水庫溫室氣體研究進(jìn)展

摘 要：文章綜述了水庫溫室氣體研究進(jìn)展。水庫作為內(nèi)陸重要的生態(tài)系統(tǒng)，其溫室氣體的來源、遷移和轉(zhuǎn)化已經(jīng)被證明有全球化意義。目前國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)對(duì)水庫溫室氣體研究取得了一系列成果，也存在一些問題，急需解決。

關(guān)鍵詞：水庫；溫室氣體；進(jìn)展

水電作為可再生能源在帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，對(duì)水生態(tài)產(chǎn)生了巨大的改變，比如溫室氣體的排放問題。水庫溫室氣體通量具有極強(qiáng)的時(shí)空不確定定性，涉及整個(gè)流域的碳循環(huán)。水庫溫室氣體從水體傳輸?shù)酱髿庖话阌腥N途徑，溶解性氣體的擴(kuò)散；氣體濃度過飽和產(chǎn)生的氣泡釋放以及以植物作為媒介的傳輸。

1 國(guó)內(nèi)外進(jìn)展

水庫溫室氣體的研究始于1993年，DucheminE和Lucotte M則首次對(duì)水庫水-氣界面上的溫室氣體通量進(jìn)行了測(cè)定和計(jì)算[1]。Rudd等[2]最早報(bào)道了南美熱帶雨林地區(qū)水庫CH4、CO2釋放通量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，F(xiàn)earnside[3]甚至認(rèn)為某些熱帶雨林地區(qū)的水庫的碳排放當(dāng)量可與同等發(fā)電量的使用化石燃料電廠相當(dāng)，進(jìn)而對(duì)水電的清潔屬性提出質(zhì)疑。1993年到2003年，加拿大魁北克水電管理局組織科學(xué)家在加拿大寒帶地區(qū)的205個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)開展了氣-水界面溫室氣體的總通量的測(cè)量工作，通過長(zhǎng)期開展的水庫溫室氣體原位監(jiān)測(cè)及不同類型水生態(tài)系統(tǒng)的對(duì)比研究，對(duì)水庫溫室氣體產(chǎn)生機(jī)制、影響因素、監(jiān)測(cè)方法、實(shí)驗(yàn)手段等方面做出了較全面的深入分析、并得出了豐富研究成果[4]。Soumis[5]觀測(cè)了美國(guó)六個(gè)水庫溫室氣體源匯變化基本情況，包括水氣界面的擴(kuò)散通量和泄洪道的消氣作用甲烷和二氧化碳變化，同時(shí)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散通量和水體pH值具有很高的相關(guān)性。Roehm[6]測(cè)試了加拿大魁北克La Grande 2和La Grande 3兩個(gè)北方水庫水輪機(jī)對(duì)二氧化碳源匯變化的影響，水體溶解二氧化碳以每月一次的頻率進(jìn)行了為期一年的采樣，二氧化碳擴(kuò)散通量是采用薄邊界層法進(jìn)行計(jì)算的，研究結(jié)果表明消氣作用在冬季和春季變化最為劇烈。FrédéricGuérin[7]在法屬Guiana和巴西兩個(gè)水庫研究了大壩以下河流對(duì)于熱帶水庫溫室氣體的的影響及所占比例，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)大壩以下河流溫室氣體排放在整個(gè)水庫溫室氣體源匯變化中占據(jù)很大的比例。

國(guó)內(nèi)對(duì)水庫溫室氣體排放的研究尚處于學(xué)習(xí)和摸索階段。國(guó)內(nèi)最早從事水域溫室氣體研究是從湖泊、濕地、海洋開始的。針對(duì)水庫水域的溫室效應(yīng)研究也逐漸開始開展，汪福順等[8]從2007年7月到2008年7月在中國(guó)四個(gè)典型亞熱帶水庫進(jìn)行了溫室氣體監(jiān)測(cè)，觀測(cè)指標(biāo)包括水體CO2分壓及水-氣界面CO2交換通量，研究結(jié)果表明在四個(gè)水庫二氧化碳的源與匯隨站季節(jié)而變化。喻元秀等[9]對(duì)烏江流域洪家渡、紅楓湖等水庫的溶解二氧化碳進(jìn)行了研究，估算出了這些水庫水體的二氧化碳分壓的分層分布特征及其排放通量。李紅麗等[10]在具有十年庫齡的典型溫帶水庫北京玉渡山水庫開展了二氧化碳和甲烷的原位監(jiān)測(cè)，分析了其時(shí)空變化規(guī)律。趙登忠等[11]在三峽水庫附近清江流域水布埡水庫開展了水庫二氧化碳和甲烷的原位監(jiān)測(cè)，分析了水庫上空溫室氣體大氣濃度的時(shí)空分布特征。李干蓉等[12]在貓?zhí)恿饔蛱菁?jí)水庫開展了水庫水體溶解無機(jī)碳含量及其同位素的分析研究，其研究成果表明夏季水庫溶解無機(jī)碳隨深度增加而增大，表層水體受藻類生物作用的影響較大，而下層水體受到有機(jī)質(zhì)降解作用的影響較大，同時(shí)溶解無機(jī)碳含量從上游到下游呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，表明河流受到大壩攔截后水化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了顯著的變化，大壩建設(shè)蓄水對(duì)于河流生源碳具有一定的攔截作用。2009年，重慶大學(xué)陳槐等[13]研究了三峽水庫消落帶的溫室氣體排放問題，認(rèn)為三峽水庫消落帶新生濕地能夠釋放大量的CH4氣體，由此推斷三峽水庫可能是一個(gè)重要的CH4排放源。

