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【摘 要】为了揭示春季香溪河支流表层水溶解CH4与CO2浓度的变化特征。分别在2014年3月对香溪河回水区每天定点定时采取表层水并同步测量环境因子参数，室内利用静态顶空气相色谱技术测定水体中溶解CH4与CO2浓度。我们的监测数据表明，表层水体溶解CO2浓度在131.56～757.34μmol/L之间，均值为360.43μmol/L；CH4浓度在0.03～ 0.47μmol/L之间，均值为0.19μmol/L。
【关键词】表层水；温室气体浓度；影响因素；三峡水库；香溪河
水电一直被认为是一种清洁能源而得到蓬勃发展[1]。已有研究表明，淡水水库不仅是温室气体的排放源，部分水库释放的温室气体甚至大于火电。目前，国际上针对水库温室气体排放的研究主要集中在热带和南美地区。三峡水库因防洪等需要，其水位受人工调度控制，造成水环境的理化条件发生相应的改变，因此库区的沉积物-水环境是一个相对不稳定的体系。
1 研究区概况
香溪河位于鄂西，全长94公里，流域总面积1047km2，多年平均流量19.97×108m3，水位年变幅近30米，且存在反季节性特点[2]。随着三峡水库的蓄水，香溪河水体流速日益减缓，形成库湾。本次研究区域选定为香溪河上游“水华”爆发区（31°10′26.918″，110°18′36.929″）。
2 材料与方法
2.1样品的采集与分析方法
采样时段为2014年3月，每日上午9时定点采集表层水（水深0.5m）。使用注射器抽取200mL水样，注入预先清洗干净的真空镀铝内膜采样袋内，并注入3mL饱和HgCl2溶液杀死水生、浮游生物用以短时间保存。水样带回实验室后先用注射器注入400ml高纯氮，然后用40W功率超声波处理10分钟使水中CH4与CO2充分释放，静置24小时使待测气体两相平衡，然后抽取顶空气体，用FL GC9790Ⅱ型气象色谱测定。
3 结果及分析
3.1主要环境因子变化特征
2014年3月，由于水位受三峡库区调控影响，3月监测点处水位从163.23m下降至161.39m，日均下降0.10m；表层水水温随气温升高，3月表层水温从11.34℃上升至17.25℃，日均升幅0.19℃；与表层水温的升温速率相比，底层水温升温较慢。3月底层水温从11.56℃上升至12.06℃，日均升幅0.02℃；从3月表层水体DO经过短暂的稳定后先呈上升趋势后出现下降趋势，变化范围为3.85 mg/L～6.82mg/L； 3月叶绿素a从1.523.90μg·L-1上升至8.56μg·L-1； 3月pH整体呈上升趋势，范围为7.37～9.48；
4 讨论
4.1 水位与水温的影响
水位变化对沿岸消落带的淹没是影响水体溶解CH4和CO2浓度变化的重要因素之一[3]。水体中的CO2主要生成于沉积物的有机质有氧分解过程； CH4则主要生成于沉积物的有机质厌氧分解过程。3月水体溶解CH4浓度与水位呈正相关，相关系数为0.502，水位的变化直接改变了CH4从沉积物扩散到表层水体氧化路径的长度，但我们并没有观测到CH4浓度随着水位的降低而升高的现象，分析认为可能是因为春季回暖导致水生浮游生物、藻类的繁殖，光合作用增强，表层水体的CH4氧化作用增强。3月水体溶解CO2浓度在与水位呈正相关，相关系数为0.609。
4.2 溶解氧变化的影响
CH4的氧化作用是影响水体溶解CH4浓度的一个重要因素[4]。CH4只能在严格厌氧还原条件下才能产生，主要通过沉积物-水界面以气泡或溶解的形式交换扩散至上覆水，在扩散经过有氧的沉积物表层时，厌氧层产生的CH4超过90%可能因为氧化被消耗掉，而通过水体进入大气过程中CH4也会进一步被氧化。3月水体溶解CH4浓度与DO呈负相关，相关系数为-0.436。表层水DO浓度升高，水体氧化性增强，导致水体中CH4浓度的累积速率小于氧化速率，CH4浓度降低。
