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近年来,水库温室气体的排放问题严重困扰着水电的绿色能源地位。作为水生态系统中重要的初级生产者,藻类与水体温室气体的相互关系受到广泛关注。一般认为,藻类能够通过初级生产固定大量CO2成为水体的碳汇。但这种观点只关注了藻类生活史的一个阶段,忽视了藻类沉积后的分解矿化等一系列生物化学过程。为了明晰藻类在CO2和CH4在水-气界面释放过程中的作用,全面客观地认识藻类在水库碳循环过程中所扮演的角色,在2011年春季水华期间,运用碳酸盐化学平衡原理和气体薄层扩散模型,观测了三峡水库典型库湾香溪河春季和昼夜pCO2和藻类的时空动态特征,分析了环境参数尤其是Ch1a浓度对pCO2的影响,确定了春季库湾水体的温室气体源汇地位。2012年春季利用围格和静态箱-气象色谱法监测了水华生消过程CH4的排放过程,在排除外源性有机碳的情况下分析了水华沉积对Ch14释放的影响。
结果表明,香溪河库湾春季表层水体pCO2在8.34～166.23μatm之间,平均值为49.01μatm;Ch1a浓度在2.19～132.64mg·m-3之间,平均值为31.92mg·m-3。pCO2自上游到河口呈明显上升趋势,而Ch1a浓度呈下降趋势,pCO2与Ch1a浓度显著负相关。采样期间,水华大致处于缓慢消亡的状态,pCO2则稳步增长。
香溪河库湾春季昼夜pCO2在74.43～168.70μatm之间波动,平均值为117.92μatm,与上午10:00的pCO2相近。Ch1a浓度在2.22～4.55mg·m-3之间,平均值为3.04mg·m-3,昼夜pCO2也与Ch1a浓度显著负相关。浮游植物的光合作用是香溪河春季表层水体中pCO2的主要影响因子。春季的香溪河库湾是大气CO2的汇,春季CO2吸收速率为-35.17mmol·m-2·d-1。
围格试验中,水体爆发了水华,Ch1a浓度最高曾达到252.5mg·m-3,水华发生后,藻类大量沉降至水体底部,随后出现CH4排放通量高峰。藻类沉积速率与CH4排放速率显著正相关。藻类沉积后为水体底部的产甲烷过程提供了物质和能量基础,促进了CH4的排放。