2 結(jié)束語

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)水庫溫室氣體的大部分研究主要還是基于某些點(diǎn)位的研究，主要圍繞水庫水氣界面的溫室氣體凈通量開展。但是各個(gè)研究團(tuán)體并未在研究方法上形成一致性的標(biāo)準(zhǔn)。如中科院地化所劉叢強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在烏江流域進(jìn)行的水庫溫室氣體研究基本上是利用水化學(xué)平衡模型結(jié)合薄邊界層模型來計(jì)算出該區(qū)域水庫水體在水氣界面的溫室氣體交換通量[14]。該方法所測(cè)得的值均小于國(guó)外在熱帶與寒帶區(qū)域所測(cè)得的值，且其值相差了一個(gè)數(shù)量級(jí)。郭勁松[15]在三峽庫區(qū)及其部分支流采用通量箱法進(jìn)行的實(shí)地測(cè)量所得值與劉叢強(qiáng)研究員團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果之間也存在明顯的差距，這表明不同研究方法之間所得的計(jì)算結(jié)果也存在較大的差異性。但是，針對(duì)這一現(xiàn)象，由于缺乏測(cè)量的方法與技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，目前尚不能確定誰的研究結(jié)果更具有說服力。這也是目前國(guó)內(nèi)外在該方面的研究存在的一個(gè)急需解決的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]Duchemin E， Lucotte M， Canuel R， et al. Production of the greenhouse gases CH4 and CO2 by hydroelectric reservoirs of the boreal region[J].Global Biogeochemical Cycles，1995，9（4）：529-540.

[2]Rudd J W M， Harris R， Kelly C A， et al. Are hydroelectric reservoirs significant sources of greenhouse gases？1993，22（4）：246-248.

[3]Fearnside P M. Hydroelectric dams in the Brazilian Amazon as sources of 'greenhouse'gases. Environmental conservation，1995，22（01）：7-19.

[4]Tremblay A. Greenhouse gas Emissions-Fluxes and Processes： hydroelectric reservoirs and natural environments[M].Springer Science & Business Media，2005.

[5]Soumis N， Duchemin ？魪， Canuel R， et al. Greenhouse gas emissions from reservoirs of the western United States[J].Global Biogeochemical Cycles，2004，18（3）.

[6]Roehm C， Tremblay A. Role of turbines in the carbon dioxide emissions from two boreal reservoirs， Québec， Canada[J].Journal of Geophysical Research： Atmospheres（1984-2012），2006，111（D24）.

[7]Guérin F， Abril G， Richard S， et al. Methane and carbon dioxide emissions from tropical reservoirs： significance of downstream rivers[J].Geophysical Research Letters，2006，33（21）.

[8]Wang F， Wang B， Liu C Q， et al. Carbon dioxide emission from surface water in cascade reservoirs-river system on the Maotiao River， southwest of China[J].Atmospheric Environment， 2011，4

5（23）：3827-3834.

[9]喻元秀，劉叢強(qiáng)，汪福順，等.洪家渡水庫溶解二氧化碳分壓的時(shí)空分布特征及其擴(kuò)散通量[J].生態(tài)學(xué)雜志，2008，27（7）：1193-1199.

[10]李紅麗，楊萌，張明祥，等.玉渡山水庫生長(zhǎng)季溫室氣體排放特征及其影響因素[J].生態(tài)學(xué)雜志，2012，31（2）：406-412.

[11]趙登忠，譚德寶，汪朝輝，等.清江流域水布埡水庫溫室氣體交換通量監(jiān)測(cè)與分析研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2011，28（10）：197-204.

[12]李干蓉，劉叢強(qiáng)，陳椽，等.貓?zhí)恿饔蛱菁?jí)水庫夏-秋季節(jié)溶解無機(jī)碳（DIC）含量及其同位素組成的分布特征[J].環(huán)境科學(xué)，2009，30（10）：2891-2897.

[13]Chen H， Wu Y， Yuan X， et al. Methane emissions from newly created marshes in the drawdown area of the Three Gorges Reservoir[J].Journal of Geophysical Research： Atmospheres（1984-2012），2009，114（D18）.

[14]劉叢強(qiáng)，汪福順，王雨春，等.河流筑壩攔截的水環(huán)境響應(yīng)——來自地球化學(xué)的視角[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2009，18（4）：384-396.

[15]郭勁松，蔣滔，李哲，等.三峽水庫澎溪河流域高陽回水區(qū)夏季水體CO2分壓日變化特性[J].湖泊科學(xué)，2012，24（2）：190-196.

作者簡(jiǎn)介：汪國(guó)駿（1990-），男，碩士研究生，研究方向：生態(tài)水利。