三峽庫區(qū)低水位運(yùn)行期庫尾支流筑壩對其水體CO2分壓及排放的影響

徐強(qiáng)，李宏，白小霞，程呈，李琨，何強(qiáng)

(重慶大學(xué) 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

碳循環(huán)與全球氣候變化有著密不可分的聯(lián)系，探究碳遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制、估算全球碳排放意義重大。已有研究表明，河流筑壩形成的水庫對全球溫室氣體排放有重要貢獻(xiàn)，近年來受到越來越多關(guān)注[1-2]。Barros等[3]估算全球人工水庫CO2排放量48 Tg/a，Li等[4]對中國已有湖泊和水庫CO2排放研究進(jìn)行總結(jié)，估算中國湖泊和水庫CO2排放量為25.2(20.8～29.5) Tg/a，并指出目前針對人工水庫的溫室氣體排放研究存在諸多空白區(qū)域，使得對CO2等溫室氣體排放量的估值仍存在很大不確定性。

三峽水庫是亞熱帶氣候條件下的超大型水庫，為滿足防洪、發(fā)電和航運(yùn)等要求，庫區(qū)水位按175 m(枯水期)—145 m(汛期)—155 m(消落期)周期運(yùn)行，與已有較多研究的北方水庫和熱帶水庫有顯著差異[5]。同時(shí)，三峽庫區(qū)內(nèi)長江支流眾多，為了減小支流消落帶面積、營造穩(wěn)定人居環(huán)境、利于防洪灌溉或水力發(fā)電等，在庫區(qū)支流河道上筑壩現(xiàn)象普遍：第一次全國水利普查數(shù)據(jù)[6]顯示，截至2011年，三峽庫區(qū)內(nèi)僅嘉陵江、烏江支流部分河段上便有536座大壩。密集的筑壩顯著地改變了水體物理、化學(xué)及生物特性[7]，使得河流湖沼化發(fā)育明顯，對水體CO2產(chǎn)排過程產(chǎn)生重大影響[1]。然而，目前針對三峽庫區(qū)溫室氣體產(chǎn)排機(jī)制的研究仍然較少[8]，有限的研究也主要集中于庫區(qū)中下游干支流常年回水區(qū)域[9-10]，對庫尾支流的研究較少，且未重點(diǎn)關(guān)注支流筑壩對其自身水體溫室氣體產(chǎn)排的影響。事實(shí)上，受現(xiàn)有調(diào)度方式的影響，庫尾支流形成了與庫中、庫首支流不同的水力場，其受回水頂托的影響較處于常年回水區(qū)的庫首支流弱，回水區(qū)水體滯留時(shí)間相應(yīng)較短，導(dǎo)致支流生境特征、生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能與庫中、庫首支流存在顯著差異[11]，由此可能帶來不同的溫室氣體產(chǎn)排特征。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

御臨河，原名太洪江，發(fā)源自四川省大竹縣華鎣山脈，止于重慶市渝北區(qū)洛磧鎮(zhèn)箭沱村與江北區(qū)五寶鎮(zhèn)新山村之間的長江口，全長約218.2 km，河口多年平均流量50.72 m3/s，流域面積3 861 km2。御臨河地處亞熱帶大陸性季風(fēng)性氣候區(qū)，溫濕涼熱、四季分明，城區(qū)最高氣溫可達(dá)40 ℃，年均降雨量達(dá)1 000～1 400 mm[12]。御臨河與長江匯合口距下游三峽大壩約548 km，其作為三峽水庫庫尾重要一級支流，受到庫區(qū)周期性調(diào)度影響較大。研究區(qū)域位于重慶市渝北區(qū)境內(nèi)御臨河下游部分河段(29°39′0″—29°48′0″N，106°48′0″—106°55′30″ E)(圖1)。

御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩(29°39′31.95″N，106°52′11.55″E)位于御臨河下游河段洛磧鎮(zhèn)鄭家灣，距御臨河與長江匯合口約2.7 km(如圖1所示)。生態(tài)調(diào)節(jié)壩由景觀鋼壩、調(diào)度控制閘(兼導(dǎo)流明渠)組成，水庫正常蓄水位172.2 m，正常庫容1 082萬m3，工程等級為Ⅲ等中型工程。生態(tài)調(diào)節(jié)壩上游形成的河道型水庫為三峽水庫的庫中庫。

