湖泊等濕地系統(tǒng)是大氣甲烷的主要自然釋放源。受人類活動的影響,外源營養(yǎng)物質(zhì)的輸入導(dǎo)致湖泊出現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化不僅改變營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)、引起藻類爆發(fā)和沉積物中有機物的累積、還導(dǎo)致厭氧環(huán)境的形成及加劇甲烷的釋放。我國湖泊大都屬于淺水湖泊,目前都遭受到不同程度的富營養(yǎng)化。近年來,我國對這些湖泊進(jìn)行了綜合治理,除削減外源營養(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。目前對湖泊底泥、水、氣介質(zhì)中甲烷產(chǎn)生及釋放整體機制的研究還不清楚,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養(yǎng)化淺水湖泊太湖和城市淺水湖泊玄武湖為研究對象,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)和生物因素對水體中甲烷含量和分布的影響,主要包括以下內(nèi)容： 對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),且含量通常比無沉積物區(qū)的要高。 對太湖和玄武湖水體中各項理化指標(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,說明水體中甲烷的含量變化在兩種湖泊中的影響機制有所差異。另外太湖水體的pH、溶解氧、總有機碳和藻類等指標(biāo)對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；然而太湖的各個指標(biāo)間均在同一組分上。 玄武湖沉積物中過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,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相同,都呈下降趨勢；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；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,但增加的趨勢在統(tǒng)計學(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。通過利用基因文庫構(gòu)建技術(shù)克隆了2個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2.28萬噸/年,太湖流域主要湖泊甲烷釋放量為2.64萬噸/年,江蘇省主要湖泊甲烷量釋放為5.52萬噸/年,江蘇省淡水水域甲烷釋放量為16.3萬噸/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52.2萬噸,對削減流域水體內(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)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：X524
【部分圖文】：

圖2-12010年6月太湖（A,22個位點）和玄武湖(B，AA-E)采樣布點。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由于近幾年來太湖和玄武湖都有不同程度的清游工程，本研究開展前對清游

太湖：2010年6月和9月對利用靜態(tài)箱對太湖7個點的水-氣界面交換氣體進(jìn)行了一系列取樣，取樣布點如圖2-2所示，同時在9月份還補充了對太湖7個點水面上空0.5m處的空氣取樣。21

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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2827102