养殖塘CH4排放特征及其影响因子的分析

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养殖塘是大气甲烷(CH4)重要的排放源。养殖塘水-气界面CH4的排放途径主要为冒泡和扩散,水温、气压、溶解氧浓度、p H值等自然要素和排水晒塘、施粪等人为管理措施对其有显著的影响。随着水产养殖产业的迅速发展,养殖塘的面积正在逐年上升,明确CH4排放的时空变化特征及其影响因素对内陆水体乃至全球碳循环有重要的作用。为研究养殖塘CH4的时空排放特征及其影响因素,本研究以长江三角洲两个典型的小型养殖塘为研究对象,基于倒置漏斗法和体积扩散模型法,在2017和2018年的每个季节选取14天对养殖塘CH4冒泡通量、扩散通量进行了加密观测。得出以下几点结论:(1)CH4冒泡通量、扩散通量及总通量(冒泡+扩散)均存在显著的时间变化特征。在日尺度上,CH4冒泡通量有明显的日变化,在0:00~6:00最大,18:00~次日0:00最小。在季节尺度上,CH4冒泡通量和总通量的变化为夏季>春季>秋季>冬季;CH4扩散通量的季节变化特征有所差异,表现为夏季>冬季>春季>秋季。在年尺度上,CH4冒泡通量、扩散通量及总通量均存在明显年际变化,2017年的年均值为120.281、1.889和122.170mg?(m2?d)-1,2018年的上述通量仅为2017年的一半。(2)CH4冒泡通量和总通量的空间差异显著高于CH4扩散通量。各采样点CH4扩散通量的变化范围[10-2~101mg?(m2?d)-1]较CH4冒泡通量[10-2~103mg?(m2?d)-1]集中。CH4排放以冒泡为主,冒泡占CH4总排放的60%。因而CH4总通量的空间差异主要是由于CH4冒泡通量的空间变化所导致。(3)自然因素会影响养殖塘CH4排放的时间变化特征。CH4冒泡通量及总通量时间变化的控制因子为水温、气压、p H值和溶解氧浓度。其中CH4冒泡通量及总通量与20 cm水温显著正相关,与气压、p H值和溶解氧浓度显著负相关。随着水温的升高和气压的降低,CH4冒泡通量及总通量呈指数增加的趋势。就CH4扩散通量而言,与气象要素无明显的相关性。(4)人为因素中冬季排水会影响养殖塘CH4排放的时间变化特征,春季施粪控制着养殖塘CH4排放的空间变化特征。排水会显著增加养殖塘冬季的CH4冒泡通量和总通量。在冬季排水期间,水深与CH4冒泡通量和总通量显著负相关,且随水深的降低,CH4冒泡通量和和总通量呈指数增长的趋势。对于春季施粪,鸡粪投放点的CH4冒泡通量及总通量较其它采样点高2~3个数量级,其中2018年鸡粪投放点的CH4冒泡通量可达1002.336 mg?(m2?d)-1,且冒泡占CH4总通量的99.9%以上。人为因素对CH4扩散通量无明显影响。本研究结果可为评估小型养殖塘CH4排放量对全球温室气体循环的贡献提供基础数据支撑和理论依据。
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