福州文武砂水库N2O溶存浓度及其水-气界面扩散通量时空变化特征

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一氧化二氮(N2O)是造成全球气候变暖和臭氧层破坏的重要温室气体(GHG)之一。沿海水库生态系统由于滞留了大量的外源氮,被认为是微生物N转换的活跃场所。然而,有关沿海水库N2O排放时空变化特征研究鲜见报道。本文以福州文武砂水库为研究对象,分别在2018年11月(枯水期)、2019年3月(平水期)和6月(丰水期)进行高分辨率野外采样,测定了表层水体环境因子和N2O溶存浓度,并通过薄边界层扩散模型法估算了水-气界面N2O扩散通量,以此揭示水库N2O溶存浓度及其水-气界面扩散通量时空变化特征;通过室内培养实验,测定了硝化速率和反硝化速率,探讨了水库N2O产生的主要途径。主要的研究结果和结论如下:(1)文武砂水库水体环境因子时空变化特征明显。水库表层水体电导率EC和盐度受季节降水和蒸发的共同影响,在时间变化上表现为枯水期>平水期>丰水期的特征;受到海水“顶托效应”影响,在空间变化上呈现出南库区显著高于北库区的特征。水体营养盐(硝态氮、溶解性总氮和溶解性总磷)在时间变化上亦均表现为枯水期>平水期>丰水期,但水体氨氮(NH4+-N)和磷酸盐(P-PO43-)最大值均出现在丰水期。受人类活动影响,N、P浓度在空间变化均表现为废水输入区高于非废水输入区(P枯水期>平水期(P<0.05)。在空间变化上,N2O溶存浓度及其通量呈现出:(1)北库区显著高于南库区的特征(P<0.01),主要与北库区较多的外源废水输入和较低的盐度有关;(2)污水和养殖塘废水输入区显著高于非废水输入区(P<0.01)。高空间分辨率采样结果表明,为降低水库N2O的排放,未来需要加强入库废水处理和排放的监管。(3)室内培养实验表明,水库表层水体反硝化速率和硝化速率变化范围分别介于0.00~19.1μmol m-2h-1和0.00~3.32μmol m-2h-1。相关分析结果显示,水库表层水体反硝化速率和硝化速率的空间变化特征均与NO3--N浓度呈现出显著正相关关系(P<0.05或P<0.01),与盐度和EC呈现显著负相关关系(P<0.05或P<0.01)。基于RDA统计分析结果,本研究认为硝化作用在文武砂水库N2O产生过程中起着重要作用,是该水库N2O主要产生途径之一。
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