湖泊等濕地系統(tǒng)是大氣甲烷的主要自然釋放源。受人類(lèi)活動(dòng)的影響,外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入導(dǎo)致湖泊出現(xiàn)不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化。富營(yíng)養(yǎng)化不僅改變營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)、引起藻類(lèi)爆發(fā)和沉積物中有機(jī)物的累積、還導(dǎo)致厭氧環(huán)境的形成及加劇甲烷的釋放。我國(guó)湖泊大都屬于淺水湖泊,目前都遭受到不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化。近年來(lái),我國(guó)對(duì)這些湖泊進(jìn)行了綜合治理,除削減外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入外,還進(jìn)行了藍(lán)藻打撈及生態(tài)清淤等工程。目前對(duì)湖泊底泥、水、氣介質(zhì)中甲烷產(chǎn)生及釋放整體機(jī)制的研究還不清楚,尤其是在上述工程治理的背景下更是缺乏系統(tǒng)的研究。 本研究以流域性富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊太湖和城市淺水湖泊玄武湖為研究對(duì)象,從多角度分析了甲烷的水-氣界面交換通量及甲烷在空氣、水體及沉積物中的含量,探討了環(huán)境工程手段、水體(沉積物)理化性質(zhì)和生物因素對(duì)水體中甲烷含量和分布的影響,主要包括以下內(nèi)容： 對(duì)太湖和玄武湖湖面空氣中甲烷濃度進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)太湖不同區(qū)域空氣中甲烷含量的差異性比玄武湖的要大,玄武湖上空甲烷濃度的平均含量比太湖表面空氣中甲烷含量要高。太湖清淤區(qū)域的甲烷空氣濃度要比未清淤區(qū)域的顯著較低,太湖北部未清淤區(qū)域較東南部未清淤區(qū)域甲烷空氣濃度略高。甲烷在水-氣界面的交換通量與季節(jié)變化有關(guān),其中冬季和春季的通量低于夏季和秋季。沉積物的分布和厚度對(duì)上覆水體中甲烷的垂向分布濃度變化有影響,沉積物含量多的地方呈現(xiàn)梯度效應(yīng),且含量通常比無(wú)沉積物區(qū)的要高。 對(duì)太湖和玄武湖水體中各項(xiàng)理化指標(biāo)變化與表層水體中甲烷含量間的關(guān)系進(jìn)行主成分分析,甲烷在太湖上覆水體中與氮組分相關(guān)性大,而在玄武湖上覆水體中與磷組分相關(guān)性大,說(shuō)明水體中甲烷的含量變化在兩種湖泊中的影響機(jī)制有所差異。另外太湖水體的pH、溶解氧、總有機(jī)碳和藻類(lèi)等指標(biāo)對(duì)同一組分具有較大的貢獻(xiàn),并且指標(biāo)間能夠進(jìn)行合理解釋,表明主成分分析法的結(jié)果具有較高的可靠性,而甲烷的含量與其他指標(biāo)的變化間存在差異,表明水體中甲烷的含量受多種因素的影響。 本研究對(duì)表層沉積物中的甲烷含量及多種理化指標(biāo)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)湖泊的表層沉積物的粒徑、pH、總氮和含水率等指標(biāo)變化不大；主成分分析結(jié)果顯示兩個(gè)湖泊中甲烷的含量與其他指標(biāo)間的關(guān)系有一定的差異。對(duì)表層沉積物中總氮、氨氮、總磷、正磷酸鹽和金屬離子如Mn、Zn、Fe、Ni、Cu和Mg等指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析,發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)中玄武湖表層沉積物間隙水各指標(biāo)總體分為三個(gè)組分,氨、正磷酸鹽、鎳和甲烷主要在第二組分上、鐵和水-氣界面間甲烷通量在第三組分上；太湖的各指標(biāo)中,Mn、Mg和甲烷主要在在第二組分,Ni和水-氣界面甲烷通量主要在第三組分。 對(duì)垂向沉積物中甲烷和理化指標(biāo)進(jìn)行了分析,結(jié)果表明甲烷濃度在表層(0-6cm)比深層(6-21cm)的明顯要低。pH值、TP、TN和OM等指標(biāo)也隨著深度變化有所降低。主成分分析結(jié)果顯示,玄武湖的水分含量、pH值、總氮和總有機(jī)質(zhì)含量主要在第一組分上,而甲烷和總磷主要在第二組分上；然而太湖的各個(gè)指標(biāo)間均在同一組分上。 玄武湖沉積物中過(guò)氧化氫酶的活性在表層低于底層,而在太湖沉積物中則表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì),其底層沉積物的活性顯著低于表層；纖維素酶的活性在玄武湖和太湖梅梁灣的沉積物中變化趨勢(shì)相同,都呈下降趨勢(shì)；玄武湖沉積物中蔗糖酶的活性在3-6cm處最高,其他層間變化不大,而太湖沉積物中蔗糖酶的活性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；玄武湖沉積物中脲酶的活性在垂直方向上變化不大,而在太湖沉積物中其活性在垂直方向上在增加,但增加的趨勢(shì)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異不大。 玄武湖沉積物中細(xì)菌的16S rRNA基因的拷貝數(shù)在2.44-15.86x109g-1干重沉積物之內(nèi),而太湖梅梁灣的細(xì)菌16S rRNA基因的拷貝數(shù)在不同沉積物內(nèi)變化相對(duì)較大；玄武湖古細(xì)菌的16S rRNA基因拷貝數(shù)在4.84-17.71×108之內(nèi),而太湖沉積物中古細(xì)菌的16S rRNA基因拷貝數(shù)變化在0.11×108-17.44×108拷貝數(shù)每克沉積物濕重內(nèi)。 甲烷菌甲烷桿菌目Methanobacteriales, MBT),甲烷微菌目Methanomicrobiales, MMB)和甲烷八疊球菌目(Methanosarcinales, MSL)屬及甲烷八疊球菌屬(Methanosarcinaceae)和甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae)種的甲烷菌在玄武湖和太湖沉積物中各層中得到檢出,并且MMB和MSL的豐度通常高于MBT的豐度。甲基輔酶M還原酶alpha亞基(mrcA)基因在玄武湖和太湖沉積物中都有分布,但是在玄武湖垂向沉積物的0-3cm處和太湖垂向沉積物的0-6cm處該基因低于檢出限。通過(guò)利用基因文庫(kù)構(gòu)建技術(shù)克隆了2個(gè)mrcA基因,與Genbank中已有基因具有很高的相似性。 擬合估算太湖甲烷釋放量為2.28萬(wàn)噸/年,太湖流域主要湖泊甲烷釋放量為2.64萬(wàn)噸/年,江蘇省主要湖泊甲烷量釋放為5.52萬(wàn)噸/年,江蘇省淡水水域甲烷釋放量為16.3萬(wàn)噸/年：太湖甲烷年釋放量占目前已普查全省甲烷釋放量的1.8%,全省主要湖泊甲烷年釋放量占4.3%,全省淡水水域甲烷釋放量占12.75%。太湖生態(tài)清淤工程對(duì)清淤區(qū)域空氣甲烷濃度的影響顯著,清淤區(qū)域比未清淤區(qū)域空氣甲烷濃度均值濃度削減了23.3%。近五年來(lái)太湖流域生態(tài)清淤工程從流域湖泊、河道水體中削減甲烷含量約157.36萬(wàn)噸,約占我省2010年甲烷釋放量的123%；其中太湖湖體生態(tài)清淤工程削減甲烷含量約52.2萬(wàn)噸,對(duì)削減流域水體內(nèi)源甲烷含量,減少江蘇省溫室氣體排放貢獻(xiàn)顯著。 研究工作對(duì)將江蘇省湖泊水體甲烷釋放納入IPCC溫室氣體排放清單,核算生態(tài)清淤工程對(duì)水體內(nèi)源甲烷含量的削減貢獻(xiàn),引入溫室氣體減排交易資金,具有前瞻性意義。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類(lèi)】：X524
【部分圖文】：

