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目 录

摘要 1

Abstract 2

1 引 言 3

2 材料与方法 4

2.1 研究区概况 4

2.2 南京市的气候条件 5

2.3 研究方法 6

3 结果与分析 7

3.1 南京市水体CH₄排放量的估算 7

3.2 CH₄排放强度与温度的关系 9

4 结论 11

参考文献 12

致谢 15

南京市水体CH₄排放量的估算

姚欢欢

, China

Abstract: Methane (CH₄), as an important greenhouse gas, is attracting more and more attention. With the increase of population, the process of urbanization accelerated, human activities led to a large number of organic substances into the water, making CH₄ emissions surge, the water has become a CH₄ emission source that can not be ignored. In this study, Nanjing, as a research area, collected the relevant literatures and data on the collection, collation and analysis of water CH₄ emissions. The Xuanwu Lake, Mochou Lake, Zixia Lake, Shijiu Lake and Gucheng Lake were used as the research objects to estimate water CH₄ emission and its annual variation. The results show that the annual emission of methane in Nanjing is 2.2 × 10⁷ kg, accounting for 14.6% of the total CH₄ emission in Nanjing. Secondly, 70% of the CH₄ emission is mainly concentrated in May – September underwater ; of which the highest in July, accounting for 16.8% of total annual emissions; the lowest in January, its emissions are only 0.9% of the year. However, due to the geographical environment of water bodies, water quality parameters, sedimentation parameters are different, in fact, different water CH₄ discharge flux difference is very large. Therefore, there is a large error in estimating the CH₄ emission flux of water based on the size of the water area and the data of the literature data.

Key words: CH₄ emission flux; influencing factors; area; temperature; water temperature; annual emissions

引 言

自19世纪20年代以来，地球表面温度上升了0.65~1.06℃，由人类活动引起的温室气体排放是导致全球气候变暖的主要原因^[1]。而甲烷（CH₄）是重要的温室气体之一。虽然CH₄的含量远低于二氧化碳，但是其温室效应是CO₂的25倍^[2]。大气中的CH₄浓度由工业革命前的715ppb增至2005年的1774ppb，2010年再次增至1808ppb，浓度增加超过了1倍，且增势迅猛，近10年的增长速率达到了2.8%。所以，研究控制CH₄的排放量对于全球变暖问题意义重大。

大气中CH₄源主要包括自然源和人为源，其中人为源的CH₄排放量占总CH₄源的70%以上^[3]。CH₄产生的主要场所是湖泊。虽然湖泊的面积占全球表面积的比率只有0.5%，占全球陆地面积的比率只有2.4%，但是湖泊作为陆地生态系统不可忽视的一部分，不仅是温室气体循环的重要组成部分，还是温室气体的重要排放源。

厌氧环境下产CH₄菌的活动是CH₄排放的主要来源。CH₄菌种的辅助因子和酶受氧气浓度变化影响显著，对其十分敏感^[4]。严格厌氧的环境会更有利于产CH₄菌的生存和活动。当氧气浓度超过10 ppm时，CH₄的产生过程就会受到抑制^[5]。据研究表明，产CH₄菌不仅能在温和的环境中生存，还能生活在温度、盐度和pH极端的居所中，湖泊底泥就是CH₄产生的主要场所。因此，水温、气温、风速、水中溶解性有机碳（DOC）、总有机碳（TOC）、PH、总磷（TP）、总氮(TN)、日照时数、降水量、水体盐度、氧化还原电位（ORP）、五日生化需氧量（BOD5）Eh、化学需氧量（COD）、水体溶解氧含量（DO）等环境因素都会对水体CH₄排放存在一定的影响。

近年来，受人类活动影响较大的湖泊，由于人类活动大量的有机物质的输入，导致其氮、磷等营养盐含量不断提高，使得水体厌氧环境面积增加，产甲烷菌活性增强，湖泊生产力也随之持续提高，单位时间产生及释放的CH₄量增加，湖泊对于大气中CH₄的含量影响作用更加明显^[3]。所以，水体成为一个不可忽视的CH₄排放源，研究湖泊的CH₄排放通量具有重要意义。

我国是世界上拥有较多浅水湖的国家之一。目前，国内关于内陆水体温室气体的研究多集中于湖泊、水库、湿地、河流，而对受人类活动影响较大的城市湖泊研究较少。在现代城市中，城市内湖不仅可以供大家参观娱乐，还能够调蓄洪涝、调节气候，在改善城市生态环境过程中发挥了重要的作用。大多数城市湖泊的水体属于静止或缓流状态，导致其环境相对封闭，交换能力差。由于湖泊特殊的地理位置，加上其底泥较厚，氮、磷等营养物质含量丰富,一般都处于富营养状态，且富营养程度较高。湖岸边大量有机物质的输入会直接影响水生生态系统植物、微生物的新陈代谢过程，很可能导致CH₄等温室气体的产生及排放速率加快。

与大气浓度观测方法相比，IPCC清单方法计算的南京市CH₄：CO₂排放比存在明显的低估^[6]。可见，IPCC清单方法可能忽视了一些重要的温室气体排放源。南京市坐落在长江下游，濒临近海，地处中国东部地区。总面积6587.02km²，水体面积约为724km²，水域面积约占总面积的比率高达11%，所以忽视水体的CH₄排放量可能是造成这种差异的原因之一。本研究考虑城市湖泊特殊的地理位置，通过调查水体CH₄排放量的文献结果来估算南京市水体的CH₄排放量，分析影响水体CH₄的产生和排放的环境因素。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

南京，简称“宁”，是江苏省省会、副省级市、南京都市圈核心城市、全国重要的科研教育基地和综合交通枢纽。南京市地理坐标为32°14′-32.37′N，118°22′-119°14′E，坐落于长江下游中部的富饶地域，地处于江苏省西南部。

南京市水域富足，共有水体面积约724 km²。长江从江宁区越入南京境内，且在境内长达95 km。南京境内有玄武湖、莫愁湖、紫霞湖、固城湖、石臼湖等大小不一的湖泊，秦淮河和金川河是南京的两大水系，金川河水流从北侧与玄武湖水流汇合相通。南京的水域面积占总面积的比率高达11%以上，水体作为重要的CH₄排放源，对于其CH₄的产生及排放研究应该要引起必要的关注。

本研究选取玄武湖、莫愁湖、紫霞湖、石臼湖和固城湖作为研究对象，估算南京市水体的CH₄排放量，分析影响水体CH₄的产生和排放的环境因素。

玄武湖，地处于南京市玄武区，东临紫金山，西靠明城墙，北邻南京站，是江南城区最大的城内公园。玄武湖湖岸略呈菱形，周长在15 km左右，占地面积502 hm，水面约378 hm。玄武湖为浅水湖泊，南北长约2.4 km，东西宽约2.0 km；湖泊底质较厚，平均达70 cm，主要为细粒黏土；主要入湖沟渠、河流有7条。

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