圖1 三峽庫區(qū)御臨河區(qū)位及采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 The location of the Yulin River in the Three Gorges Reservoir area and the sampling sites

1.2 采樣與分析方法

1.2.1 水樣采集及指標(biāo)測定方法 2019年8月21日—8月22日對御臨河河口至梅溪河段進(jìn)行走航式采樣監(jiān)測，根據(jù)長江海事局水位公告，采樣期間為三峽庫區(qū)低水位運(yùn)行期，三峽大壩壩前水位146.1 m，御臨河河口處長江水位159.0 m，御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩蓄水位172.2 m。根據(jù)研究內(nèi)容和御臨河流域情況，共布設(shè)6個(gè)垂直采樣點(diǎn)，由上游至下游依次為：梅溪(MX，上游自然河段，水深7.5 m)、御臨府(YLF，城市開發(fā)區(qū)，水深10.5 m)、排花(PH，下游河灣，水深17.0 m)、壩上(BS，生態(tài)調(diào)節(jié)壩上游200 m，水深17.5m)、壩下(BX生態(tài)調(diào)節(jié)壩下游400 m,水深5.5 m)、河口(HK，御臨河與長江匯合口,水深7.5 m)。各垂直采樣點(diǎn)均位于河道深泓線上，位置見圖1，現(xiàn)場情況如圖2。

圖2 御臨河各采樣點(diǎn)現(xiàn)場圖Fig.2 Scenes of the sampling sites in theYulin River

利用智能多頻走航式多普勒剖面儀(RiverSurveyor M9，美國SonTek)對御臨河各取樣斷面進(jìn)行走航觀測，測定各個(gè)河流斷面形狀、水深、流速、流量等水文指標(biāo)。使用容量為5 L、帶有配重的有機(jī)玻璃采樣器完成河流水體的垂向分層采樣。根據(jù)各采樣點(diǎn)河流水深，分層采集河流表層0.5 m、底層0.5 m及中間3～4層水體。使用密閉性良好的棕色血清瓶(容量130 mL,帶厚度為2 cm的硅膠塞)原位密閉封裝水樣，用于水體二氧化碳分壓(pCO2)測定，每個(gè)取樣點(diǎn)位做三平行采樣。同時(shí)使用1.0 L聚乙烯采樣瓶采集水樣，用于實(shí)驗(yàn)室測定葉綠素a(Chl-a)等指標(biāo)。使用100 mL聚乙烯醫(yī)用滅菌針筒抽取水面上方1.0 m處環(huán)境空氣，注入提前抽好真空的鋁箔集氣袋(E-Switch牌)，用于實(shí)驗(yàn)室測定水面上方空氣二氧化碳分壓pCO2 (air)。所有水樣及氣樣采集后均放入冷藏箱低溫保存，當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，并于48 h內(nèi)分析測試完畢。

使用Hydrolab DS5X便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀(美國HACH)原位逐米測定水體溫度(T)、pH、DO；使用便攜式濁度儀(美國HACH)原位測定水體濁度；使用手持式風(fēng)速計(jì)測定環(huán)境風(fēng)速及溫度；用丙酮萃取分光光度法測定葉綠素a(Chl-a)。野外取樣檢測所用設(shè)備儀器均在使用前通過標(biāo)準(zhǔn)校正方法完成校正。

pCO2利用亨利定律，通過式(1)計(jì)算得到[15]。

pCO2=Caq/KH

(1)

式中：pCO2為水體CO2分壓，Pa；KH為亨利系數(shù)[16]，mol/(L·Pa)；Caq為水體CO2濃度，mol/L，采用式(2)進(jìn)行計(jì)算[17]。

(2)

式中：P為血清瓶內(nèi)氣液兩相平衡體系上部頂空CO2分壓，Pa，由氣相色譜實(shí)測得到；R為氣體常數(shù)，L·Pa/(mol·K)；T為平衡體系溫度，K；Vg為平衡體系內(nèi)頂空體積，L；V1為平衡體系內(nèi)液相體積，L。