圖2-12010年6月太湖（A,22個(gè)位點(diǎn)）和玄武湖(B，AA-E)采樣布點(diǎn)。Fig 2-1 Concentration of methane (fiures in pane，mg/L) in the atmosphere samples over theTaihu Lake (A, 22 samples) and XuanWu Lake (B，AA-E). Figures marked with red colour indicatits concentration are higher than the mean concentration that reported by IPCC 2005.2.2.2湖體沉積物樣品采集布點(diǎn)由于近幾年來(lái)太湖和玄武湖都有不同程度的清游工程，本研究開(kāi)展前對(duì)清游

太湖：2010年6月和9月對(duì)利用靜態(tài)箱對(duì)太湖7個(gè)點(diǎn)的水-氣界面交換氣體進(jìn)行了一系列取樣，取樣布點(diǎn)如圖2-2所示，同時(shí)在9月份還補(bǔ)充了對(duì)太湖7個(gè)點(diǎn)水面上空0.5m處的空氣取樣。21

圖2-4太湖與玄武湖的點(diǎn)位空氣中甲q<含量Figure 2-4 Methane content in air of the Taihu and xuanwu lake sampling sites從清焌點(diǎn)位與未清游點(diǎn)位的空氣甲q<濃度均值比較來(lái)看，未清游點(diǎn)位的空氣

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 郝鮮俊;洪堅(jiān)平;高文俊;;產(chǎn)甲烷菌的研究進(jìn)展[J];貴州農(nóng)業(yè)科學(xué);2007年01期

2 汪世美;劉文清;劉建國(guó);涂興華;楊立書(shū);;基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜遙測(cè)CH_4濃度[J];光譜學(xué)與光譜分析;2006年02期

3 宗虎民;馬德毅;王菊英;戶(hù)江濤;;氟苯尼考對(duì)海洋沉積物中胞外酶活性的影響[J];海洋通報(bào);2009年06期

4 董鳳忠,闞瑞峰,劉文清,劉建國(guó),張玉鈞,高山虎,王鐵棟,王敏,陳東,魏慶農(nóng);可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)及其在大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J];量子電子學(xué)報(bào);2005年03期

5 李美群;鄧潔紅;熊興耀;譚興和;周紅麗;李清明;蘇小軍;張喻;唐艷紅;彭丹;張艷艷;;產(chǎn)甲烷菌的研究進(jìn)展[J];釀酒科技;2009年05期

6 趙炎;曾源;吳炳方;陳永柏;王強(qiáng);袁超;;水庫(kù)水氣界面溫室氣體通量監(jiān)測(cè)方法綜述[J];水科學(xué)進(jìn)展;2011年01期

7 李春霞;陳阜;王俊忠;李友軍;;不同耕作措施對(duì)土壤酶活性的影響[J];土壤通報(bào);2007年03期

8 萬(wàn)忠梅;宋長(zhǎng)春;;土壤酶活性對(duì)生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)研究進(jìn)展[J];土壤通報(bào);2009年04期

本文編號(hào)：2827102