analysis of CO<Subscript>2</Subscript> flux components in subtropical evergreen coniferous plantation

We present an uncertainty analysis of ecological process parameters and CO₂ flux components (R _eco, NEE and gross ecosystem exchange (GEE)) derived from 3 years’ continuous eddy covariance measurements of CO₂ fluxes at subtropical evergreen coniferous plantation, Qianyanzhou of ChinaFlux. Daily-differencing approach was used to analyze the random error of CO₂ fluxes measurements and bootstrapping method was used to quantify the uncertainties of three CO₂ flux components. In addition, we evaluated different models and optimization methods in influencing estimation of key parameters and CO₂ flux components. The results show that: (1) Random flux error more closely follows a double-exponential (Laplace), rather than a normal (Gaussian) distribution. (2) Different optimization methods result in different estimates of model parameters. Uncertainties of parameters estimated by the maximum likelihood estimation (MLE) are lower than those derived from ordinary least square method (OLS). (3) The differences between simulated R_eco, NEE and GEE derived from MLE and those derived from OLS are 12.18% (176 g C·m⁻²·a⁻¹), 34.33% (79 g C·m⁻²·a⁻¹) and 5.4% (92 g C·m⁻²·a⁻¹). However, for a given parameter optimization method, a temperature-dependent model (T_model) and the models derived from a temperature and water-dependent model (TW_model) are 1.31% (17.8 g C·m⁻²·a⁻¹), 2.1% (5.7 g C·m⁻²·a⁻¹), and 0.26% (4.3 g C·m⁻²·a⁻¹), respectively, which suggested that the optimization methods are more important than the ecological models in influencing uncertainty in estimated carbon fluxes. (4) The relative uncertainty of CO₂ flux derived from OLS is higher than that from MLE, and the uncertainty is related to timescale, that is, the larger the timescale, the smaller the uncertainty. The relative uncertainties of R_eco, NEE and GEE are 4%−8%, 7%−22% and 2%−4% respectively at annual timescale. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 30570347), Innovative Research International Partnership Project of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. CXTD-Z2005-1) and National Basic Research Program of China (Grant No. 2002CB412502)     

水力调控对湖泊甲烷扩散通量的影响

外源引水等水力调控措施常用于湖泊水环境综合整治中,作为人类施加到湖泊显著的外界活动,其对湖泊甲烷(CH4)扩散通量的影响鲜有报道.贡湖湾作为"引江济太"工程长江来水进入太湖的第一站,其CH4通量变化是对水力调控的最好响应.基于2011年11月至2013年8月逐月的野外观测表明,贡湖湾平均CH4扩散排放量为0.073 mmol/(m2·d),显著高于参考水域(湖心区) CH4排放量(均值:0.017 mmol/(m2·d)).贡湖湾不同站点间CH4通量也表现出显著差异,但湖心区域无此现象.贡湖湾和湖心2个区域的CH4扩散通量均有明显的时间变化,且与水温呈显著正相关.但因受到外源来水的影响,贡湖湾CH4通量时间变化的温度依赖性相对较低.总体上外源引水显著提高了湖体CH4排放量,考虑到湖泊CH4通量受内部因子和外部因子的综合协调影响,其潜在的控制机制还需要进一步探讨.     

城市景观湖泊不同时间尺度CH4通量特征及影响因素分析——以南京市莫愁湖为例

城市景观湖泊对温室气体的收支发挥着重要作用。本文以南京市莫愁湖为研究对象,采用静态箱—温室气体分析仪法实时监测湖泊水—气界面CH₄通量,分析湖泊主要温室气体CH₄在日尺度和季节尺度上因冒泡和扩散排放方式不同对其通量的影响,探究影响湖泊CH₄通量的因素。结果表明:(1)在日尺度上,四季24 h内CH₄均呈排放状态,受白天冒泡影响,四季CH₄总通量均存在白天高于夜间的日变化特征。(2)在季节尺度上,莫愁湖CH₄排放通量呈现显著的时空异质性,受冒泡通量的影响夏季CH₄通量明显高于春、秋、冬三季;B区的CH₄总通量(6.04 nmol/(m²·s))显著高于A区(3.82 nmol/(m²·s)),水体的营养化程度和离岸距离是空间变化的主要影响因素。A、B两区CH₄排放夏季以冒泡排放为主,春、秋、冬以扩散排放为主。(3)在日尺度上,CH₄     

Variations of near-surface atmospheric CO2 and H2O concentrations during summer on Muztagata

Expeditions during the summers of 2002 and 2003 implemented continuous monitoring of near-surface (2 m height) atmospheric CO₂ and H₂O concentrations at the 4500 m elevation on Muztagata. The resultant data sets reveal a slight decrease of CO₂ concentrations (of about 5 μmol·mol^-1) and changes in the diurnal variations from the end of June to the middle August. The daily maximum CO₂ concentrations occur between 02:30-05:30 AM (local time) and the minimum levels occur between 12:00-15:30 PM. The atmospheric CO₂ concentrations in the summer of 2002 were around 5 μmol·mol^-1 lower than those during the same period of 2003, whereas the diurnal amplitude was higher. In contrast, we found that the daily mean atmospheric H₂O content in 2003 was much lower than that in 2002 and there exists a striking negative correlation between CO₂ and H₂O concentrations. We therefore suggest that the near-surface atmospheric CO₂ concentration is affected not only by photosynthesis and respiration, but also by the air H₂O content in the glaciated region around Muztagata.