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近幾十年氣溫升高主要是由人類活動產生的溫室氣體排放所致,氧化亞氮(N2O)的全球溫室效應潛能分別是二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的300倍和12倍,N2O對全球變暖做出了重要貢獻。有報道稱水庫是N2O可能的凈排放源之后,評估水庫中N2O的排放量則日益受到關注。本研究以瀾滄江(云南段)四座深大水庫小灣、漫灣、糯扎渡、景洪為研究對象,在研究水庫大氣、水體及沉積物間隙水N2O濃度的基礎上,確定水庫垂向上N2O濃度的分布特征以及水庫中N2O排放量,并綜合探討了影響水-氣界面和水-沉積物N2O排放的環境因素,為更好的控制和減少水體N2O排放研究提供一定的理論依據。
本文的研究成果如下:
(1)干季(2019年1月)和濕季(2019年8月)采樣點的水體N2O溶存濃度平均值分別為12.82±1.96和16.32±4.43nmol/L。干季和濕季采樣點的水體N2O飽和度平均值分別為262.96±51.19和368.94±108.64%,所有水體的N2O均為過飽和狀態,水體均為大氣N2O的源。干季和濕季水體N2O溶存濃度和飽和度整體上均為景洪糯扎渡小灣漫灣水庫。濕季水庫沉積物中間隙水N2O濃度整體上隨沉積物深度的增加而減少,各水庫間隙水的N2O濃度在8.36-28.94nmol/L之間,各水庫N2O濃度顯示為景洪糯扎渡小灣漫灣水庫。間隙水N2O濃度與間隙水中NO3-和NO2-濃度之間均呈顯著正相關性,與間隙水NH4+濃度呈顯著負相關。
(2)濕季小灣、漫灣和景洪水庫各個點位的N2O濃度均具有明顯的垂向分布特征,其N2O濃度整體上呈現先遞增再減小的趨勢,從大氣到間隙水界面增大,隨著間隙水深度的增加,N2O濃度逐漸減小,而糯扎渡水庫則整體上呈現出先減小再增大再降低的趨勢。濕季水庫水體主要發生硝化-反硝化耦合反應,沉積物主要發生硝化-反硝化耦合反應。各個水庫水體為大氣N2O的來源,沉積物則為水體N2O的來源。
(3)干季和濕季水庫的水-氣界面N2O通量平均值分別為12.08±2.72μmol/(m2·d)和16.32±4.43μmol/(m2·d)。從小灣到漫灣水庫呈現先下降的趨勢,從漫灣到景洪水庫則呈現延程上升的趨勢。2019年小灣、漫灣、糯扎渡和景洪水庫各水庫水-氣界面的N2O年釋放總量,共29.26×105mol N2O。干季瀾滄江水庫水體中ΔN2O與NO3-呈正相關,與DO雖無顯著相關關系,但是趨勢相反,干季反硝化反應是瀾滄江云南段水體N2O的主要產生過程。濕季瀾滄江水庫水體中ΔN2O與NO3-呈正相關,與NH4+呈正相關,濕季硝化-反硝化耦合反應是瀾滄江云南段水體N2O的主要產生過程。
(4)濕季實測和擴散水-沉積物界面N2O的排放通量分別在0.43±0.01-0.68±0.03μmo l/(m2·h)和0.31±0.08-0.78±0.12μmol/(m2·h)之間,水-沉積物界面N2O實測通量與NO3-呈正相關,與水體DO呈負相關,與NH4+呈正相關,濕季硝化-反硝化耦合反應過程是沉積物N2O的主要產生過程,因此控制反硝化速率就可以減少水庫N2O的排放。