新乡市卫河水体N2O和CH4溶存浓度的时空分布及排放通量研究

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N2O和CH4是除CO2外最重要的温室气体。鉴于N2O和CH4巨大增温潜势,国内外已经开展了大量研究,试图制定出全球N2O、CH4源汇清单,但水生生态系统尤其是陆地河流中二者的排放机制仍存在疑问。本实验选取卫河新乡市区段作为研究对象,通过监测水中N2O、CH4溶存浓度的季节变化趋势,不同季节N2O、CH4通量的昼夜变化规律,分析水中N2O、CH4溶存、排放动态与环境因子之间的关系,并通过模拟实验以揭示外源有效氮输入对2种温室气体产生的影响,全面探究城市河流N2O、CH4的源汇动态以及控制机制。(1)卫河总体水质春季劣于其他季节,而不同河段受所处区域用地类型以及人类活动强度的影响而有所不同,一些河段由于城市排污和工农业废水输入,水体处于缺氧状态。卫河水体N2O和CH4浓度全年变化范围为0.030.09μmol·L-1和1.23.3μmol·L-1,溶解饱和度在300900%和26000240000%之间,总体均处于饱和高度过饱和状态,是大气N2O、CH4的重要潜在排放源。春季卫河水体N2O和CH4浓度均明显高于其他季节(p<0.01),其他季节之间N2O和CH4浓度差异较小。水体N2O、CH4浓度和饱和度高值均出现在S5、S11、S12点,这也说明城市生活污水输入和工农业生产废水排入是造成N2O、CH4浓度升高的主要原因。通过相关性分析得出,卫河水体N2O的浓度与水中硝态氮(NO3--N)、氨态氮(NH4+-N)和DOC呈极显著正相关关系,与气温呈极显著负相关关系。卫河水体CH4浓度与水中氨态氮(NH4+-N)、DIC、DOC呈极显著正相关关系,与DO、p H呈极显著负相关关系。(2)在卫河建设桥与牧野湖处对CH4与N2O排放日变化的监测研究中,2二者总体表现为2种温室气体的排放源;而水质较好的牧野湖排放强度显著小于建设桥处(p<0.01)。总体来讲CH4的排放通量夜间高于白天;而N2O排放的日动态除夏季牧野湖处夜间排放量高外,其他时间个点均表现为白天高于夜间。建设桥处CH4和N2O排放的主要因子夏季为气温、水温和DO,而冬季主要为活性N含量;而对牧野湖的相关分析表明所测环境因子对2种温室气体的驱动效应机制不明显。综合分析表明,氨态氮(NH4+-N)是影响不同季节卫河CH4排放日变化的首要因子,活性N含量与环境因子的综合作用对N2O排放产生影响。(3)通过对比外源有效态氮的输入类型与浓度差异对2种温室气体排放影响表明,氨态氮(NH4+-N)在较高浓度的输入水平下(510mg·L-1)对水体N2O的生成有一定抑制作用,硝态氮(NO3--N)浓度在15mg·L-1范围内对N2O释放有一定抑制作用。硝态氮(NO3--N)、氨态氮(NH4+-N)都存在的情况下,浓度低于5mg·L-1时对N2O释放有一定抑制作用,但是大于10mg·L-1的NH4NO3输入会明显促进N2O的排放。对比3种N源对N2O生成的刺激作用,外源N浓度为10mg·L-1和5mg·L-1时,硝态氮(NO3--N)对N2O生成作用最强,明显大于另外两种N源(p<0.01),氨态氮(NH4+-N)对N2O的生成的促进作用最小(p<0.01)。本研究中不同N种类对水体CH4产生的刺激效果接近,没有显著性差异(p>0.05),总体上CH4对不同N浓度不同N种类的响应趋势一致,都随时间呈上升趋势。
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