CO2水氣界面擴(kuò)散通量[Flux(CO2)]利用薄邊界層模型法，通過式(3)計(jì)算得到[18]。

Flux(CO2)=KT·KH[pCO2-pCO2(air)]

(3)

(4)

式中：K600通過式(5)計(jì)算得到[13]；ScCO2是給定溫度下的斯密特?cái)?shù)，通過式(6)計(jì)算得到[20]。

K600=2.07+0.215U101.7

(5)

ScCO2=1 911.1-118.11t+3.452 7t2-0.041 32t3

(6)

式中：t為表層水溫度，℃；U10為取樣點(diǎn)水面上方10 m處風(fēng)速，m/s，可由式(7)計(jì)算得到[21]；式(4)中n為斯密特?cái)?shù)指數(shù)，取決于U10(當(dāng)U10> 3.7 m/s時(shí)，n=0.5；當(dāng)U10<3.7 m/s時(shí)，n=0.75)。

U10=1.22U1

(7)

式中：U1為取樣點(diǎn)水面上方1.0 m處平均風(fēng)速，m/s。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，包括數(shù)據(jù)正態(tài)分布檢驗(yàn)、Spearman相關(guān)性分析和一元回歸、多元線性逐步回歸分析，并采用Origin 2018軟件完成制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 御臨河各取樣點(diǎn)理化參數(shù)分布特征

三峽庫區(qū)低水位運(yùn)行期御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩上下游流速差異明顯。根據(jù)流速情況，可將河道型水庫劃分為河流型水體(v>0.2 m/s)、過渡型水體(v=0.05～0.2 m/s)和湖泊型水體(v<0.05 m/s)[22]。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，生態(tài)調(diào)節(jié)壩(Dam)至上游YLF采樣點(diǎn)間河道(BS、PH、YLF)水體流速緩慢，介于0.02～0.03 m/s之間，屬于典型的湖泊型水體，上游距壩較遠(yuǎn)的MX采樣點(diǎn)(v=0.06 m/s)屬于過渡型水體，流速從上游至調(diào)節(jié)壩呈現(xiàn)逐漸遞減的規(guī)律。生態(tài)調(diào)節(jié)壩下游(BX、HK)受調(diào)節(jié)壩溢流跌水沖擊影響較大，其河面較窄，流速顯著大于上游，介于0.12～0.16 m/s之間,屬于過渡型水體。

各采樣點(diǎn)關(guān)鍵理化指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。受夏季高溫影響(表層水溫31.24～35.20 ℃)，HK、BS、PH、YLF等4個(gè)采樣點(diǎn)水溫隨水深的變化均存在拐點(diǎn)，垂向分層現(xiàn)象明顯。其中，BS、PH、YLF等3個(gè)采樣點(diǎn)拐點(diǎn)出現(xiàn)在水深3 m處，HK采樣點(diǎn)水體紊動(dòng)性較強(qiáng)，拐點(diǎn)出現(xiàn)在水深5 m處，拐點(diǎn)以上水溫變化速率(0.48～0.89 ℃/m)顯著大于拐點(diǎn)以下(0.11～0.26 ℃/m)。MX、BX兩個(gè)采樣點(diǎn)剖面水溫(T)隨水深(Depth)變化極小，未出現(xiàn)分層現(xiàn)象。其原因是水體夏季溫度分層現(xiàn)象受氣象及水文等因素多重影響，MX采樣點(diǎn)位于御臨河上游自然河段，受筑壩及人類活動(dòng)影響較小，水深較淺(7.5 m)，流速在生態(tài)調(diào)節(jié)壩上游4個(gè)采樣點(diǎn)中最大，故水溫?zé)o明顯分層；BX采樣點(diǎn)水深最淺(5.5 m)，受調(diào)節(jié)壩溢流跌水沖刷，平均流速最大(v=0.16 m/s)，上下層水體混合均勻，難以形成溫度垂向分層。

