黃河二氧化碳逸出時空變化及其影響因素
——以頭道拐水文站為例

李凌宇,于瑞宏,田明揚,胡海珠,*,張笑欣,冉立山,楊現坤,呂喜璽

1 內蒙古大學生態與環境學院,呼和浩特 010021 2 新加坡國立大學,新加坡 17570

黃河二氧化碳逸出時空變化及其影響因素
——以頭道拐水文站為例

李凌宇1,于瑞宏1,田明揚1,胡海珠1,*,張笑欣1,冉立山2,楊現坤2,呂喜璽1

1 內蒙古大學生態與環境學院,呼和浩特 010021 2 新加坡國立大學,新加坡 17570

河流連接著海洋碳庫和陸地碳庫,河流碳逸出是全球碳收支的重要組成部分。本文以黃河上游和中游分界點—內蒙古段頭道拐斷面為研究對象,采用Li- 7000靜態箱法監測了斷面4個采樣點在2013—2015年期間四季的CO2逸出通量(FCO2),并分析了FCO2時空變化規律。基于研究斷面主要水文和水化學指標的野外監測和室內分析結果,探討了FCO2的主要影響因素。結果表明斷面FCO2介于14—186 mol m-2a-1,平均值為84 mol m-2a-1；水體CO2分壓(pCO2)介于467—2101 μatm,平均值為995 μatm；DOC濃度介于2.7—13 mg/L。FCO2季節性差異明顯：夏季FCO2為全年最大456 mmol m-2d-1,冬季最小33 mmol m-2d-1。FCO2在4個采樣點的空間差異顯著：河道右岸S4點處最大為392 mmol m-2d-1；河道中部S2和S3點基本相同；河道左岸S1點最小為86 mmol m-2d-1。FCO2與河道流速呈現較好的正相關關系,與pCO2中等相關,與pH負相關,與風速的相關性不明顯,說明對于該研究斷面河道流速較pCO2對FCO2的貢獻更大。本研究較為精細地探討了頭道拐斷面的水體CO2逸出規律,表明即使在同一河道斷面,FCO2也可能存在較大空間差異,流速較大處的FCO2較大,因此在野外監測FCO2時需要在河道斷面選取具有代表性的采樣點,特別是較大的河流。研究結果為黃河中上游CO2逸出量評價和河道斷面FCO2監測點的布設提供了科學依據。

二氧化碳逸出通量；時空變化；影響因素；黃河頭道拐

自然界中不同形態的碳在巖石圈、陸地生態系統、大氣和海洋4個碳庫間的相互轉換和運移過程稱為全球碳循環[1]。河流作為全球碳循環的重要連接通道,持續地從陸地向海洋輸送碳,在此過程中河流由水體向大氣釋放CO2,是碳損失的重要途徑之一[2- 3]。已有研究表明黃河CO2逸出量與碳沉降量相當,約占河流碳循環的1/3,均大于向海洋的輸送量[4]。全球河流系統的CO2年逸出量高達0.9—1.8 億t(GtC)[5],與礦石燃料燃燒的碳排放通量和海洋-大氣間的凈碳通量屬于同一量級[6- 7]。因此,開展河流水-氣界面CO2通量研究,對認識河流碳循環、區域碳循環乃至全球碳循環過程具有重要意義。

河流水體中的CO2在處于過飽和狀態,即水體中的CO2分壓(pCO2)大于大氣壓時,才能從水體逸出。因此,FCO2的研究通常以河流水體表面pCO2為基礎。目前,研究者在世界范圍內的大江大河,如南美的亞馬遜河、北美的密西西比河、亞洲的長江、湄公河和黃河開展了pCO2和FCO2的定量研究。例如,Li等[8]分析了湄公河下游42個水文站的數據得出水體表層pCO2均值為1090 μatm,FCO2為71 mol m-2a-1；Li等[9]對長江龍川支流的研究發現該支流pCO2均值為1230 μatm,FCO2為27 mol m-2a-1；密西西比河流域河流和濕地的CO2釋放量可達1.2±0.3 MgC hm-2a-1[10]。