4.3 叶绿素a变化的影响
3月水体溶解CH4浓度与叶绿素呈负相关，相关系数为-0.475，这与王亮等[5]的研究结果相一致。叶绿素a浓度是浮游植物数量的重要指标，直接反应了水库的初级生产能力[6]。在自养状态下，水体中浮游植物的光合初级生产大于呼吸消耗，CO2被吸收固定并且释放O2，导致水体中CO2浓度降低、表层水DO上升；在异养状态下，呼吸作用大于光合作用，CO2浓度会相应的增加。
5 结论
2014年春季香溪河表层水体溶解CH4和CO2的浓度均呈上升趋势。监测期内水体溶解CH4浓度在0.03～0.47μmol/L之间，均值为0.19μmol/L；溶解CO2浓度在131.56～757.34μmol/L之间，均值为360.42μmol/L。3月水体溶解CH4与CO2浓度整体呈正相关，相关系数为0.422。
参考文献：
[1]VICTOR DAVID G. Strategies for cutting carbon[J]. Nature， 1998， 395（6705）： 837-838.
[2]刘会. 三峡库区水位变化对库岸影响的探讨[J]. 人民长江， 2008： 91-93.
[3]赵炎， 曾源， 吴炳方， et al. 三峡水库香溪河支流水域温室气体排放通量观测[J]. 水科学进展， 2011， 22（4）： 546-553.
[4]孙玮玮， 王东启， 陈振楼， et al. 长江三角洲平原河网水体溶存 CH4 和 N2O 浓度及其排放通量[J]. 中国科学： B 辑， 2009， （2）： 165-175.
[5]王亮， 肖尚斌， 刘德富， et al. 香溪河库湾夏季温室气体通量及影响因素分析[J]. 环境科学， 2012， 33（5）： 1471-1475.
[6]PAASCHE. On the relationship between primary production and standing stock of phytoplankton[J]. Journal du Conseil， 1960， 26（1）： 33.
【关键词】表层水；温室气体浓度；影响因素；三峡水库；香溪河
水电一直被认为是一种清洁能源而得到蓬勃发展[1]。已有研究表明，淡水水库不仅是温室气体的排放源，部分水库释放的温室气体甚至大于火电。目前，国际上针对水库温室气体排放的研究主要集中在热带和南美地区。三峡水库因防洪等需要，其水位受人工调度控制，造成水环境的理化条件发生相应的改变，因此库区的沉积物-水环境是一个相对不稳定的体系。
1 研究区概况
香溪河位于鄂西，全长94公里，流域总面积1047km2，多年平均流量19.97×108m3，水位年变幅近30米，且存在反季节性特点[2]。随着三峡水库的蓄水，香溪河水体流速日益减缓，形成库湾。本次研究区域选定为香溪河上游“水华”爆发区（31°10′26.918″，110°18′36.929″）。
2 材料与方法
2.1样品的采集与分析方法
采样时段为2014年3月，每日上午9时定点采集表层水（水深0.5m）。使用注射器抽取200mL水样，注入预先清洗干净的真空镀铝内膜采样袋内，并注入3mL饱和HgCl2溶液杀死水生、浮游生物用以短时间保存。水样带回实验室后先用注射器注入400ml高纯氮，然后用40W功率超声波处理10分钟使水中CH4与CO2充分释放，静置24小时使待测气体两相平衡，然后抽取顶空气体，用FL GC9790Ⅱ型气象色谱测定。
3 结果及分析
3.1主要环境因子变化特征