如圖3所示，各采樣點(diǎn)DO變化差異明顯。HK、BX、BS、PH、YLF、MX等6個(gè)采樣點(diǎn)表層水體DO飽和度分別為108%、119%、221%、246%、184%、98%，均處于高度飽和或過飽和狀態(tài)。從采樣點(diǎn)剖面垂向變化上看，生態(tài)調(diào)節(jié)壩上游湖泊型水體河段中BS、PH、YLF等3個(gè)采樣點(diǎn)剖面DO隨水深的增加顯著降低，且均在水深6 ～7 m處形成明顯的DO變化拐點(diǎn)，拐點(diǎn)以上DO變化速率[1.14～1.76 (mg/L)/m]遠(yuǎn)大于拐點(diǎn)以下[0.10～0.33 (mg/L)/m]。對比葉綠素a(Chl-a)的分布特征發(fā)現(xiàn)，各采樣點(diǎn)剖面Chl-a隨水深變化規(guī)律與DO基本一致，且BS、PH、YLF等3個(gè)采樣點(diǎn)剖面Chl-a亦在水深6 m處形成變化拐點(diǎn)。對DO與Chl-a進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，二者正相關(guān)性非常顯著(p<0.01)。其原因?yàn)橹螌?dǎo)致壩前水位升高、流速降緩、營養(yǎng)鹽堆積，進(jìn)而形成了良好的浮游植物、藻類生長環(huán)境，夏季溫度較高，表層水體光照充足，浮游植物及藻類進(jìn)行光合作用不斷向水體中釋放O2。同時(shí)，光照強(qiáng)度隨水深增大而迅速減弱，導(dǎo)致光合作用產(chǎn)O2強(qiáng)度衰減，Chl-a與DO同步降低并形成一致的變化拐點(diǎn)。過渡型水體河段中HK、BX、MX等3個(gè)采樣點(diǎn)剖面DO和Chl-a濃度變化幅度遠(yuǎn)小于其余采樣點(diǎn)，分析認(rèn)為，HK、BX、MX等3個(gè)采樣點(diǎn)水深較小、流速較大，不利于表層水體中浮游植物的穩(wěn)定、大量增殖，導(dǎo)致其水中浮游植物量和光合作用強(qiáng)度較小且在剖面垂向上無明顯變化。

圖3 御臨河各采樣點(diǎn)水溫(t)、DO、pH、Chl-a剖面分布Fig.3 Temperature (t), DO, pH and Chl-a distribution profile at different sampling sites of the Yulin River

圖4 御臨河水體二氧化碳分壓(pCO2)空間分布格局Fig.4 Spatial pattern of carbon dioxide partial pressure (pCO2) in the Yulin River

pH值受流域巖性、氣候、碳酸鹽平衡、光合/呼吸作用平衡等多因素影響，整體上看，御臨河各采樣點(diǎn)水體pH值均為堿性(7.50～9.39)(見圖3)。從上下游空間變化上看，各采樣點(diǎn)表層水體pH值大小差異明顯，表現(xiàn)為湖泊型水體河段pH值(8.90～9.39)顯著大于過渡型水體河段(8.19～8.37)；從水體剖面pH垂向分布變化來看，各采樣點(diǎn)剖面pH變化與各自DO、Chl-a變化趨勢一致，采樣點(diǎn)間差異明顯。湖泊型水體河段3個(gè)采樣點(diǎn)pH值隨水深增加而降低的幅度明顯大于過渡型河段，分別為9.39 ～ 7.55、9.31 ～ 7.51、8.90 ～ 7.67，極差均超過1.2，這與李雙等[23]對梅溪河的觀測結(jié)果相似。

