水庫溫室氣體研究進展

摘 要：文章綜述了水庫溫室氣體研究進展。水庫作為內陸重要的生態系統，其溫室氣體的來源、遷移和轉化已經被證明有全球化意義。目前國內外研究團隊對水庫溫室氣體研究取得了一系列成果，也存在一些問題，急需解決。

關鍵詞：水庫；溫室氣體；進展

水電作為可再生能源在帶來巨大的經濟效益同時，對水生態產生了巨大的改變，比如溫室氣體的排放問題。水庫溫室氣體通量具有極強的時空不確定定性，涉及整個流域的碳循環。水庫溫室氣體從水體傳輸到大氣一般有三種途徑，溶解性氣體的擴散；氣體濃度過飽和產生的氣泡釋放以及以植物作為媒介的傳輸。

1 國內外進展

水庫溫室氣體的研究始于1993年，DucheminE和Lucotte M則首次對水庫水-氣界面上的溫室氣體通量進行了測定和計算[1]。Rudd等[2]最早報道了南美熱帶雨林地區水庫CH4、CO2釋放通量的觀測數據，Fearnside[3]甚至認為某些熱帶雨林地區的水庫的碳排放當量可與同等發電量的使用化石燃料電廠相當，進而對水電的清潔屬性提出質疑。1993年到2003年，加拿大魁北克水電管理局組織科學家在加拿大寒帶地區的205個水生生態系統開展了氣-水界面溫室氣體的總通量的測量工作，通過長期開展的水庫溫室氣體原位監測及不同類型水生態系統的對比研究，對水庫溫室氣體產生機制、影響因素、監測方法、實驗手段等方面做出了較全面的深入分析、并得出了豐富研究成果[4]。Soumis[5]觀測了美國六個水庫溫室氣體源匯變化基本情況，包括水氣界面的擴散通量和泄洪道的消氣作用甲烷和二氧化碳變化，同時發現擴散通量和水體pH值具有很高的相關性。Roehm[6]測試了加拿大魁北克La Grande 2和La Grande 3兩個北方水庫水輪機對二氧化碳源匯變化的影響，水體溶解二氧化碳以每月一次的頻率進行了為期一年的采樣，二氧化碳擴散通量是采用薄邊界層法進行計算的，研究結果表明消氣作用在冬季和春季變化最為劇烈。FrédéricGuérin[7]在法屬Guiana和巴西兩個水庫研究了大壩以下河流對于熱帶水庫溫室氣體的的影響及所占比例，研究結果發現大壩以下河流溫室氣體排放在整個水庫溫室氣體源匯變化中占據很大的比例。

國內對水庫溫室氣體排放的研究尚處于學習和摸索階段。國內最早從事水域溫室氣體研究是從湖泊、濕地、海洋開始的。針對水庫水域的溫室效應研究也逐漸開始開展，汪福順等[8]從2007年7月到2008年7月在中國四個典型亞熱帶水庫進行了溫室氣體監測，觀測指標包括水體CO2分壓及水-氣界面CO2交換通量，研究結果表明在四個水庫二氧化碳的源與匯隨站季節而變化。喻元秀等[9]對烏江流域洪家渡、紅楓湖等水庫的溶解二氧化碳進行了研究，估算出了這些水庫水體的二氧化碳分壓的分層分布特征及其排放通量。李紅麗等[10]在具有十年庫齡的典型溫帶水庫北京玉渡山水庫開展了二氧化碳和甲烷的原位監測，分析了其時空變化規律。趙登忠等[11]在三峽水庫附近清江流域水布埡水庫開展了水庫二氧化碳和甲烷的原位監測，分析了水庫上空溫室氣體大氣濃度的時空分布特征。李干蓉等[12]在貓跳河流域梯級水庫開展了水庫水體溶解無機碳含量及其同位素的分析研究，其研究成果表明夏季水庫溶解無機碳隨深度增加而增大，表層水體受藻類生物作用的影響較大，而下層水體受到有機質降解作用的影響較大，同時溶解無機碳含量從上游到下游呈現逐漸降低的變化趨勢，表明河流受到大壩攔截后水化學性質產生了顯著的變化，大壩建設蓄水對于河流生源碳具有一定的攔截作用。2009年，重慶大學陳槐等[13]研究了三峽水庫消落帶的溫室氣體排放問題，認為三峽水庫消落帶新生濕地能夠釋放大量的CH4氣體，由此推斷三峽水庫可能是一個重要的CH4排放源。