河流pCO2和FCO2通常呈現出明顯的時空差異,導致差異的主要原因是河流水體中CO2的來源不相同,并且相關的環境影響因素也有所不同。河流CO2的來源有外源和內源兩種。外源主要有土壤中含碳有機物的礦化、土壤有機物的降解、植物根系的呼吸；內源主要有水體有機碳的原位呼吸作用、光化學降解作用以及碳酸鹽的沉淀[11- 12]。環境影響因素主要有溫度、降水、流速、微生物以及人類活動等,這些因素相互作用,共同影響著河流CO2逸出[13]。研究表明流域降水給土壤提供了水分,而微生物在適宜的溫度條件下活躍度較高,利于產生CO2進入河流,從而增大了水體的pCO2。近些年人類活動引發的營養和熱力學變化也可能增加河流pCO2[14]。

關于FCO2的估算,有靜態箱法、模型估算法、渦度相關法以及氣體示蹤試驗法等[15- 17],目前最常用的主要是前兩種方法。靜態箱法即紅外水-氣界面CO2分析儀法,該法的優點是能直接在河流表面測得FCO2,缺點是實驗設備對水面風速和降雨可能存在擾動[18]。模型估算法又稱梯度法,表達式[17,19]為：

FCO2=k·(pCO2水-pCO2氣)

(1)

式中,k為氣體交換系數,pCO2水為河流表層的CO2分壓,pCO2氣為大氣的CO2分壓,河流表層pCO2一般采用溫度、pH結合堿度間接估算得到[20],堿度則由滴定法得到。該模型中參數k的取值的不同,結果有所差異,因此存在爭議。Peng采用模型估算法得到了烏江不同深度處的pCO2[21]；Noriega和Araujo采用該法估算了巴西北部和東北部河口的pCO2和FCO2[22]；Li等同樣采用該法估算了湄公河下游的pCO2和FCO2[8]。

黃河是高含沙量河流的代表,近些年有關其碳通量研究的報道越來越多。孫超[23]通過對黃河花園口和利津測站的觀測,研究水體pCO2與水沙的關系,表明高泥沙含量對應較高的pCO2；王亮[24]觀測了黃河花園口和利津測站水體中的各種形態的碳濃度,并估算了河流碳的輸運量和水-氣界面通量。Ran等[25]對黃河干流碳逸出及其影響因素研究發現,雨季FCO2大于旱季,并且受人類影響,輸入海的碳通量在減少而FCO2在增加。以上研究表明目前對于黃河碳逸出的研究主要集中在黃河下游與河口地區,而黃河中游和上游的相關研究較少。本文以黃河中游內蒙古段的頭道拐斷面為研究對象,基于FCO2及其相關水文和水化學指標的監測分析,探索了FCO2在年際、年內以及斷面上的分布特征以及影響因素,補充了黃河中上游CO2逸出規律的研究,為黃河碳循環研究提供了科學參考。

1 研究區概況

黃河是中國第二大河,全長約5464 km[26],水面落差4480 m,流域面積約752443 km2,平均含沙量達37 kg/m3[27],是世界上含沙量最高的河流。本研究選取黃河上游與中游分界點—頭道拐水文站(110°04′E,40°16′N)為試驗點。頭道拐水文站是黃河干流重要的水文站點之一,位于內蒙古托克托縣河口鎮,位置如圖1所示。該站點所在區域屬溫帶干旱半干旱氣候,年降水量為155—366 mm,75%的降水集中于7—9月份。1956—2010年的水面蒸發量為1368 mm,夏季蒸發量為全年最大[28]。站點所在流域內自產徑流很少,但過境流量很大,流經該測站的徑流量占全河的50%以上[29]。1987—2010年的黃河徑流資料顯示,頭道拐多年平均水量為258億m3,主要集中于汛期的7—10月[30]。黃河在巴彥高勒與頭道拐區間,主要接納“十大孔兌”等支流匯入,這些支流流域植被較差、土質疏松,并且河道流程短、比降大,因此汛期極易造成水土流失[31]。另外,頭道拐水文站的上游是河套灌區,年引黃水量約50億m3,占黃河過境水量的七分之一[32]。