2.2 御臨河采樣點(diǎn)剖面pCO2分布特征分析

圖4為御臨河各采樣點(diǎn)水體剖面pCO2分布情況。從圖4可看出，各采樣點(diǎn)間表層水體pCO2有顯著差異，介于54.55～336.73 Pa之間，平均值為206.68 Pa。對6個(gè)采樣點(diǎn)表層水體pCO2的大小排序?yàn)椋篗X(336.73 Pa)>HK(323.78 Pa)>BX(322.05 Pa)>YLF(137.16 Pa)>BS(65.81 Pa)>PH(54.55 Pa)，湖泊型水體河段(BS、PH、YLF)表層水體pCO2(均值85.84 Pa)顯著低于過渡型水體河段(HK、BX、MX)(均值327.52 Pa)，從生態(tài)調(diào)節(jié)壩至上游pCO2逐步升高。研究區(qū)域表層水體pCO2是采樣點(diǎn)水面上方環(huán)境空氣CO2分壓的1.12～6.55倍，為大氣環(huán)境的潛在CO2排放源。湖泊型水體河段從表層至底層pCO2出現(xiàn)了明顯的分層現(xiàn)象，pCO2隨水深的加大而急劇增大，變化范圍為(85.84±36.58)～(338.96±11.74) Pa，底層水體CO2達(dá)到高度過飽和。過渡型水體河段pCO2隨水深變化不大，但均為高度過飽和，變化范圍為(281.32±14.30) ～(327.52±6.55) Pa。

2.3 御臨河各采樣點(diǎn)水氣界面CO2擴(kuò)散通量

圖5 御臨河不同采樣點(diǎn)CO2擴(kuò)散通量Flux (CO2)Fig.5 Carbon dioxide flux at different sampling sites of the Yulin River

2.4 御臨河水體pCO2、Flux (CO2)與關(guān)鍵環(huán)境因子關(guān)系

與水體各參數(shù)的相關(guān)性分析，探究其關(guān)鍵環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子及影響機(jī)制。利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行分析，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，結(jié)果顯示其不服從正態(tài)分布，故相關(guān)性分析時(shí)采用Spearman相關(guān)系數(shù)，分析結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1可知，御臨河水體pCO2與葉綠素a(Chl-a)呈顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)R=-0.631，p<0.01)，說明御臨河水體pCO2受浮游植物及藻類的光合作用影響明顯，這與Neal等[26]對英國泰晤士河的研究結(jié)果一致。根據(jù)御臨河水體pCO2的監(jiān)測結(jié)果，在空間分布上，御臨河表層pCO2整體表現(xiàn)為生態(tài)調(diào)節(jié)壩上游近壩水體顯著小于下游，從調(diào)節(jié)壩至上游呈升高趨勢。分析原因，可能是調(diào)節(jié)壩上游湖泊型水體河段Chl-a含量高，水體中浮游藻類、植物遠(yuǎn)多于下游，光合作用消耗大量CO2；而下游水體擾動(dòng)大，水生生物呼吸作用釋放CO2占主導(dǎo)。上游隨著與生態(tài)調(diào)節(jié)壩距離的增加，水體受筑壩導(dǎo)致營養(yǎng)鹽堆積的影響逐漸減小，藻類減少，光合作用強(qiáng)度降低，水中溶存CO2含量升高。MX采樣點(diǎn)位于上游自然河段，兩岸開發(fā)較少，用地以自然林地為主，距生態(tài)調(diào)節(jié)壩最遠(yuǎn)，受人類活動(dòng)及筑壩影響較小，屬過渡型水體，Chl-a含量最低，pCO2達(dá)到調(diào)節(jié)壩下游水平。從采樣點(diǎn)水體垂向分布上看，湖泊型河段Chl-a隨水深增大而逐步下降，光合作用減弱，水生生物呼吸作用增強(qiáng)、產(chǎn)生CO2增多，這也解釋了圖4中BS、PH、YLF等3個(gè)采樣點(diǎn)水體pCO2從表層至底層出現(xiàn)明顯增大的現(xiàn)象，同時(shí)，說明呼吸作用是維持御臨河水體CO2過飽和的關(guān)鍵因素。李雙等[23]、傅家楠等[27]、冉景江等[28]研究者在夏季對三峽庫區(qū)支流朱衣河、梅溪河、草堂河、小江回水區(qū)水體pCO2的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的垂向分層現(xiàn)象。進(jìn)一步利用SPSS 22.0軟件對pCO2與Chl-a做一元線性回歸，得到回歸方程為pCO2=378.783-6.181Chl-a (R2=0.720，p<0.01)，方程擬合度較好。

表1 御臨河pCO2、Flux (CO2)與水體各參數(shù)Spearman相關(guān)性分析Table 1 Spearman correlation analysis between pCO2、Flux (CO2) and water parameters in the Yulin River

