漂浮通量箱法和扩散模型法测定内陆水体CH4和N2O排放通量的初步比较研究

摘要

地表水体是大气甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的重要排放源，内陆水体生态系统的CH4和N2O排放通量测定，无论对于阐明该类生态系统这两种气体的排放过程与机制，还是对于准确估算这类生态系统在区域或全球尺度上排放这两种气体量，都具有重要意义。
　　常用于测定内陆水体CH4和N2O排放通量的方法包括漂浮通量箱法和扩散模型法，不同研究者往往采用不同方法来定量两种气体的通量，但迄今尚不清楚两种方法是否存在可比性或在多大程度上具有可比性。本文通过向一个模拟静止水体加入葡萄糖、硝酸铵、土壤等处理方式，调节出不同的水溶性碳、硝态氮及铵态氮等反应物的浓度水平，使之产生不同水平数量的CH4或N2O，进而形成不同的CH4和N2O排放通量水平，然后采用漂浮静态通量箱法和扩散模型法对两种气体的通量进行测定，旨在比较两类方法对同一水平的CH4和N2O排放通量测定结果的异同。
　　取得的主要结果如下:
　　1.应用漂浮通量箱法和扩散模型法所取得的水中CH4和N2O的排放通量差异很大，不同方法之间甚至存在数量级上的差异。具体地，扩散模型法取得CH4和N2O通量分别是箱法测定值的13％-1.75倍和15％-2.4倍，差异程度因模型而异;用不同模型取得的通量相差20％-12倍，平均相差2.3倍;两类方法测定的气体通量之间存在显著的线性相关性。这些结果说明:两类方法在表征模拟内陆水体的CH4和N2O排放通量方面具有较好的一致性;但与此同时，由于两类方法都存在一定的不确定性，还很难评价哪类测定方法或者哪种扩散模型算法取得的通量更能反映实际排放水平。因而，还需要同时进行包括无扰动直接测量方法（如涡相关法）在内的同步对比观测研究，为定量评价静态漂浮通量箱法和扩散模型法取得内陆水体CH4和N2O通量的误差提供更进一步的实验依据。
　　2.两类方法测定的通量数据都可以在一定程度上反映模拟水体的CH4和N2O产生机制。静态漂浮通量箱法或不同扩散模型法取得的甲烷(CH4)排放通量差异很大，但是他们都与水中溶解氧呈显著线性负相关。这说明，水中的溶解氧含量可以显著的影响CH4排放通量。两类方法所测得的N2O排放通量与表层水温及水中铵态氮、硝态氮、溶解碳和溶解氧的关系可用包含所有上述水环境因素的Arrhenius动力学方程来表达，这些因素可以共同解释86％-90％的N2O通量变化(P＜0.0001)，且不同方法测定的N2O通量的表观活化能和对表层水温的敏感系数（Q10即水温变化10℃引起的N2O通量变化的倍数）分别介于47-59kJmo1-1和1.92-2.27之间。这意味着，无论用漂浮通量箱法还是用不同扩散模型法获取的水体N2O排放通量都比较符合反硝化过程产生该气体的Arrhenius温度效应动力学理论，因而，有可能通过直接测定这些水环境因素并结合温度效应动力学经验方程来估算N2O通量。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 内陆水体中CH4的产生与消耗机理

1．2．2 内陆水体中N2O的产生与消耗机理

1．2．3 国内外河流水系的CH4和N2O排放通量研究进展

1．3 内陆水体CH4和N2O排放通量的观测方法

1．3．1 漂浮通量箱法

1．3．2 扩散模型法

1．4 问题的提出与研究目的

1．5 技术路线

第二章 研究方案

2．1 实验设计

2．2 研究方法

2．2．1 漂浮通量箱法测定气体的水-气交换通量

2．2．2 扩散模型法测定气体的水-气交换通量

2．3 不同微生物抑制剂对水样保存的影响测定

2．4 北环水系部分水域CH4和N2O排放通量初步测定

2．5 辅助指标测定

2．6 数据分析与统计方法

第三章 实验结果

3．1 原位观测和模拟条件下测定通量的可比性

3．2 浮箱法与扩散模型法测定水中甲烷排放通量结果

3．3 浮箱法和扩散模型法测定水中氧化亚氮排放通量结果

3．4 水中气体通量及相关环境变量的测定结果

3．5 不同微生物抑制剂对水样保存的影响

3．6 应用扩散模型法估算北环水系部分水域CH4和N2O排放通量

第四章 讨论

4．1 两种方法测定的气体通量及其对相关环境变量的依赖性

4．2 两种方法测定水中CH4和N2O排放通量比较

第五章 结论与展望

5．1 全文结论

5．2 创新点

5．3 研究不足与展望

参考文献

致谢

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