水库水域生态系统温室气体排放测量技术

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1、水库水域生态系统温室气体排放测量技术戴会超，李华，郑铁刚(1．河海大学水利水电学院，南京210098；2．三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002)[摘要】基于国内外对全球温室气体排放监测研究的基础，总结并探讨了水库水域生态系统中温室气体排放通量常用测量分析技术的基本原理，对比分析了各种监测方法的适用性及优化措施，对我国形成系统的水库水域生态系统温室气体监测技术导则提供重要参考，为我国绿色水电和可持续发展水利水电建设提供重要的技术支撑。[关键词]水库水域生态系统；温室气体；通量；测量技术[中图分类号]X83[文献标识码]A[文章编号]1009—1742(2010)0

2、9—0021—081前言目前气候变暖对人类和环境的影响已经成为全球共同关注的热点问题。根据IPCC报告¨，自工业革命以来，由于人类活动的影响，大气中的CO，CH，N：O等温室气体排放量显著提高，致使全球平图I水库温室气体排放途径均气温上升0．74oC左右。人们普遍认为这些温室Fig．1Emissionapproachesof气体主要来源于陆地生态系统(森林和土壤)以及greenhousegasderivedfromreservoir人为的排放活动¨I2J。但是，近年来水库与自然水体排放到大气中的温室气体逐渐引起人们的注意，行可靠量化。目前国内外研究人员常采用以下方法尤其

3、是水库排放温室气体问题在学术界引起了激烈对水一气界面的温室气体总通量进行测量¨J：a．的争论J。部分热带水库的研究结果表明水库是通过测量水中溶解气体浓度计算通量，如薄边界层大气中CO和CH的排放源之一。McCull、赵(thinboundarylayer，TBL)法和同位素分析法；b．通小杰等分析了水库中CO，CH的排放途径，如过测量水表面上方温室气体的累积浓度来计算通图1所示，同时指出在热带地区，大量被淹没的植被量，如基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable加上高温会导致库底产生大量温室气体。diodelaserabsorptionspectroscop，TDLA

4、S)技术的开水库水域生态系统具有水深大、基面不稳定等放式长光程监测法和涡度相关法；C．通过测量穿过特点，与农田、森林、草地等陆地生态系统相比，水库水一气界面的温室气体浓度来计算通量，如不同浮水域系统水一气界面的监测难度较大，风及波浪等箱法。因素严重影响采样和分析的准确性。然而，对于水水库温室气体排放是一个复杂的科学问题，涉库、自然水体这些水体类型，要研究他们对全球温室及到流域碳循环的生物地球化学作用与区域经济发气体排放总量的净贡献，就必须要对其排放通量进展胁迫作用、水库的蓄水运行调节作用等诸多因素[收稿日期]2010—04—16[基金项目]国家自然科学基金(507790

5、28)；国家杰出青年基金(50925932)[作者简介]戴会超(1965一)，男，河北保定市人，河海大学教授，博士生导师，研究方向为水利水电工程；E—mail：daihuichao@263．net_2010年第12卷第9期21的共同结果。但必须看到，在各方争论博弈的背后，10m／s)。TBL方法不需要直接测量水库水上的温更为基础和关键的问题是，如何科学有效地对温室室气体通量，而是在每个检测点从15am至30am气体产汇效应进行监测以获取充分的证据。因此．水深的位置抽取水样，采样瓶在水下密封，以防止试水库温室气体排放测量技术的研究显得尤为重要，样中出现水泡。1993—19

6、99年，对从水中提取的在温室气体效应研究中具有至关重要的科学意义和试样在现场实验室分析。同时在1999年，部分试样实践价值，为实现我国环境保护战略提供必要的技在离线实验室分析，而2000年至今，所有的试样都术手段和管理依据。在离线实验室分析。在线和离线实验室分析时分别采用氮气和氩气作为惰性气体，并对水中提取的试2测量水中溶解温室气体浓度来计算通量样予以晃动，使之与相同体积的惰性气体均衡。测2．1薄边界层(TBL)法试结果显示，用氮气和氩气提取的CO没有较大区TBL法是一种非常简便的方法，也称梯度法。别。而对于CH，用氩气更好一些。空气试样常用Liss(1974)，Ray

7、mond(1997)及Duchemin(1999)等带质谱检测器(massspectrometricdetector，MS)的对该通量计算方法进行了研究⋯1"，捕。计算模型气相色谱仪(gaschromatograph，GC)进行分析。如图2所示。2．2同位素分析法PCO同位素研究方法为水库水域生态系统温室气体i大气中CO与CH的研究提供了一条新途径，它可以提供两者的源和汇以及大气浓度变化等方面的重要信息，正在成为温室气体中CO：，CH研究的重要手段之一。大气环境化学所研究的CO，CH同位素包括nC，HC和D(H)。其中”C和D为稳定同位素