长江和海南东部典型水体中溶存甲烷和氧化亚氮的分布与释放

【摘要】： CH4和N2O是大气中重要的微量气体,对全球变暖和大气化学有重要作用。河流、河口、海洋等水体系是大气中CH4和N2O的重要自然排放源,对这些典型水体中溶存CH4和N2O的生物地球化学循环特征的研究,对认识过去两个世纪大气CH4和N2O浓度的增加,以及预测未来大气中CH4和N2O浓度的变化具有重要意义。 本论文对地处亚热带的大型河流——长江,以及地处热带的海南东部河流、河口、潟湖及陆架海等典型水体系中溶存CH4和N2O的分布、释放和影响因素进行了分析和讨论,为认识不同类型的水体中溶存CH4和N2O的生物地球化学循环特征,及其对大气中CH4和N2O的贡献提供了科学基础,同时为评价自然因素和人为因素对水体释放CH4和N2O的影响提供了科学依据。本论文的主要研究成果如下: 1.分别于2008年1月和9月对长江中、下游、长江口进行了调查,研究结果表明:长江、长江口溶存CH4和N2O的平均浓度分别为(181.8±149.0)nmol?L-1和(20.4±19.4)nmol?L-1,底层水中CH4和N2O浓度与表层基本一致。长江干流CH4和N2O的分布主要受到支流和湖泊富CH4和N2O水输入的影响,各个支流和湖泊入江口邻近下游的干流中溶存CH4和N2O的浓度均有明显升高。长江口自徐六泾向海洋方向,CH4和N2O的浓度均迅速减小,与盐度呈负相关关系。长江溶存的CH4和N2O有显著的季节变化特征,如长江下游1月CH4和N2O的平均浓度明显大于9月。长江徐六泾从2007年6月到2008年10月为期17个月的连续观测显示:长江CH4和N2O浓度受水温影响较大,高浓度的CH4出现在2月和7月,溶存N2O的浓度有夏、冬季远大于春、秋季的规律。长江表层水中CH4和N2O均处于过饱和状态,是大气CH4和N2O的净源。据本文粗略估计,长江(包括湖泊)每年向大气释放CH4和N2O–N的量分别为173Gg和28.5Gg。另外,长江向东、黄海输入CH4和N2O–N的量也分别达1.8Gg?a-1和0.43Gg?a-1,对长江口及其邻近海域CH4和N2O的分布及碳、氮生物地球化学循环有重要影响。 2.于2008年7月23日至9月6日对海南东部主要河流、潟湖、近岸海域以及南海北部等典型水体进行了系统调查,结果显示:海南东部沿岸自北往南的八门湾、博鳌、小海和老爷海四个潟湖水体中溶存的CH4和N2O浓度远高于海洋。八门湾潟湖受文昌、文教河输送影响较大。自两河口到八门湾入海口,CH4和N2O浓度都与盐度呈非线性相关。CH4浓度范围是6.5nmol?L-1~560.1nmol?L-1,N2O浓度范围是6.5nmol?L-1~111.4nmol?L-1。与八门湾潟湖同属河口型潟湖的博鳌潟湖,由于入湖河流——万泉河、龙滚河和九曲江中CH4和N2O的浓度较低,博鳌潟湖溶存CH4和N2O浓度变化范围较小, CH4浓度范围是8.1nmol?L-1~180.6nmol?L-1,N2O浓度范围是6.0nmol?L-1~16.4nmol?L-1。而典型潟湖小海和老爷海CH4和N2O的浓度分布较均匀,与自身水体的水质有直接关系。海南东部河流及潟湖水体中CH4和N2O均处于过饱和状态,是大气中CH4和N2O的净源。据估算,海南东部潟湖每年向大气释放CH4量大约为108.9Mg?a-1,N2O–N释放量为7.3Mg?a-1。海南东部海域表层海水受到海南东部陆源输送尤其是河流潟湖输送的影响,溶存CH4和N2O的浓度自近岸向远海呈降低的趋势,台风后,表层海水受风力影响显著。整个南海北部表层海水CH4浓度范围是2.7nmol?L-1~22.3nmol?L-1,N2O浓度范围是5.5nmol?L-1~7.7nmol?L-1。溶存CH4和N2O的浓度自近岸向远海也呈降低的趋势,珠江冲淡水和海南陆源输送明显。垂直方向上,海南东部近海底层溶存CH4和N2O的浓度大于表层。水深达千米的南海海水中N2O浓度则随深度增加而增加,CH4的垂直分布则出现次表层极大现象。表层水体中CH4和N2O均处于过饱和状态,整个南海北部CH4年释放量约为17.1Gg?a-1,N2O–N为1.9Gg?a-1,其中海南东部海域CH4和N2O–N的贡献分别占11.7%和24.2%。海南东部地下水、虾池水等受人为活动影响较大的水环境中CH4和N2O的浓度较高,是近岸海洋甚至河口和潟湖中CH4和N2O的输送源。而海南东部沿岸围绕的大面积天然红树林湿地不仅是近岸海洋,还是河口和潟湖中CH4的重要输送源,而且是大气CH4的净源。经粗略估算,海南东部红树林湿地对大气CH4的贡献达137.7Mg?a-1。 【关键词】：甲烷 氧化亚氮 长江 八门湾 万泉河 南海
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 0. 前言12-14
• 1. 文献综述14-26
• 1.1 大气中CH_4 和N_2O的源和汇14-15
• 1.2 水体系中CH_4 和N_2O的研究进展15-23
• 1.2.1 河流、河口溶存CH_4 和N_2O的研究进展15-19
• 1.2.2 陆架海溶存CH_4 和N_2O的研究进展19-22
• 1.2.3 存在问题22-23
• 1.3 红树林湿地CH_4 和N_2O释放的研究进展23-26
• 2. 长江及长江口溶存CH_4 和N_2O的分布与释放26-41
• 2.1 前言26
• 2.2 材料与方法26-30
• 2.2.1 样品采集方法及站位分布26-28
• 2.2.2 水样中溶解CH_4 和N_2O的测定28-29
• 2.2.3 饱和度和水–气交换通量的估算方法29-30
• 2.3 结果与讨论30-40
• 2.3.1 长江及长江口溶存CH_4 和N_2O的分布30-34
• 2.3.2 长江及长江口溶存CH_4 和N_2O的季节变化34-36
• 2.3.3 长江及长江口溶存CH_4 和N_2O的饱和度及水–气交换通量36-37
• 2.3.4 与世界各河流、河口CH_4 和N_2O的分布和释放的比较37-40
• 2.4 小结40-41
• 3. 海南东部典型水体中溶存CH_4 和N_2O的分布与释放41-79
• 3.1 研究区域背景41-42
• 3.2 材料与方法42-51
• 3.2.1 海南东部调查站位分布42-46
• 3.2.2 红树林调查方法46-49
• 3.2.3 饱和度和水–气交换通量的估算方法49-51
• 3.3 结果与讨论51-77
• 3.3.1 海南东部潟湖及河流溶存CH_4 和N_2O的分布51-57
• 3.3.2 海南东部地下水、虾池水及红树林间隙水CH_4 和N_2O的分布57-60
• 3.3.3 海南东部海域溶存CH_4 和N_2O的分布60-70
• 3.3.4 海南东部典型水体中溶存CH_4 和N_2O的饱和度及水–气交换通量70-73
• 3.3.5 海南东部红树林CH_4 和N_2O的释放、吸收通量73-77
• 3.4 小结77-79
• 4. 主要结论79-81
• 参考文献81-96
• 致谢96-97
• 个人简历97
• 发表的学术论文97

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