海南东部近岸不同环境中CH4和N2O的分布及释放

摘要

CH4和N2O是大气中含量仅次于CO2的重要温室气体,对全球变暖和大气化学有重要作用。海洋,尤其近岸受人为活动影响较大的河口、渴湖水体是大气中CH4和N2O的重要源。因此对典型河流、河口和渴湖等水体中溶存CH4和N2O的生物地球化学循环进行研究,对认识不同类型水体中CH4和N2O的释放量及其对未来气候的影响等具有重要意义。
　　 本论文主要对中国海南东部万泉河、文昌河、文教河等典型河流、河口以及八门湾、博鳌、小海和老爷海等潟湖以及近岸海域水体中溶存CH4和N2O的分布、释放通量和影响因素进行了分析和讨论；对海南东部红树林沉积物-大气界面和沉积物-水界面温室气体通量及其影响因素进行了研究,并测定了沉积物中硝化和反硝化速率,为认识不同类型的水体和沉积物中溶存CH4和N2O的生物地球化学循环特征,在全球尺度上准确的估算近岸不同类型生态系统对大气CH4和N2O的贡献提供了科学依据。主要研究成果如下:
　　 1.于2009年3月27日至4月15日对海南东部河流(文昌／文教河、万泉河)、潟湖(八门湾、博鳌、小海和老爷海)以及近岸海域等进行了调查,采集了表层和部分底层水样,对溶解CH4和N2O浓度进行了测定并初步估算了其水-气交换通量,结果表明:海南东部河流中溶存CH4和N2O浓度普遍较高,其中受人类活动影响较大的文昌和文教河表层水体中溶存CH4浓度分别为1492±541 nmol·L-1和973±641 nmol·L-1,溶存N2O浓度分别为45.70±0.60 nmol·L-1和67.94±15.46nmol·L-1,远高于万泉河表层水体中CH4(227±128 nmol·L-1)和N2O(22.41±11.36nmol·L-1)的浓度。万泉河外源输入较少,现场产生是河流中溶存CH4的主要源。而文昌和文教河除废水排放和红树林间隙水直接向河流输入高浓度CH4和N2O外,两岸生活污水、养殖废水以及红树林向河流输入大量有机物质,有利于CH4和N2O现场产生。八门湾、博鳌、小海和老爷海潟湖表层水体中溶存CH4浓度分别为(54.40±70.11)、(151.69±96.51)、(13.18±6.68)、(147.96±94.78)nmol·L-1,其中河口型渴湖中溶存CH4浓度远低于入湖河流,河流输入、红树林间隙水输入、养殖废水排放、地下水渗透和现场产生等是潟湖溶存CH4的主要源,CH4氧化和水-气交换是其主要的汇。八门湾、博鳌、小海和老爷海潟湖表层水体中溶存N2O浓度分别为(17.04±13.57)、(30.20±16.58)、(8.79±1.46)和(10.04±3.50)nmol·L-1,其中河口型渴湖比非河口型潟湖溶存N2O浓度高。海南东部近岸海域溶存N2O浓度为7.14±0.48 nmol·L-1,远低于渴湖,因此海南东部沿岸自北向南的八门湾、博鳌、小海和老爷海四个潟湖是近岸水体溶存CH4和N2O的重要源。初步估算出文昌河和万泉河CH4的水-气交换通量分别为(5967.0±5142.1)和(496.2±335.9)μmol·m-2·d-1,N2O的水-气交换通量分别为(72.1±38.7)和(49.9±34.9)μmol·m-2·d-1,八门湾、博鳌、小海和老爷海渴湖CH4h的水-气交换通量分别为(528.7±625.0)、(441.7±473.3)、(26.6±21.6)和(1287.8±1453.3)μmol·m-2·d-1。N2O的水-气交换通量分别为(244.9±315.2)、(85.3±59.3)、(52.5±29.5)和(268.0±204.5)μmol·m-2·d-1。海南东部河流、潟湖以及近岸水体溶存CH4和N2O均处于过饱和状态,是大气CH4和N2O的净源。
　　 2.于2009年3-4月和8月分别对海南东部红树林进行调查,测定了沉积物-大气(水)界面CH4和CO2通量以及沉积物中硝化、反硝化速率,结果表明:春季海南东部红树林湿地CH4的沉积物一大气界面交换通量范围为12.5～232.5μmol·m-2·d-1,夏季为:11.4～2230.22μmol·m-2·d-1,春季海南东部红树林CO2释放通量范围为:34.5～256.3μmol·m-2·d-1夏季为:39.8～353.7μmol·m-2·d-1,海南东部红树林湿地CH4和CO2的沉积物-大气界面交换通量表现出很大的时空变化,均表现为红树林中>高潮滩>低潮滩,春季>夏季。红树林湿地沉积物-大气界面温室气体通量除了受温度、SO42-、盐度、潮位的影响外,生物活动、蟹洞以及植物呼吸根等也影响沉积物中CH4和CO2的释放。海南东部红树林沉积物中反硝化速率较高,是产生N2O的主要过程,同时,沉积物中DNRA过程比较活跃,但目前无法量化。