2 結束語

目前國內外針對水庫溫室氣體的大部分研究主要還是基于某些點位的研究，主要圍繞水庫水氣界面的溫室氣體凈通量開展。但是各個研究團體并未在研究方法上形成一致性的標準。如中科院地化所劉叢強團隊在烏江流域進行的水庫溫室氣體研究基本上是利用水化學平衡模型結合薄邊界層模型來計算出該區域水庫水體在水氣界面的溫室氣體交換通量[14]。該方法所測得的值均小于國外在熱帶與寒帶區域所測得的值，且其值相差了一個數量級。郭勁松[15]在三峽庫區及其部分支流采用通量箱法進行的實地測量所得值與劉叢強研究員團隊的研究結果之間也存在明顯的差距，這表明不同研究方法之間所得的計算結果也存在較大的差異性。但是，針對這一現象，由于缺乏測量的方法與技術應用標準，目前尚不能確定誰的研究結果更具有說服力。這也是目前國內外在該方面的研究存在的一個急需解決的問題。

參考文獻

[1]Duchemin E， Lucotte M， Canuel R， et al. Production of the greenhouse gases CH4 and CO2 by hydroelectric reservoirs of the boreal region[J].Global Biogeochemical Cycles，1995，9（4）：529-540.

[2]Rudd J W M， Harris R， Kelly C A， et al. Are hydroelectric reservoirs significant sources of greenhouse gases？1993，22（4）：246-248.

[3]Fearnside P M. Hydroelectric dams in the Brazilian Amazon as sources of 'greenhouse'gases. Environmental conservation，1995，22（01）：7-19.

[4]Tremblay A. Greenhouse gas Emissions-Fluxes and Processes： hydroelectric reservoirs and natural environments[M].Springer Science & Business Media，2005.

[5]Soumis N， Duchemin ？魪， Canuel R， et al. Greenhouse gas emissions from reservoirs of the western United States[J].Global Biogeochemical Cycles，2004，18（3）.

[6]Roehm C， Tremblay A. Role of turbines in the carbon dioxide emissions from two boreal reservoirs， Québec， Canada[J].Journal of Geophysical Research： Atmospheres（1984-2012），2006，111（D24）.

[7]Guérin F， Abril G， Richard S， et al. Methane and carbon dioxide emissions from tropical reservoirs： significance of downstream rivers[J].Geophysical Research Letters，2006，33（21）.

[8]Wang F， Wang B， Liu C Q， et al. Carbon dioxide emission from surface water in cascade reservoirs-river system on the Maotiao River， southwest of China[J].Atmospheric Environment， 2011，4

5（23）：3827-3834.

[9]喻元秀，劉叢強，汪福順，等.洪家渡水庫溶解二氧化碳分壓的時空分布特征及其擴散通量[J].生態學雜志，2008，27（7）：1193-1199.

[10]李紅麗，楊萌，張明祥，等.玉渡山水庫生長季溫室氣體排放特征及其影響因素[J].生態學雜志，2012，31（2）：406-412.

[11]趙登忠，譚德寶，汪朝輝，等.清江流域水布埡水庫溫室氣體交換通量監測與分析研究[J].長江科學院院報，2011，28（10）：197-204.

[12]李干蓉，劉叢強，陳椽，等.貓跳河流域梯級水庫夏-秋季節溶解無機碳（DIC）含量及其同位素組成的分布特征[J].環境科學，2009，30（10）：2891-2897.

[13]Chen H， Wu Y， Yuan X， et al. Methane emissions from newly created marshes in the drawdown area of the Three Gorges Reservoir[J].Journal of Geophysical Research： Atmospheres（1984-2012），2009，114（D18）.

[14]劉叢強，汪福順，王雨春，等.河流筑壩攔截的水環境響應——來自地球化學的視角[J].長江流域資源與環境，2009，18（4）：384-396.

[15]郭勁松，蔣滔，李哲，等.三峽水庫澎溪河流域高陽回水區夏季水體CO2分壓日變化特性[J].湖泊科學，2012，24（2）：190-196.

作者簡介：汪國駿（1990-），男，碩士研究生，研究方向：生態水利。