圖1 研究斷面位置示意圖Fig.1 The position of the river cross-section

2 研究方法

本研究在頭道拐水文站附近選取研究斷面,如圖2所示。為探究FCO2沿河道斷面的空間分布規律,在研究斷面布設4個采樣點,S1點靠近黃河左岸,S2和S3點分別位于河道中部,S4點靠近右岸,分布如圖2所示。自2013年至2015年,共實測得到近3年的FCO2數據,采樣時間分別為2013年7月、11月,2014年和2015年的4月、6月、9月和12月。

本研究運用靜態箱法—紅外水氣CO2分析儀Li- 7000(美國Li-Cor公司)監測水體pCO2[33]。由于Li- 7000無法直接測量水體中的CO2濃度,因此需要外接靜態箱(圖3),通過兩根塑料管將靜態箱與Li- 7000氣體分析儀連接,形成空氣閉合回路。本試驗所用靜態箱為體積0.018 m3,與水面接觸面積為0.09 m2的塑料箱,為使塑料箱浮在水面,在塑料外部套有12 cm厚泡沫板。測量時,首先將靜態箱舉起,使箱內CO2濃度與大氣CO2濃度平衡,之后將靜態箱放置于河流表面,保持其靜止。Li- 7000氣體分析儀每間隔1 min記錄一次pCO2數值,每次監測持續20 min左右。Li- 7000氣體分析儀采用12V電池供電。水-氣界面FCO2可通過下式計算[34]。

FCO2=(dpCO2/dt)(V/RTS)

(2)

式中,FCO2為CO2逸出通量(μmol m-2s-1)；dpCO2/dt為pCO2在靜態箱中積累量的斜率(μatm/s),一般采用開始7—15 min之內pCO2呈線性升高趨勢的數值計算；V為靜態箱體積(m3)；R為氣體常數(m3atm K-1mol-1)；T為靜態箱內溫度(K)；S為靜態箱覆蓋水面面積(m2)。

圖2 研究斷面采樣點布設示意圖Fig.2 The sampling points of the river cross-section

圖3 Li- 7000靜態箱法原理示意圖Fig.3 The schematic of Li- 7000 static chamber method

野外試驗過程中,除了對每一采樣點監測水-氣界面CO2濃度變化,還監測pH、流速、風速和水溫等指標。水溫和pH采用便攜式水質監測儀(Multi3420)監測,水溫測量精度±0.2℃,pH測量精度±0.004。河道流速采用直讀式流速儀(Global Water FP211)進行監測(m/s),測量精度±0.03 m/s,測量時將流速儀放置于每個采樣點水面以下10 cm處,分別測量3次取平均值。風速(m/s)采用標智風速儀(GM8901)進行監測,精準度為±3%,測量高度基本與靜態箱采樣時的水平高度一致,每個采樣點測量兩次取平均值。取水樣時,在每個采樣點水面以下5 cm處用超純水潤洗過的500 mL采樣瓶進行水樣采集。

冬季采樣時,分別在4個采樣點處用冰鎬在冰面上砸開略大于靜態箱底面積的冰洞。12月的河面結冰厚度為20—40 cm,河中央S2和S3處的冰層較厚。之后將靜態箱放置在冰洞中進行監測,步驟和方法同上。

(3)

K0=[Η2CO3*]/[pCO2]

(4)

(5)

(6)

式中H2CO3*是H2CO3與CO2aq的總和,K為給定溫度的亨利常數。因此,河流水體無機碳用以下公式進行計算[37]：

pK0=-7×10-5T2+0.016T+1.11

(7)

pK1=1.1×10-4T2-0.012T+6.58

(8)

pK2=9×10-5T2-0.0137T+10.62

(9)

河流水體的pCO2計算可以簡單的表示為下式：

(10)

