灌溉型水庫沿岸區(qū)甲烷排放特征

劉策暴 旭黃保祥等

摘要為研究灌溉型水庫沿岸區(qū)的甲烷排放特征，于2010年5～10月采用靜態(tài)箱-氣相色譜法測定了泥河水庫沿岸區(qū)的甲烷排放通量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，泥河水庫沿岸區(qū)的甲烷排放通量為0.08～7.31 mg/（m2·h），平均為3.14 mg/（m2·h），夏季甲烷排放通量最高。甲烷通量與水溫呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而與水深呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。水生植物對甲烷排放的影響不顯著。研究表明，灌溉活動引起的水深變化會影響沿岸區(qū)的甲烷排放，建議在估算灌溉型水庫溫室氣體排放清單時考慮灌溉活動的影響。

關(guān)鍵詞甲烷排放；灌溉型水庫；沿岸區(qū)

中圖分類號S181.3；X703文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）31-247-02

Methane Emission in the Littoral Zone of an Irrigation Reservoir——Nihe Reservoir Case

LIU Ce， BAO Xu， HUANG Baoxiang， HUANG Puyi* et al

（College of Wildlife Resources， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

AbstractMethane flux in the littoral zone of Nihe reservoir was measured by static chambergas chromatogram method from May to October 2010 in order to study methane emission characteristic in the littoral zone in the irrigation reservoirs. The results showed that the methane flux ranged from 0.08 to 7.31 mg/（m2·h）， average of 3.14 mg/（m2·h）. Methane emission peaked in summer. The CH4 flux was positively related to the water temperature and negatively relatedtothe water depth. There were no differences in methane flux between vegetation and vegetation removal regions.The results suggest that methane emission in the littoral zone was affected by water depth change caused by irrigation， and methane emissions in the littoral zone should be considered to accurately estimate carbon gas emissions in irrigation reservoirs such as Nihe reservoir.

Key words Methane emission； Irrigation reservoir； Littoral zone

甲烷是引起全球氣候變暖的主要溫室氣體之一，研究不同生態(tài)系統(tǒng)-大氣的甲烷排放特征是預(yù)測全球氣候變化趨勢的基本前提。目前甲烷排放的研究主要集中在濕地、湖泊等方面[1-2]，關(guān)于水庫，特別是灌溉型水庫的甲烷排放研究較少。

泥河水庫位于黑龍江省蘭西、呼蘭、綏化交界，處于呼蘭河支流泥河的下游，集水區(qū)1 515 km2，最大水深3 m（豐水期），屬于大型（Ⅱ）平原灌溉型水庫。該研究通過測定泥河水庫沿岸區(qū)甲烷排放通量，分析甲烷排放的影響因子，揭示東北地區(qū)平原灌溉型水庫的甲烷排放特征，為評價水庫的生態(tài)效益，優(yōu)化管理模式，減少溫室氣體排放提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1材料和方法

1.1研究地概況

泥河水庫（46°15′ N，126°37′ E）位于黑龍江省泥河下游，1978年建成，集水區(qū)主要為農(nóng)田。水庫集水區(qū)和灌溉區(qū)面積分別為1 515和48 km2；敞水區(qū)面積40 km2，平均和最大水深分別為2.6和4.5 m。該區(qū)域?qū)俚湫蜏貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫3.3 ℃，年平均降水505.4 mm。灌溉期為每年的5月中旬至8月末。

1.2樣品的采集

試驗于2010年5～10月，采用靜態(tài)箱-氣相色譜法逐月測定了泥河水庫沿岸區(qū)的甲烷排放通量。在7～9月水生植物出現(xiàn)期間，試驗還測定了去除水生植物的甲烷排放通量，以研究水生植物對甲烷排放的影響。

采樣箱為直徑40 cm，高30 cm的不銹鋼圓筒（1面封底），詳見參考文獻(xiàn)[3]。采樣點測定3個平行樣本，采樣箱之間的距離<3 m。罩箱后立即采集氣體40 ml，而后每隔10 min采集40 ml氣體，連續(xù)采集3次，用于氣體樣品分析。氣體樣本在24 h內(nèi)送回實驗室進(jìn)行分析。試驗期間每4 h測定1次，持續(xù)時間為24 h。數(shù)據(jù)取24 h內(nèi)甲烷通量平均值代表該點1 d的平均甲烷排放通量。采樣期間，同時測定箱內(nèi)外的氣溫、表層水溫（水面下5 cm）和氣壓。

1.3樣品的分析

采用北分瑞利sp2100氣相色譜儀對氣體樣品進(jìn)行分析，具體分析條件見參考文獻(xiàn)[3]。

1.4環(huán)境因子的測定

水溫采用YSI6600野外多參數(shù)水質(zhì)分析儀測定。水深采用塞氏盤測定。水生植物的地上生物量采用收割法測定（1 m × 1 m，60 ℃至恒重）。

