研究背景

N₂O作为三大温室气体之一，能够破坏臭氧层，对全球变暖具有重要影响。河流不仅作为连接陆地与海洋物质交换、能量传输的主要通道，而且是全球氮元素生物地球化学循环的生物反应器，向大气释放大量的N₂O，受到广泛关注。然而，筑坝致使河流连续体被切割，彻底改变了河流氮素分布格局及输移过程，加之水文过程的改变及深水厌氧层形成，进而对河流水体N₂O产生与排放规律带来重要影响。近几十年来，尽管大量的研究对筑坝影响下的河流温室气体排放特征进行了探索，但仍存在较大争议，特别是对梯级水电开发影响下的河流N₂O排放时空模式及调控机制尚不清楚，从而限制了对全球淡水生态系统N₂O排放清单的准确评估。

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本研究选择重庆市五布河干、支流上8个水电水库为研究对象，对每个“河流-水库-下泄水”系统进行调查分析，对各系统表层水体溶存N₂O浓度、饱和度及水环境参数进行监测，并利用边界层模型法估算了不同系统N₂O排放通量。研究结果表明：1）五布河干、支流水体N₂O浓度变化范围为2.5-283.2 nmol L^-1（均值为50.7±52.3 nmol L^-1），表现为N₂O的过饱和；初步估算水-气界面N₂O排放通量为11.8-805.6μmol·m^-2·d^-1，是较强的大气N₂O排放源；2）五布河及支流水体N₂O浓度及排放呈显著的空间变异，自上游向下游显著升高；8个“河流-水库-下泄水”连续系统中，水库及下泄水N₂O浓度均显著高于对应的入库河段，分别约为入库河段的2.7（1.2-7.9）和3.4（1.3-12.2）倍，形成了N₂O排放的热点区域，梯级筑坝对河流N₂O产生和排放具有“激发器”效应和向下游的累积效应，显著增强了河流N₂O的排放潜势；3）水体N₂O浓度及排放通量与水环境因子（有机碳、磷、叶绿素）及水动力条件（水力停留时间、水力负荷）显著相关，水库段养分的积累、水体生化过程增强及水动力条件的改变导致N₂O产生和富集，形成排放热源；4）河流、水库和下泄水段水体N₂O浓度及排放通量均呈秋季最高，春、夏季次之，冬季最低的季节模式，主要受气温和降水的驱动。梯级水电开发对河流生源要素分配格局及水文格局的影响，改变了水体N₂O产生与排放的时空格局，并形成累积效应和局部热点，使得河流N₂O排放更加复杂，在未来研究中应受到更多关注。

成果简介

相关研究成果以题为“Spatiotemporal Variability of the Nitrous Oxide Concentrations and Fluxes From a Cascaded Dammed River”发表于环境科学领域知名期刊Frontiers in Environmental Science上，我院王晓锋副教授为通讯作者，硕士研究生吴胜男为第一作者。