3 結果

3.1 相關環境因子

與研究斷面水體FCO2相關的環境因子如表1所示。水溫的季節性變化明顯,在0—25℃范圍內。pH的變化范圍為8.01—8.45,水體偏堿性。監測期間風速大部分為1—2 m/s,僅在2014年12月風速最高達到6.3 m/s。研究斷面的水體DOC濃度在2.7—13 mg/L,其來源可能有多種,分為內源和外源。內源主要是指水生植物通過光合作用吸收無機碳產生有機碳,但是研究斷面的水生植物較少[39],而且夏季流速較快、泥沙含量較高和透光性較弱的特征限制了水生植物生長[40]。因此,研究斷面的DOC主要來自于外源輸入,包括土壤有機質的降解產物、人類生產和生活的排放物,特別是工農業生產,均是水體DOC不可忽略的來源。斷面水體pCO2介于467—2101 μatm,季節性變化顯著,豐水期的pCO2普遍大于枯水期,最大值2101 μatm出現在2013年7月,同時FCO2也達到最大510 mmol m-2d-1。

表1 研究斷面FCO2及其相關影響因素數據表

—表示未測得數據

3.2 FCO2的年際和年內季節變化

將每次采樣時S1—S4點的FCO2取算術平均,得到研究斷面平均FCO2隨時間變化過程,如圖4所示。頭道拐斷面FCO2的年際變化總體趨同(圖4),在2013—2015年期間,冬季FCO2均為各年最低；春季FCO2在2014和2015年基本一致；2013和2014年的夏季FCO2均處于較高水平。2015年夏季FCO2缺測是因為河道在S1和S2點干涸。

研究斷面的FCO2呈現出明顯的年內季節性變化特征(圖4)。夏季FCO2為全年最高456 mmol m-2d-1,如果遇到枯水年份,河道水量較低,FCO2也可能很低,比如研究斷面在2015年6月的河道流量極低。秋季次之為251 mmol m-2d-1,春季為148 mmol m-2d-1,而冬季為全年最低33 mmol m-2d-1。一般認為冬季時,CO2會被冰層封于水體內,因此水體可能儲存了大量CO2,但是該結果表明冬季冰層以下河流FCO2較低。

圖4 研究斷面的二氧化碳逸出通量(FCO2)年際和年內季節變化過程Fig.4 The annual and seasonal variations of carbon dioxide efflux (FCO2) at the river cross-section

3.3 FCO2在研究斷面的變化

圖5 研究斷面4個采樣點的二氧化碳逸出通量(FCO2) Fig.5 Carbon dioxide efflux (FCO2) at 4 sampling points at the river cross-section

將各采樣點的FCO2在研究時段(2013年7月—2015年12月)內取算數平均值,得到FCO2在頭道拐斷面上的空間分布(圖5)。結果表明研究斷面的FCO2呈現出明顯的空間差異性：靠近右岸的S4點處的FCO2為斷面最大392 mmol m-2d-1；左岸S1點處的最小為86 mmol m-2d-1；位于河道中部S2和S3點處的FCO2基本相同,分別為236 mmol m-2d-1和237 mmol m-2d-1,介于S1和S4之間。

綜合研究斷面的FCO2,通過時間換算得到頭道拐年均FCO2為84 mol m-2a-1。該結果與其他河流的結果一致,表明河流是CO2的源,不斷向大氣釋放CO2。相比于世界其他較大河流的FCO2：如湄公河下游的107.5 mol m-2a-1、密西西比河的98.5 mol m-2a-1、亞馬遜河的69 mol m-2a-1、哈德遜河的13.5 mol m-2a-1以及長江河口的15.5—34.2 mol m-2a-1,該斷面FCO2處于較高水平。對黃河而言,位于上游的頭道拐斷面FCO2小于中游的125.6 mol m-2a-1[5]。

4 討論

研究結果表明黃河頭道拐斷面是一個碳源,而CO2逸出強度受諸多因素影響。從公式(1)可知,大氣的pCO2較穩定,所以水體pCO2和氣體交換系數k是控制FCO2的兩個關鍵因素。