御臨河水體pCO2與水溫(t)、pH值均呈顯著負(fù)相關(guān)，這與許多學(xué)者的研究結(jié)論一致[24, 29-30]。已有研究表明，水溫通常通過直接影響CO2在水體中的溶解度和間接影響浮游動(dòng)植物、藻類的光合/呼吸作用來影響CO2在水體中的產(chǎn)生、消耗及擴(kuò)散過程[31]。水溫升高，一方面會(huì)降低CO2溶解度，另一方面也會(huì)提高水中微生物活性，導(dǎo)致呼吸作用的加快和CO2的增多，適宜的水溫能使藻類大量繁殖，光合作用的增強(qiáng)又能消耗水中溶存CO2，最終使水體CO2含量達(dá)到平衡。同時(shí)，采樣期間御臨河表層水溫較高，調(diào)節(jié)壩上游湖泊型水體河段水深大、水動(dòng)力條件弱，水體出現(xiàn)明顯的熱分層(圖3)，這不利于上下水體的充分交換[32]，底層水生生物呼吸作用產(chǎn)生的CO2不能向表層順暢擴(kuò)散是導(dǎo)致底層CO2顯著高于表層的又一潛在原因。

pH值對水體碳酸鹽體系有顯著影響，與pCO2密切相關(guān)[33-34]。根據(jù)光合/呼吸作用總反應(yīng)關(guān)系式(8)及水體中碳酸鹽平衡關(guān)系式(9)可知，強(qiáng)烈的光合作用消耗水體中大量溶存CO2，pCO2顯著降低，導(dǎo)致方程(9)平衡向左移動(dòng)，[H+]降低，pH值顯著升高，這也是御臨河pH值在上下游和水體剖面垂向分布上存在明顯變化的原因。

(8)

(9)

御臨河水體pCO2與溶解氧(DO)呈顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)R=-0.385，p<0.05)，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果吻合[27, 35-36]。御臨河受生態(tài)調(diào)節(jié)壩影響，水生生物生長代謝有明顯的空間變異格局，水體DO濃度受多重因素影響，一方面，水中植物及藻類光合作用產(chǎn)生O2，另一方面，水生生物呼吸作用消耗O2，同時(shí)O2在水中溶解度亦受到水溫等因素影響。對pCO2與DO、t、pH做一元線性回歸，得到回歸方程分別為

pCO2=403.006-20.701O2(R2=0.432，p<0.01)；pCO2=1 757.142-47.921t(R2=0.394，p<0.01)；pCO2=1 382.290-139.821pH(R2=0.369，p<0.01)。

進(jìn)一步利用逐步回歸分析法建立御臨河pCO2與各理化因子的最優(yōu)回歸方程，得到

pCO2=378.783-6.181Chl-a(R2=0.720，p<0.01)

結(jié)果表明，除Chl-a外的其余因素在逐步回歸的過程中被逐一剔除，Chl-a標(biāo)準(zhǔn)化偏回歸系數(shù)為-0.709，說明葉綠素a是影響御臨河水體pCO2的最主要因素。回歸方程對pCO2的擬合度較高，方程中各項(xiàng)系數(shù)經(jīng)T檢驗(yàn)均為顯著，方差分析表明，此回歸模型具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.5 御臨河水體pCO2、Flux (CO2)與已有研究比較

表2匯總了近年來部分學(xué)者對低水位運(yùn)行期間三峽庫區(qū)不同區(qū)域河流及同期典型湖泊水庫CO2分壓及擴(kuò)散通量的研究情況。Li等[8]通過對三峽庫區(qū)內(nèi)36條一級支流、27條二級支流的大范圍取樣觀測得出庫區(qū)夏季水體CO2分壓為129.29±118.15 Pa,觀測值變化范圍較大，御臨河(均值206.68 Pa)處于較高水平。整體上看，低水位運(yùn)行期間三峽庫區(qū)庫尾支流CO2分壓和大氣擴(kuò)散通量顯著高于庫中、庫首支流(表2)，表現(xiàn)為明顯的大氣CO2“源”，庫中、庫首部分支流水體則呈現(xiàn)為大氣CO2的“匯”。其原因可能是受三峽大壩回水區(qū)影響，庫中、庫首支流水動(dòng)力條件弱于庫尾，夏季光照充足，水體中藻類及浮游植物的生物泵作用顯著降低了CO2分壓和釋放量[40]，李哲等[11]對三峽庫區(qū)庫尾、庫中支流溫室氣體排放差異的研究也得出一致結(jié)論。根據(jù)表2，三峽庫區(qū)支流CO2釋放水平整體低于干流，原因可能是三峽庫區(qū)低水位運(yùn)行期間，長江干流流量、流速大于支流，水體擾動(dòng)性強(qiáng)，不利于浮游植物及藻類生長，水生生物呼吸作用占主導(dǎo)，水體CO2含量高。

