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工业革命以来人为排放因素导致大气温室气体浓度增加导致全球气候变暖。淡水生态系统作为全球碳循环的重要组成部分,河流表面积仅占内陆水体的20%,但河流每年逃逸的CO2总量(1.8Pg)约占内陆水体年排放量的85%。CH4虽然只占河流碳排放的较少部分,但其单分子CH4在百年尺度全球增温潜势是CO2的28-34倍,对气候变化的影响也不容忽视。受流速快、扰动大、来源复杂且面积小不易识别等因素影响,CO2和CH4溶解浓度呈现显著的时空变异性,导致全球河流碳排放量估算存在较大的误差。现有关于河流CO2和CH4浓度特征的研究多集中于大江大河,对中小型河流研究相对较少。本文以鄂西山溪性河流下牢溪为研究对象,通过开展不同时空分辨率的野外调查和室内分析,探讨了下牢溪河水溶解CO2和CH4浓度的昼夜、季节性变化特征以及空间分布规律,并结合水文气象要素、地貌特征以及水环境因子,分析影响下牢溪CO2和CH4浓度的主要因素,以期丰富对山区溪流温室气体赋存情况的认识。本文主要认识如下:(1)通过对下牢溪12个采样点为期一年的水质水量及溶解温室气体浓度同步监测,分析了CO2和CH4浓度季节性变化特征及主要影响因素。结果表明,下牢溪2021年溶解CO2浓度变化范围为10.851~112.676μmol/L,全年平均浓度30.665±13.966μmol/L,整体表现为大气CO2的“源”。春夏秋冬各季平均浓度分别为:29.676μmol/L,32.786μmol/L,31.772μmol/L和27.305μmol/L。CO2与NH 4+-N表现出显著负相关(P<0.05),与电导率、TP表现为极显著正相关(P<0.01),与p H和DO呈极显著负相关(P<0.01)。水温、降水对溪流CO2浓度都有较大影响。溶解CH4浓度全年平均值0.078±0.211μmol/L,变化范围为0.002~1.991μmol/L。除9号点冬季个别月份外,下牢溪河水溶解CH4浓度均达到超饱和,表现为大气CH4的源。四季CH4浓度均值分别为:0.038μmol/L,0.093μmol/L,0.132μmol/L和0.036μmol/L,夏秋浓度显著高于春冬水平(P<0.05),降雨径流的影响明显。CH4与TP表现出显著正相关(P<0.05),与水温和DO表现为极显著正相关(P<0.01),与NO3--N、DTN、TN和p H表现为极显著负相关(P<0.01)。温度作为下牢溪CH4浓度季节性变化的主控因子,与CH4变化趋势整体一致。降水对缓流水体的影响更大,而对本处于剧烈扰动状态的山区溪流作用不明显。使缓流水体溶存CH4浓度下降的主导因素并非“稀释”,可能是由于雨滴拍打水面、增大表层水体排放所致。(2)通过在不同气象条件下,对下牢溪干支流水体溶解温室气体浓度及水体理化因子进行72h高频连续监测,探讨了溪流CO2和CH4浓度的昼夜变化规律。结果表明,下牢溪西支春季溶解CO2浓度变化范围为11.493~38.782(25.453±9.390)μmol/L,东支浓度范围为12.861~43.427(26.693±9.423)μmol/L;夏季西支浓度变化范围为19.755~46.314(34.970±8.910)μmol/L,东支浓度范围为25.740~53.082(41.416±8.259)μmol/L;秋季西支浓度范围为11.578~35.901(26.403±8.505)μmol/L,东支浓度变化范围为7.235~38.706(24.338±10.721)μmol/L;冬季西支和东支浓度范围分别为12.274~33.438(24.872±6.533)μmol/L和7.756~29.147(19.023±6.934)μmol/L。在呼吸作用和光合作用的共同调控下,下牢溪河水CO2浓度表现出明显的昼夜变化规律,昼降夜升,24h内最大值可达最小值的5倍,四季白天和夜间浓度均存在极显著差异(P<0.01)。以6次/天的频率进行等时间间隔采样,可准确求得下牢溪24h平均浓度(误差小于5%)。CH4在不同支流不同季节表现出复杂的日变化特征,整体无显著差异。春季西支溶解CH4浓度变化范围为0.008~0.028(0.012±0.003)μmol/L,东支浓度变化范围为0.037~0.024(0.030±0.003)μmol/L。夏季西支浓度变化范围为0.022~0.115(0.043±0.017)μmol/L,东支浓度变化范围为0.018~0.034(0.027±0.004)μmol/L。秋季西支浓度变化范围为0.009~0.073(0.012±0.005)μmol/L之间,东支浓度范围为0.039~0.116(0.062±0.010)μmol/L。冬季西支浓度变化范围为0.006~0.011(0.007±0.001)μmol/L,东支浓度范围为0.024~0.052(0.033±0.004)μmol/L。小波分析结果显示:下牢溪溶解CH4无持续稳定的周期变化规律。具体表现为夏季西支昼升夜降,春、秋季东支昼降夜升,其余时间内两条支流无显著变化规律。(3)通过在1月、4月、7月、10月中旬进行空间加密监测(46个采样点),结合土地利用类型、地质地貌特征探讨下牢溪溶解CO2和CH4浓度的空间分布特征及影响因子。结果表明,I级河流CO2浓度34.387μmol/L,II级河流浓度30.729μmol/L,不同级别河流之间无显著差异。随着耕地面积占比增加,II级河流CO2浓度呈上升趋势。但当森林占比增大时,CO2变化无明显规律。溪流筑坝对CO2的脱气作用并不明显,坝下生物地球化学过程对溶解CO2浓度的影响比上游来流更大。下牢溪CH4空间异质性显著,同一季节最大值可达最小值219倍,I级河流CH4浓度中位数为0.021μmol/L,II级河流中位数0.033μmol/L,比I级河流高53%。当耕地面积占比增加时,I级河流CH4浓度变化不明显,II级河流CH4浓度表现出上升趋势。受挡水影响明显的水体中CH4浓度显著高于天然河道(P<0.01),同时由于水跌,坝下浓度比坝上低约45%。农业活动、居民生活、悠闲娱乐、筑坝拦水等均不同程度的提高了相应点位或河段的CH4浓度水平,人为活动是小流域CH4浓度空间分布特征的重要影响因素,拆除溪流小型拦水坝可降低河流温室气体排放量。