4.1 pCO2

根據溫度、堿度和pH計算得到的頭道拐斷面水體pCO2普遍高于大氣中的400 μatm：夏季pCO2為全年最大平均1524 μatm、秋季次之平均為1029 μatm、冬季和春季基本相同約為770 μatm,同樣表明黃河頭道拐斷面是一個碳源,該結論與黃河其他站點的pCO2研究結果相一致[41- 42]。

圖6 研究斷面水體二氧化碳逸出通量(FCO2)與二氧化碳分壓(pCO2)線性擬合結果Fig.6 The result of carbon dioxide efflux (FCO2) vs partial pressure of carbon dioxide (pCO2) with a linear fitting

黃河水體表層pCO2與FCO2的季節變化基本一致。夏季FCO2為全年最高,表層水體pCO2平均值為1524 μatm,ΔpCO2達到1124 μatm,促使水體中的CO2向大氣釋放,而冬季FCO2為全年最低,測得水體pCO2在2015年12月最小僅為467 μatm(表1),ΔpCO2較小導致FCO2較小。與FCO2結果不同的是,pCO2在冬季和春季非常相近。該斷面的FCO2和pCO2總體呈中等相關水平(R2=0.24,P<0.01),如圖6所示。分析原因,可能是因為FCO2除了與pCO2有關,還與氣體交換系數k有關。例如,位于S3點的2014年秋季FCO2高達448 mmol m-2d-1,但是相應的pCO2僅為1181 μatm,而其河道流速卻高達1.84 m/s。

研究表明水體pCO2主要由水溫、pH、堿度和CO2濃度決定[43]。CO2濃度和堿度主要受光合作用、呼吸作用和鈣化作用等生物過程控制[17]。

4.1.1水溫

采樣期間測得斷面水溫為0—25℃,將水溫和pCO2進行線性擬合,表明河水溫度與pCO2呈較好的正相關關系,如圖7所示。夏季水溫較高,提高了水體中微生物的活性,并降低了CO2溶解度,因此FCO2相應增加,冬季則反之[25,26,29]。Alin等[44]在研究亞馬遜河時同樣發現水溫高會促進水-氣界面的氣體交換速率,并增加CO2逸出強度。桂祖勝[45]在研究長江水-氣界面CO2逸出季節變化時發現夏季FCO2為全年最高、秋季次之,與本研究結果不同的是其冬季FCO2高于春季,該差異可能是因為長江冬季無結冰現象。

4.1.2pH

由水體中二氧化碳-碳酸鹽體系的平衡過程可知(公式3)[46],pH升高會促使平衡向右移動,更多的CO2生成碳酸鹽溶解在水中,導致水體pCO2降低,水-氣界面ΔpCO2減小,所以FCO2減少。將采樣點的pH和pCO2進行線性擬合,得到pCO2與pH呈負相關性,如圖7所示。研究表明當水體pH>8.3時,河流相當于碳匯,而當pH<8.3時,河流相當于碳源[9]。本研究斷面超過一半水樣的pH小于8.3,同樣說明該斷面水體是CO2的源。

4.1.3DIC和DOC

圖7 研究斷面水溫、pH、溶解無機碳、溶解有機碳與二氧化碳分壓的擬合結果Fig.7 The fitting results of water temperature, pH, dissolved inorganic carbon, dissolved organic carbon vs partial pressure of carbon dioxide at the river cross-section

4.2 氣體交換系數k

研究表明氣體交換系數k對FCO2的影響甚至大于水體pCO2,k值的大小主要由流速、風速控制,同時還受到水深、河寬和河床坡度等多種環境因子的影響[48]。

4.2.1流速

頭道拐斷面的流速變化范圍為0.2—1.5m/s,S4點處的平均流速是斷面最大1.04m/s,S3點為0.99m/s,S2點為0.81m/s,S1點處最小僅為0.48m/s。S4點流速較大因為該點位于河道的中泓線,水深也最大。斷面4個采樣點處的平均流速大小分布規律與FCO2相似。將采樣點的流速和FCO2進行線性擬合,二者呈現較好的正相關關系,R2可達0.7,如圖8所示。本研究結果說明頭道拐斷面河道流速是FCO2的關鍵影響因素,大于pCO2對河道FCO2的貢獻(R2=0.24)。這主要是因為流速較大有助于增大河流表面的湍流度和破碎度,使水體與空氣的接觸面積變大,從而加速了兩者間氣體的交換[49- 50]。

