冬夏浅水湖泊甲烷扩散通量的空间差异性对比研究

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甲烷(CH4)是增温效应仅次于二氧化碳(CO2)的一种重要的温室气体,在全球气候变化中扮演着重要角色。大气CH4源有自然源和人为源,内陆浅水湖泊作为大气CH4的自然源而备受关注。对内陆湖泊CH4的研究更多集中在内陆比较大的淡水湖泊,如太湖、巢湖、鄱阳湖等CH4的通量,而对内陆小型湖泊(面积小于1km~2)CH4排放的空间分异性及其影响因素研究还有一些不足。本研究以长三角生态绿色一体化发展示范区典型的浅水湖泊大莲湖为研究对象,于2021年夏季与冬季两个季节对其进行全湖空间网格化采样,并基于薄边界层模型,量化大莲湖夏季与冬季水-气界面CH4扩散通量,分析CH4扩散通量空间分布特征与冬、夏的季节性差异,并选取气象与水环境参数对湖泊CH4扩散通量空间分布特征的主要影响因素进行研究,利用结构方程模型探讨造成CH4扩散通量空间与冬、夏季节性差异的主导因子,为长三角生态绿色一体化发展示范区湖泊生态系统低碳管理提供理论基础与数据支持。研究结果如下:(1)大莲湖湖泊夏季水-气界面CH4扩散通量在0.85-24.72μmol/(m~2·h),均值为5.69±4.68μmol/(m~2·h),冬季水-气界面CH4扩散通量在3.15-7.58μmol/(m~2·h),均值为5.22±1.06μmol/(m~2·h),整体表现为大气CH4的“源”。从扩散通量数据上来看,大莲湖水体夏季CH4排放较为活跃,冬季较为稳定。(2)从空间分布特征来看,大莲湖水-气界面CH4扩散通量冬夏两季均存在明显空间分异,夏季呈现出由湖中心向四周逐渐递增的趋势,表现出湖岸高于湖区内部的特点;冬季呈现出南部低并向西部和北部逐渐递增的趋势。冬夏两季的最高值均在湖泊北部沼泽区,表明在冬夏两季湖泊北部沼泽区为湖泊最重要的CH4扩散通量贡献源。夏季大莲湖p H值、溶解氧、叶绿素a呈现出湖中心向四周逐渐递减的趋势,而氧化还原电位呈现出湖中心向四周逐渐递增的趋势,总氮呈现出由南向北逐渐递减的趋势;冬季大莲湖电导率、总氮呈现出由南向北逐渐递减的趋势,溶解氧则呈现出由西向东逐渐递减的趋势,p H值呈现由湖中部向南北两个方向逐渐递减的趋势,氧化还原电位与p H值呈现完全相反的趋势。(3)从环境因子与CH4扩散通量的相关关系来看,夏季大莲湖CH4扩散通量与气温、氧化还原电位呈显著正相关关系,与湿度、风速、水温、大气压强、水温、溶解氧呈显著负相关关系;冬季大莲湖CH4扩散通量与气温、水温呈显著正相关关系,与大气压强、电导率、总氮呈显著负相关关系。说明在环境因子中气温、氧化还原电位、溶解氧、风速、电导率、总氮等是影响大莲湖湖泊CH4扩散通量的关键因素。(4)从夏季和冬季大莲湖CH4扩散通量的主导因子来看,气温变化是夏季和冬季CH4扩散通量的空间分布差异的主导因子,其中夏季是气温通过影响氧化还原电位、电导率、风速来间接影响CH4扩散通量,氧化还原电位通过影响p H值、电导率来间接影响CH4扩散通量;冬季是气温通过影响总氮、电导率、大气压强来间接影响CH4扩散通量,总氮通过影响叶绿素a、电导率来间接影响CH4扩散通量。
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