城市湖泊的甲烷排放时空变化及其与水文水质关系——以北京市为例

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大气甲烷(CH4)浓度的不断攀升引起了全球范围的关注。本论文对人为干扰较为严重的城市湖泊生态系统进行了CH4排放的研究,运用静态浮箱法和气相色谱分析法对城市湖泊的CH4排放通量进行测定,并综合现场样点的水文、水质、气象的观测数据及室内模拟培养实验,分析了水文水质对CH4排放的影响。   研究发现北京市五环内城市湖泊上空CH4浓度水平较高,10个湖泊上空CH4浓度季节之间的差异性显著,4个典型湖泊连续变化具有一定的规律,大都在7-8月份出现峰值,3月初融冰时CH4浓度都会略有上升。   10个湖泊夏、秋、春3个季节CH4平均排放通量为4.105±7.927 mg m-2 h-1,空间分布特征表现为一些历史久,面积小的湖泊CH4排放通量较高,湖泊水源较好、面积较大的湖泊CH4排放通量较低,而经人为修建或改建的较大湖泊CH4排放通量也较高。风速、底泥的pH和Eh是影响湖泊CH4排放空间分布的重要因素。   4个典型湖泊年平均CH4排放通量为2.862±5.083 mg m-2 h-1,季节性连续变化表明CH4排放具有一定的时间变化规律,CH4排放期为3月到11月,其中高峰期为7到9月份,秋冬季节CH4排放通量很低;位于市中心的什刹海进入排放期较早;温度是影响湖泊CH4排放时间变化的主要因素。   根据甲烷排放通量的空间和时间变化计算得北京市五环内城市湖泊CH4年排放量约为0.262-0.375Gg,占整个北京地区的0.1%。在整个北京地区CH4排放网格分布中属高CH4排放区,主要表现为季节性高CH4排放。   环境变量与CH4排放通量的关系表明气温、水温和底泥温度与CH4排放通量之间呈正指数相关,底泥温度与CH4通量的指数级最高;CH4排放通量与水体的pH值弱相关,与水体中的TOC和BOD5具有一定的相关性;底质的Eh与CH4排放通量呈极显著负相关,在Eh<-150 mv的时候是CH4排放通量的拐点。   湖泊底质产CH4能力与CH4排放通量并不一致,什刹海是产CH4潜力最大的湖泊;正交模拟实验发现富营养化水体有助于CH4的产生,其中在COD含量较高而TN含量较低的状况下对CH4产生的促进作用最大。   随着城市化的推进,城市湖泊产生的温室气体会有更多的增加,应当引起重视。
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