夏季FCO2普遍較高,降雨集中和流量較大是主要影響因素之一[38],實測流量最高可達1010m3/s(2014年8月21日)。冬季FCO2為全年最小,與冰層以下較低的河水流速(0.13m/s—0.3m/s)有關,較小的水體擾動減緩了CO2釋放[50- 51]。

4.2.2風速

已有研究表明風速是影響氣體交換速率常數的主導因素,對氣體交換起著決定性作用。風會加快氣體的交換速率,帶走河流水-氣界面處的CO2,從而增大河流水體與大氣之間的ΔpCO2,促使水體中的CO2逸出。張龍軍等[52]在研究黃河碳通量影響因素時發現,風速是影響FCO2的一個重要因素,且兩者表現出明顯的正相關性。

本研究將每個采樣點的風速和FCO2進行線性擬合,表明FCO2與風速并沒有呈現明顯的相關性,如圖8所示。可能是因為采樣期間沒有遇到大風天氣,大部分風速低于3.5m/s。呂東珂[53]在研究水庫FCO2時發現當風速小于3.5m/s時,對FCO2的影響較小,而當風速大于3.5m/s時,FCO2與風速就表現出明顯的相關性。Raymond等[54]在哈德遜河的研究也發現FCO2未明顯受到風速的影響,同樣可能是因為監測時風速較小,即使出現風速較大的情況,持續時間也并不長。

圖8 研究斷面流速和風速與二氧化碳逸出通量的線性擬合結果Fig.8 The results of current velocity and wind speed vs carbon dioxide efflux with linear fitting at the study river section

5 結論

本研究在2013—2015期間,利用Li-7000靜態箱法對黃河頭道拐斷面進行了FCO2野外監測試驗,分析了FCO2在年際、年內和斷面上的變化規律,并探討了水體pCO2和氣體交換系數k對FCO2的影響。結果表明河流水體pCO2高于大氣,斷面平均pCO2為995μatm,且表現出明顯的季節性變化,夏季平均pCO2最大1524μatm,秋季次之1029μatm,冬季與春季基本相同,約為770μatm。另外,DOC的分解是控制水體pCO2的重要因素,而研究斷面的DOC主要來自于外源。研究斷面平均FCO2為84mmol m-2a-1,呈現出與pCO2相似的年際變化規律和明顯的季節性差異：夏季最高為456mmol m-2d-1,與夏季溫度高、流量大有關,秋季次之251mmol m-2d-1,春季148mmol m-2d-1,冬季最低為33mmol m-2d-1,可能是因為冬季溫度低、微生物活性較低,導致冬季冰層以下河流FCO2較低。研究斷面FCO2表現出較強的空間差異性：靠近右岸S4點的FCO2為斷面最大392mmol m-2d-1,河段中部S2點和S3點的FCO2基本相同約為237mmol m-2d-1,靠左岸S1點的FCO2最小86mmol m-2d-1。該結果表明即使在同一斷面FCO2也可能存在較大差異,研究河段流速最大處的FCO2也最大,隨機采樣可能低估或高估水體CO2的逸出量,因此在河道取樣監測時需要選取具有代表性的采樣點,特別是在較大的河流中。研究斷面的FCO2與流速和溫度呈較好的正相關關系,與pCO2的相關關系中等,與pH呈負相關關系,與風速并沒有呈現明顯的相關性。結果說明河道流速較水體pCO2對FCO2的貢獻更大。本研究為黃河中上游CO2逸出量的評價提供了科學參考,但是僅一個斷面不足以全面評價黃河的CO2釋放能力,需要在后續的試驗中繼續完善對黃河上中下游逸出CO2的研究。

