亚热带农业小流域水系溶存甲烷浓度和扩散通量研究

摘要

[目的]研究亚热带丘陵地区农业小流域水系溶存甲烷(CH4)浓度分布特征及其扩散传输特性.[方法]在一年周期内(2014年4月1 3日至201 5年4月12日),利用扩散模型法对湘江下游脱甲小流域4级河流溶存CH4浓度及扩散通量的时空变异及其影响因素进行研究.[结果]脱甲小流域水系溶存CH4浓度年均值为(0.61±0.43)μmo 1·L-1,变化范围为0.03-2.23 μmol·L-1;扩散通量在一年内的变化为1.71-290.08 (63.36±50.76) μgC·m-2·h-1,表现为大气CH4的净源.河流溶存CH4浓度和通量的时空分布均呈现出显著的差异:时空变化规律具有一致性,其中季节变化特征均为春高((0.74±0.41)μmol·L-1,(93.58±65.24)μgC·m-2·h-1),冬低((0.5 3±0.38) μmol.L-1,(50.79±33.03)μgC·m-2·h-1);空间分布呈现自上游到下游波动增加的趋势.影响脱甲小流域河流溶存CH4浓度和扩散通量的环境因子中,溶解氧(DO:3.49-12.79(7.90±1.78)mg·L-1)与河流溶存CH4浓度(r=-0.39,P＜0.001)和扩散通量(r=-0.36,P＜0.001)均呈显著负相关,溶解性有机碳(DOC:0.92-7.38 (2.99±1.25)mg·L-1)与河流溶存CH4浓度(r=0.50,P＜0.001)和扩散通量(r=0.44,P＜0.001)均呈显著正相关,两者是影响河流溶存CH4浓度和扩散通量的主导因子;另外,水体铵态氮(NH4+-N:0.02-4.37(1.26±1.03) mg·L-1)、硝态氮(NO3--N:0.24-2.66 (1.43±0.55) mg·L-1)、盐度(以电导率EC表示:50.36-248.43(138.37±47.54)μS·cm-1)与河流溶存CH4浓度和扩散通量均呈显著正相关;河流水体pH(5.89-8.54(6.82±0.31))与CH4浓度呈正相关(r=0.20,P＜0.05),与通量之间无显著关联.[结论]脱甲小流域内,农业面源污染、畜牧养殖以及居民生活废水和污水的排入造成的河流水体中DOC、氮含量的增加以及DO的降低,均能加剧河流中溶存CH4气体的产生和排放,使其成为大气CH4的一个重要潜在排放源.