表2 不同水體夏季pCO2與Flux (CO2)對比Table 2 Comparison of pCO2 and Flux (CO2) in different waters in summer

御臨河作為三峽庫區(qū)庫尾筑壩支流，在庫區(qū)低水位運(yùn)行期CO2排放空間格局受其下游生態(tài)調(diào)節(jié)壩影響顯著。生態(tài)調(diào)節(jié)壩上游湖泊型水體河段CO2釋放通量較小(1.65～26.84 mmol/(m2·d))，與表2中部分湖泊水庫及三峽庫區(qū)庫首支流相近；御臨河上游受筑壩影響較小的河段及調(diào)節(jié)壩下游河段CO2釋放通量大(66.45～67.84 mmol/(m2·d))，更趨近于三峽庫區(qū)庫尾支流較高的CO2釋放水平。

3 結(jié)論

1)三峽庫區(qū)低水位運(yùn)行期間，庫尾支流御臨河上生態(tài)調(diào)節(jié)壩對其上下游河段水動(dòng)力、水化學(xué)及水生態(tài)特征均有顯著影響。壩上游較近河段表現(xiàn)為湖泊型水體(流速v<0.05 m/s)，水溫(t)、DO、pH、Chl-a等理化指標(biāo)在水體剖面上呈現(xiàn)明顯的垂向分層；壩上游較遠(yuǎn)河段和壩下游河段表現(xiàn)為過渡型水體(v=0.05～0.20 m/s)，各指標(biāo)分層現(xiàn)象不明顯。

2)庫區(qū)低水位運(yùn)行期間御臨河表層水體pCO2為54.55～336.73 Pa，是環(huán)境空氣的1.12～6.55倍。受筑壩影響，不同河段水體pCO2空間分布差異較大：對于表層水體pCO2，湖泊型水體河段(54.55～137.16 Pa)顯著低于過渡型水體河段(322.05～336.73 Pa)，從調(diào)節(jié)壩至上游呈現(xiàn)升高趨勢；從水體剖面垂向變化上看，湖泊型水體河段pCO2出現(xiàn)明顯的由表層(均值85.84 Pa)至底層(均值338.96 Pa)迅速增大的垂向分層現(xiàn)象，而過渡型水體分層現(xiàn)象不明顯。御臨河水體pCO2與Chl-a、t、DO、pH均呈顯著負(fù)相關(guān)，Chl-a是影響水體pCO2的最主要因素。

3)庫區(qū)低水位運(yùn)行期間御臨河Flux(CO2)為1.65～67.84 mmol/(m2·d)，整體表現(xiàn)為大氣CO2排放源，但受筑壩影響，不同河段CO2排放量差異明顯，表現(xiàn)為湖泊型水體河段(均值10.96 mmol/(m2·d))遠(yuǎn)低于過渡型水體河段(均值67.06 mmol/(m2·d))，從調(diào)節(jié)壩至上游增加趨勢明顯。御臨河水體Flux(CO2)與pCO2顯著正相關(guān)，與DO、Chl-a顯著負(fù)相關(guān)，pCO2是影響Flux (CO2)的最主要因素。

4)庫區(qū)低水位運(yùn)行期間，御臨河過渡型水體河段pCO2與Flux(CO2)在庫區(qū)呈較高水平，明顯高于庫首、庫中支流，但其生態(tài)調(diào)節(jié)壩上游湖泊型水體河段受浮游植物光合作用影響，pCO2、Flux(CO2)較低，與庫首支流及其余湖泊水庫接近。