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Spatial-temporalvariationsandinfluencingfactorsofcarbondioxideevasionfromtheYellowRiver:AnexampleoftheToudaoguaiGaugingStation

LI Lingyu1,YU Ruihong1, TIAN Mingyang1, HU Haizhu1,*, ZHANG Xiaoxin1, RAN Lishan2, YANG Xiankun2, Lü Xixi1

1SchoolofEcology&Environment,InnerMongoliaUniversity,Hohhot010021,China2DepartmentofGeography,NationalUniversityofSingapore, 17570Singapore

The oceanic carbon pool and terrestrial carbon pool are connected by rivers. Carbon dioxide (CO2) evasion from rivers to the atmosphere represents a substantial flux in the global carbon cycle. The CO2efflux (FCO2) and CO2partial pressure (pCO2) in large rivers have been widely evaluated. Most studies concerning CO2emission from the Yellow River, a typical river containing high sediment concentrations, focused on the lower reach and its estuary, but less is known about its upper and middle reaches. In this study, a river cross-section at the Toudaoguai Gauging Station in Inner Mongolia, the dividing point between the upper and middle reaches of the Yellow River was chosen as a study site. Evasion of CO2was measured four times each year using Li- 7000 static chamber method from 2013 to 2015 at four sampling points in a river cross-section. The spatial and temporal variations ofFCO2were analyzed. The relevant hydrological indexes, including water temperature, pH,and wind velocity as well as current velocity were measured at the four sampling points. The hydrochemical indicators, including ALK and DOC in water samples, were analyzed in the laboratory andpCO2was estimated. The possible influential factors ofFCO2were further discussed using correlation analysis. The CO2evasion from the river cross-section ranged from 14 to 186 mol m-2a-1and its average was 84 mol m-2a-1. ThepCO2in the Yellow River at the Toudaoguai Gauging Station was within the range of 467—2101 μatm and the average value was 995 μatm. The concentration of DOC ranged from 2 to 13 mg/L. TheFCO2exhibited obvious seasonal variations, with the maximumFCO2of 456 mmol m-2d-1occurring in summer and the minimum of 33 mmol m-2d-1occurring in winter. TheFCO2values were markedly different at sampling points, with the maximum value of 392 mmol m-2d-1at S4 near the right bank, similar values at S2 and S3 in the middle of the river section, and the minimum of 86 mmol m-2d-1at S1 near the left bank. The analysis of factors influencingFCO2indicated thatFCO2was positively correlated with current velocity andpCO2, and negatively correlated with pH. There was no obvious correlation betweenFCO2and wind speed. Results also showed that current velocity contributed more toFCO2than topCO2in the river cross-section. In this study, evasion of CO2from the Toudaoguai cross-section was determined on a relatively fine scale. The results suggested that a distinct spatial variation inFCO2exists even at the level of river cross-section, with the maximumFCO2found at the point with the highest current velocity. Thus, typical sampling points in a river cross-section should be chosen forFCO2measurement. The study provided a scientific reference for bothFCO2evaluation in the upper and middle reaches of the Yellow River andFCO2sampling in a river cross-section.

evasion of carbon dioxide; spatial-temporal variation; influencing factor; Toudaoguai Gauging Station of the Yellow River

國家自然科學基金(91547110,51469018); 水利部公益性行業科研專項(20150104)

2016- 09- 09; < class="emphasis_bold">網絡出版日期

日期:2017- 07- 12

*通訊作者Corresponding author.E-mail: haizhuhu@163.com

10.5846/stxb201609091833

李凌宇,于瑞宏,田明揚,胡海珠,張笑欣,冉立山,楊現坤,呂喜璽.黃河二氧化碳逸出時空變化及其影響因素——以頭道拐水文站為例.生態學報,2017,37(22):7636- 7646.

Li L Y,Yu R H, Tian M Y, Hu H Z, Zhang X X, Ran L S, Yang X K, Lü X X.Spatial-temporal variations and influencing factors of carbon dioxide evasion from the Yellow River: An example of the Toudaoguai Gauging Station.Acta Ecologica Sinica,2017,37(22):7636- 7646.