揭秘中國(guó)長(zhǎng)江流域溶解溫室氣體的空間分布和調(diào)控因素

Picarro | 揭秘中國(guó)長(zhǎng)江流域溶解溫室氣體（CO2、CH4和N2O）的空間分布和調(diào)控因素

長(zhǎng)江，全長(zhǎng)6300余千米，中國(guó)第一大河，干流自西而東橫貫中國(guó)中部，數(shù)百條支流輻輳南北，于崇明島以東注入東海，流域面積180萬(wàn)平方千米，約占全國(guó)總面積的1/5，年入海水量9513億立方米，占全國(guó)河流總?cè)牒Ｋ�量�?/3以上。

長(zhǎng)江承載著豐富的生態(tài)系統(tǒng)和人類活動(dòng)，對(duì)于全球氣候變化的干預(yù)具有重要意義。在全球溫室氣體變化成為全球關(guān)注焦點(diǎn)的當(dāng)下，長(zhǎng)江作為世界上最大的亞熱帶河流，碳氮存儲(chǔ)量備受科研研究所關(guān)注。

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河流，尤其是（亞）熱帶地區(qū)的大型河流，在全球溫室氣體預(yù)算中起著重要作用。在大尺度溫室氣體預(yù)算中忽略水生成分可能會(huì)高估陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳和氮的儲(chǔ)存量，但由于河流數(shù)據(jù)集的空間分布偏差，對(duì)潛在生態(tài)過(guò)程的理解不足，河流溫室氣體排放的估計(jì)存在很大的不確定性。長(zhǎng)江是世界上最大的亞熱帶河流，近幾十年來(lái)面臨著密集的人類活動(dòng)。三峽大壩（TGD）不同時(shí)空尺度的溫室氣體排放和河口河流碳輸出受到廣泛關(guān)注。然而，目前還缺乏關(guān)于長(zhǎng)江流域溫室氣體濃度大尺度縱向模式和驅(qū)動(dòng)因素的研究。

長(zhǎng)江從青藏高原流入大海，其水文形態(tài)和生物地球化學(xué)配置梯度較大，為理清大尺度格局的調(diào)控機(jī)制提供了理想系統(tǒng)。為生成溶解溫室氣體濃度的空間數(shù)據(jù)集，了解和預(yù)測(cè)溫室氣體的空間趨勢(shì)，以及深入了解不同溫室氣體來(lái)源在大型河流尺度上的作用。研究人員于2020年10月17日至11月4日期間在長(zhǎng)江干流和支流進(jìn)行了采樣活動(dòng)，收集了溫室氣體濃度（CO₂、CH₄和N₂O，Picarro G2508氣體濃度分析儀）和水化學(xué)參數(shù)（原位水溫、電導(dǎo)率、pH值、溶解氧、NO₃–、NH₄+、溶解總磷 (DTP) 濃度）的測(cè)量結(jié)果，并將結(jié)果與上、中、下游的水文形態(tài)特征相結(jié)合。
 

【結(jié)果】
 

（a-c）長(zhǎng)江干流和支流中CO₂、CH₄和N₂O摩爾濃度箱線圖，分別按上、中和下游分類。（d-f）分別為長(zhǎng)江干流中觀測(cè)到的CO₂、CH₄和N₂O濃度圖。
 

采樣點(diǎn)組顯示了預(yù)測(cè)長(zhǎng)江干流溫室氣體濃度的參數(shù)之間的關(guān)系。（I）影響溫室氣體濃度的預(yù)測(cè)因子的回歸樹(shù)。（Ⅱ）各終端節(jié)點(diǎn)內(nèi)采樣點(diǎn)的空間表征，表明長(zhǎng)江沿岸溫室氣體濃度相似的采樣點(diǎn)具有相同的預(yù)測(cè)因子。CO₂、CH₄和N₂O的交叉驗(yàn)證均方根誤差分別為13.5、0.13、0.20，R2分別為0.49、0.31和0.68。

【結(jié)論】

研究首次系統(tǒng)地估計(jì)了長(zhǎng)江沿岸溫室氣體（GHG）的縱向變化以及土地覆蓋和水生物地球化學(xué)對(duì)三種溫室氣體的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江中游地區(qū)CO₂和N₂O濃度較高，存在顯著的空間集聚現(xiàn)象。非線性回歸結(jié)果表明，濕地覆蓋度高、溶解氧低時(shí)，河流溫室氣體排放量高。濕地和氧氣，而不是三峽大壩和支流，分別是CO₂和CH₄濃度空間變化的主要相關(guān)因素。令人驚訝的是，CO₂可以很好地預(yù)測(cè)N₂O，這意味著它們有共同的驅(qū)動(dòng)因素或來(lái)源。作者建議在估算長(zhǎng)江流域溫室氣體排放時(shí)考慮濕地對(duì)溫室氣體預(yù)算的貢獻(xiàn)及其對(duì)環(huán)境變化的敏感性。根據(jù)研究，未來(lái)對(duì)大型河流溫室氣體排放的控制可能很大程度上取決于如何通過(guò)減少養(yǎng)分負(fù)荷來(lái)調(diào)節(jié)外部輸入和內(nèi)部代謝。

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