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封丘站研究揭示富营养化小型水体CH4和N2O产生热区和排放途径的差异
作者: 封丘站 更新时间: 2021-03-02

水产养殖过程中伴随着活性碳氮的大量输入,因此水产养殖系统通常被认为是甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等温室气体的重要排放源。但是,前期研究结果表明,太湖流域水田转变为粗放型河蟹养殖塘后CH4排放量增加了341%,相反N2O排放量则降低了95.4%。为了阐明CH4N2O排放差异的内在机制,丁维新研究员课题组比较了蟹塘中CH4N2O排放途径的差异,并分析了CH4N2可能产生的区域。研究发现,经由扩散途径排放的CH4仅占CH4总排放量的16.5‒20.9%,绝大多数CH479.1–83.5%)通过冒泡排放。相反,通过扩散模型法测得的N2O扩散通量是N2O总排放量的1.32‒1.60倍。这表明养殖塘上层水体中存留的N2O,不但可以向上扩算成为水-气界面的N2O通量,而且可以向下层水体或底泥中扩散。水田转变为蟹塘后形成更加厌氧的环境,加之饲料投入显著提升了底泥中溶解性有机碳(DOC)的水平,显著刺激了CH4产生。与此同时,厌氧环境限制了硝化作用,导致底泥中NH4+累积而NO3亏缺,而底泥中高含量的DOC刺激反硝化过程彻底进行使得NO3转化为N2而非N2O。因此,厌氧底泥并非N2O产生的热点,而缺氧的水体(hypoxic,含少量氧气)可能是N2O产生的主要位置。水体中产生的部分N2O向下扩散通过土-水界面,作为反硝化过程的电子供体而被消耗。

        本研究强调了富营养化小型水体是CH4的重要排放源,忽略这部分水体的CH4排放或者引用大型湖泊的排放系数(较少考虑冒泡排放),导致当前全球淡水系统CH4估算存在较高的不确定性。与此同时,本研究颠覆了富营养化水体是重要N2O排放源的认知,静水水体(lentic,池塘、湖泊等)可能仅是N2O的弱排放源甚至是N2O的汇。基于江河和溪流等流动(lotic)水体的N2O排放系数,高估了全球淡水水体的N2O排放。相关成果发表在Water research (Yuan et al., 2021)


淡水养殖塘CH4N2O产生热区和排放途径概念图


文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135420312720



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