2014年3月，由于水位受三峡库区调控影响，3月监测点处水位从163.23m下降至161.39m，日均下降0.10m；表层水水温随气温升高，3月表层水温从11.34℃上升至17.25℃，日均升幅0.19℃；与表层水温的升温速率相比，底层水温升温较慢。3月底层水温从11.56℃上升至12.06℃，日均升幅0.02℃；从3月表层水体DO经过短暂的稳定后先呈上升趋势后出现下降趋势，变化范围为3.85 mg/L～6.82mg/L； 3月叶绿素a从1.523.90μg·L-1上升至8.56μg·L-1； 3月pH整体呈上升趋势，范围为7.37～9.48；
4 讨论
4.1 水位与水温的影响
水位变化对沿岸消落带的淹没是影响水体溶解CH4和CO2浓度变化的重要因素之一[3]。水体中的CO2主要生成于沉积物的有机质有氧分解过程； CH4则主要生成于沉积物的有机质厌氧分解过程。3月水体溶解CH4浓度与水位呈正相关，相关系数为0.502，水位的变化直接改变了CH4从沉积物扩散到表层水体氧化路径的长度，但我们并没有观测到CH4浓度随着水位的降低而升高的现象，分析认为可能是因为春季回暖导致水生浮游生物、藻类的繁殖，光合作用增强，表层水体的CH4氧化作用增强。3月水体溶解CO2浓度在与水位呈正相关，相关系数为0.609。
4.2 溶解氧变化的影响
CH4的氧化作用是影响水体溶解CH4浓度的一个重要因素[4]。CH4只能在严格厌氧还原条件下才能产生，主要通过沉积物-水界面以气泡或溶解的形式交换扩散至上覆水，在扩散经过有氧的沉积物表层时，厌氧层产生的CH4超过90%可能因为氧化被消耗掉，而通过水体进入大气过程中CH4也会进一步被氧化。3月水体溶解CH4浓度与DO呈负相关，相关系数为-0.436。表层水DO浓度升高，水体氧化性增强，导致水体中CH4浓度的累积速率小于氧化速率，CH4浓度降低。
4.3 叶绿素a变化的影响
3月水体溶解CH4浓度与叶绿素呈负相关，相关系数为-0.475，这与王亮等[5]的研究结果相一致。叶绿素a浓度是浮游植物数量的重要指标，直接反应了水库的初级生产能力[6]。在自养状态下，水体中浮游植物的光合初级生产大于呼吸消耗，CO2被吸收固定并且释放O2，导致水体中CO2浓度降低、表层水DO上升；在异养状态下，呼吸作用大于光合作用，CO2浓度会相应的增加。
5 结论
2014年春季香溪河表层水体溶解CH4和CO2的浓度均呈上升趋势。监测期内水体溶解CH4浓度在0.03～0.47μmol/L之间，均值为0.19μmol/L；溶解CO2浓度在131.56～757.34μmol/L之间，均值为360.42μmol/L。3月水体溶解CH4与CO2浓度整体呈正相关，相关系数为0.422。
参考文献：
[1]VICTOR DAVID G. Strategies for cutting carbon[J]. Nature， 1998， 395（6705）： 837-838.
[2]刘会. 三峡库区水位变化对库岸影响的探讨[J]. 人民长江， 2008： 91-93.
[3]赵炎， 曾源， 吴炳方， et al. 三峡水库香溪河支流水域温室气体排放通量观测[J]. 水科学进展， 2011， 22（4）： 546-553.
[4]孙玮玮， 王东启， 陈振楼， et al. 长江三角洲平原河网水体溶存 CH4 和 N2O 浓度及其排放通量[J]. 中国科学： B 辑， 2009， （2）： 165-175.
[5]王亮， 肖尚斌， 刘德富， et al. 香溪河库湾夏季温室气体通量及影响因素分析[J]. 环境科学， 2012， 33（5）： 1471-1475.
[6]PAASCHE. On the relationship between primary production and standing stock of phytoplankton[J]. Journal du Conseil， 1960， 26（1）： 33.