1.5數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用Pearson相關(guān)性分析甲烷通量與環(huán)境因子的關(guān)系；采用T檢驗比較含有水生植物與去除水生植物區(qū)域的甲烷通量。

2結(jié)果

2.1環(huán)境因子

從表1可知，泥河水庫沿岸區(qū)水溫變化范圍為2.9～31.0 ℃。水深從5月15日的1.25 m持續(xù)下降，至7月30日～8月27日為干旱期，之后水深顯著增加。大型水生植物出現(xiàn)在7月3日至9月18日，優(yōu)勢種類分別為沉水植物馬來眼子菜P.malaianus（7月3日至7月17日）和浮葉植物兩棲蓼P.amphibium（8月24日至9月18日）。馬來眼子菜地上生物量為443～590 g/m2，兩棲蓼地上生物量為40～87 g/m2。10月17日大部分水生植物由于低溫而死亡。

2.2泥河水庫沿岸區(qū)甲烷排放通量

圖1顯示，泥河水庫沿岸區(qū)的甲烷通量變化范圍是0.08～7.31 mg/（m2·h），平均值為3.14 mg/（m2·h）。春季甲烷排放通量最低，夏季甲烷排放通量最高，峰值出現(xiàn)在8月24日。Person相關(guān)性分析表明，甲烷通量與水溫呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與水深呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。

2.3水生植物對甲烷排放的影響

圖2表明，7月含有馬來眼子菜的甲烷通量平均值為4.91 mg/（m2·h），略高于去除植物的甲烷通量4.41 mg/（m2·h）。8～9月含有兩棲蓼的甲烷通量平均值為6.51 mg/（m2·h），略低于去除兩棲蓼的甲烷通量6.75 mg/（m2·h）。T檢驗表明，含有水生植物與去除水生植物的甲烷通量無顯著差異（P>0.05）。

3結(jié)論與討論

3.1泥河水庫沿岸區(qū)甲烷排放通量特征

泥河水庫沿岸區(qū)的平均甲烷排放通量為3.14 mg/（m2·h），高于北溫帶地區(qū)水庫的甲烷通量0.13～2.25 mg/（m2·h）[4]，說明泥河水庫

是甲烷排放的源。但是泥河水庫沿岸區(qū)的甲烷排放通量明顯低于其敞水區(qū)的甲烷排放通量6.56 mg/（m2·h）[3]。這一結(jié)果表明，在估算灌溉型水庫甲烷排放時應(yīng)考慮沿岸區(qū)的甲烷排放特征。

3.2泥河水庫沿岸區(qū)甲烷排放的影響因子

泥河水庫沿岸區(qū)的甲烷通量存在明顯的季節(jié)差異，夏季最高，其次為秋季，春季最低。夏季甲烷的高排放與溫度和水深密切相關(guān)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，泥河水庫沿岸區(qū)的甲烷通量與水溫呈顯著正相關(guān)，與水深呈顯著負(fù)相關(guān)。這一結(jié)果說明，夏季高溫促進(jìn)了水體甲烷的產(chǎn)生和排放，是導(dǎo)致夏季甲烷高排放的原因；另一方面，持續(xù)灌溉導(dǎo)致泥河水庫的水深在夏季最低，而且夏季水體的溶氧較低，使得甲烷在穿過水柱時被氧化的機(jī)率減少[5]，從而引起夏季甲烷的高排放。

以往研究結(jié)果表明，大型挺水植物會促進(jìn)水體的甲烷排放[6]。但是該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含有水生植物和去除水生植物的甲烷通量沒有顯著差異，這可能與泥河水庫沿岸區(qū)水生植物生物量較低有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1] BOLPAGNI R，PIEROBON E，LONGHI D，et al.Diurnal exchanges of CO2 and CH4 across the water-atmosphere interface in a water chestnut meadow （Trapa natans L.） [J].Aquatic botany，2007，87：43-48.

[2] SCHRIERUIJL A P，VERAART A J，LEFFELAAR P A，et al.Release of CO2 and CH4 from lakes and drainage ditches in temperate wetlands [J].Biogeochemistry，2011，102：265-279.

[3] 李紫橋，柴龍會，黃璞祎，等.泥河水庫的甲烷排放特征及其影響因子[J].黑龍江水利科技，2014，42（6）：16-19.

[4] ST LOUIS V L，KELLY C A，DUCHEMIN E，et al.Reservoir surfaces as sources of greenhouse gases to the atmosphere：A global estimate [J].Bioscience，2000，50：766-775.

[5] JACINTHE P A，F(xiàn)ILIPPELLI G M，TEDESCO L P，et al.Carbon storage and greenhouse gases emission from a fluvial reservoir in an agricultural landscape [J].Catena，2012，94：53.

[6] 段曉男，王效科，歐陽志云.維管植物對自然濕地甲烷排放的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2005，25（12）：3375-3382.