城市湖泊的甲烷排放时空变化及其与水文水质关系

【摘要】：大气甲烷(CH_4)浓度的不断攀升引起了全球范围的关注。本论文对人为干扰较为严重的城市湖泊生态系统进行了CH_4排放的研究,运用静态浮箱法和气相色谱分析法对城市湖泊的CH_4排放通量进行测定,并综合现场样点的水文、水质、气象的观测数据及室内模拟培养实验,分析了水文水质对CH_4排放的影响。 研究发现北京市五环内城市湖泊上空CH_4浓度水平较高,10个湖泊上空CH_4浓度季节之间的差异性显著,4个典型湖泊连续变化具有一定的规律,大都在7-8月份出现峰值,3月初融冰时CH_4浓度都会略有上升。 10个湖泊夏、秋、春3个季节CH_4平均排放通量为4.105±7.927 mg m~(-2) h~(-1),空间分布特征表现为一些历史久,面积小的湖泊CH_4排放通量较高,湖泊水源较好、面积较大的湖泊CH_4排放通量较低,而经人为修建或改建的较大湖泊CH_4排放通量也较高。风速、底泥的pH和Eh是影响湖泊CH_4排放空间分布的重要因素。 4个典型湖泊年平均CH_4排放通量为2.862±5.083 mg m~(-2) h~(-1),季节性连续变化表明CH_4排放具有一定的时间变化规律,CH_4排放期为3月到11月,其中高峰期为7到9月份,秋冬季节CH_4排放通量很低;位于市中心的什刹海进入排放期较早;温度是影响湖泊CH_4排放时间变化的主要因素。 根据甲烷排放通量的空间和时间变化计算得北京市五环内城市湖泊CH_4年排放量约为0.262-0.375Gg,占整个北京地区的0.1%。在整个北京地区CH_4排放网格分布中属高CH_4排放区,主要表现为季节性高CH_4排放。 环境变量与CH_4排放通量的关系表明气温、水温和底泥温度与CH_4排放通量之间呈正指数相关,底泥温度与CH_4通量的指数级最高;CH_4排放通量与水体的pH值弱相关,与水体中的TOC和BOD_5具有一定的相关性;底质的Eh与CH_4排放通量呈极显著负相关,在Eh＜-150 mv的时候是CH_4排放通量的拐点。 湖泊底质产CH_4能力与CH_4排放通量并不一致,什刹海是产CH_4潜力最大的湖泊;正交模拟实验发现富营养化水体有助于CH_4的产生,其中在COD含量较高而TN含量较低的状况下对CH_4产生的促进作用最大。 随着城市化的推进,城市湖泊产生的温室气体会有更多的增加,应当引起重视。 【关键词】：城市湖泊 甲烷排放 时空变化 水文水质 水体富营养化
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X524
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 文献综述9-20
• 1.1.1 全球甲烷排放现状9-10
• 1.1.2 城市生态系统10-12
• 1.1.3 城市湖泊12-13
• 1.1.4 湖泊甲烷排放过程13-17
• 1.1.5 湖泊甲烷的通量17
• 1.1.6 研究现状及发展动态17-20
• 1.2 甲烷排放通量研究技术及方法20-22
• 1.3 研究意义与目标22-23
• 1.3.1 研究意义22-23
• 1.3.2 研究目标23
• 1.4 研究思路与内容23-25
• 第2章 北京市城市湖泊概况与研究方法25-31
• 2.1 北京市城市湖泊概况25-26
• 2.2 北京市城市湖泊水域面积状况26-28
• 2.3 材料与方法28-31
• 2.3.1 实验样点的选取28-29
• 2.3.2 野外观测方法29
• 2.3.3 实验室分析29-30
• 2.3.4 数据分析30-31
• 第3章 北京市城市湖泊上空甲烷浓度水平31-41
• 3.1 北京城市湖泊的水文水质状况31-33
• 3.1.1 10个湖泊水文水质的空间分布特征31-32
• 3.1.2 典型湖泊水文水质季节特征32-33
• 3.2 湖泊上空甲烷浓度水平33-35
• 3.3 10个湖泊上空甲烷浓度季节性的空间分布特征35-36
• 3.4 典型湖泊上空甲烷浓度的连续变化特征36-38
• 3.5 影响湖泊上空甲烷浓度的因素38-39
• 3.6 小结39-41
• 第4章 北京市城市湖泊甲烷排放时空变化特征41-55
• 4.1 城市湖泊甲烷排放通量的空间变化特征41-44
• 4.1.1 10个湖泊甲烷排放通量季节性的空间分布特征41-42
• 4.1.2 10个湖泊甲烷排放通量的空间分布特征42-43
• 4.1.3 城市湖泊甲烷排放通量空间分布影响因素43-44
• 4.2 典型湖泊甲烷排放通量的季节变化特征44-48
• 4.2.1 典型湖泊甲烷排放通量连续变化44-46
• 4.2.2 典型湖泊甲烷排放通量连续变化的影响因素46-48
• 4.3 甲烷排放与环境变量整体关系48-51
• 4.3.1 气象因素48-49
• 4.3.2 水环境因素49-50
• 4.3.3 底质因素50-51
• 4.4 北京市城市湖泊甲烷年排放量51-53
• 4.5 小结53-55
• 第5章 城市湖泊底泥产甲烷能力研究55-66
• 5.1 城市湖泊底泥产甲烷能力研究55-60
• 5.1.1 试验材料及研究方法55-57
• 5.1.2 试验土样的理化性质57
• 5.1.3 培养试验结果57-60
• 5.2 水体富营养化影响因素对甲烷产生的影响60-65
• 5.2.1 试验材料及研究方法60-62
• 5.2.2 试验底泥的理化性质62-63
• 5.2.3 结果63-65
• 5.3 小结65-66
• 第6章 结论与展望66-69
• 6.1 结论66-68
• 6.2 进一步工作的方向68-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-80
• 攻读学位期间的研究成果80

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