地球科学进展

地球科学进展 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (8): 802 -814. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.043

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内陆水体 CH4 冒泡排放研究进展
牛雪琦 1( ), 时巍巍 1, 吴文欣 1, 刘树伟 2, 杨平 3, 李思亮 1 , 4, 晏智锋 1 , 4( )   
  1. 1.天津大学 地球系统科学学院 表层地球系统科学研究院，天津 300072
    2.南京农业大学 资源与 环境科学学院 农业农村部东南沿海农业绿色低碳重点实验室，江苏 南京 210095
    3.福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007
    4.环渤海滨海地球关键带野外科学观测研究站 天津市环渤海地球关键带科学与可持续发展重点实验室，天津 300072
  • 收稿日期:2023-04-13 修回日期:2023-07-19 出版日期:2023-08-10
  • 通讯作者: 晏智锋 E-mail:nxq_0720@tju.edu.cn;yanzf17@tju.edu.cn
  • 基金资助:
    中国科学技术部重点研发项目课题“河口湿地碳氮耦合机制与降氮固碳功能提升技术”(2022YFF1301002);国家自然科学基金面上项目“土壤甲烷吸收的水分调控机制及其机理模型”(42077009)

Research Advances on Ebullitive CH 4 Emissions from Inland Waters

Xueqi NIU 1( ), Weiwei SHI 1, Wenxin WU 1, Shuwei LIU 2, Ping YANG 3, Siliang LI 1 , 4, Zhifeng YAN 1 , 4( )   

  1. 1.Institute of Surface-Earth System Science, School of Earth System Science, Tianjin University, Tianjin 300072, China
    2.Key Laboratory of Low-carbon and Green Agriculture in Southeastern China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
    3.School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China
    4.Critical Zone Observatory of Bohai Coastal Region, Tianjin Key Laboratory of Earth Critical Zone Science and Sustainable Development in Bohai Rim, Tianjin 300072, China
  • Received:2023-04-13 Revised:2023-07-19 Online:2023-08-10 Published:2023-08-28
  • Contact: Zhifeng YAN E-mail:nxq_0720@tju.edu.cn;yanzf17@tju.edu.cn
  • About author:NIU Xueqi (1999-), female, Taiyuan City, Shanxi Province, Master student. Research area includes methane ebullitive emissions from waters. E-mail: nxq_0720@tju.edu.cn
  • Supported by:
    the National Key Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China “Coupled mechanisms of carbon and nitrogen in estuary wetlands”(2022YFF1301002);The National Natural Science Foundation of China “Mechanism of methane uptake response to moisture change and its mechanistic model”(42077009)
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内陆水体是大气甲烷（CH4）的重要排放源，其中冒泡途径排放的CH4对总排放贡献较大。通过梳理国内外研究的最新进展，系统介绍了内陆水体CH4冒泡的产生、传输、氧化及排放机制，并概述了CH4冒泡排放的测定方法与技术。其次，基于不同的时空尺度，对比分析了全球内陆水体的CH4冒泡排放的时空变化特征；总结了CH4冒泡产生与排放过程中相关影响因素的作用机制，并介绍了水体CH4冒泡排放模型的发展现状。最后，探讨了内陆水体CH4冒泡的潜在研究方向与挑战，为后续中国内陆水体CH4冒泡排放观测、过程机理与调控机制探究、模型开发与估算等研究工作提供参考。

关键词: CH4冒泡排放, 内陆水体, 温室气体, 碳循环

Inland water is an important source of global methane (CH4) emissions, and CH4 emitted through ebullition accounts for a large proportion of the total CH4 emissions from inland waters. Here, the latest progress in domestic and international research has been systematically summarized to introduce the generation, transport, oxidation, and release of CH4 via ebullition in inland waters as well as the methods and techniques for measuring CH4 ebullition. Subsequently, temporal and spatial variations in CH4 ebullition from global inland water were compared at different temporal and spatial scales. In addition, the mechanisms of the relevant influencing factors in the processes of CH4 generation and ebullition are further summarized, and current development and applications of CH4 ebullition models are discussed. Finally, potential research directions and challenges related to CH4 ebullition from inland water are proposed, aiming to provide a basis for subsequent research on CH4 ebullition, investigation of process and control mechanisms, and model development and estimation in this field.

Key words: CH4 ebullition, Inland waters, Greenhouse gases, Carbon cycle

中图分类号: 

图1 内陆水体CH4 冒泡产生与排放示意图
Fig. 1 Diagram of generation and emission of CH4 ebullition in inland water
表1 不同水体 CH4 冒泡排放季节变化情况
Table 1 Seasonal variation of CH 4 ebullition fluxes from different aquatic environments
水体类型 总平均排放通量/ ［mg/（m2·d）］ 冒泡贡献率/% 冒泡平均通量/［mg/（m2·d）］ 参考文献
春季 夏季 秋季 冬季
河流 — — — 1 160.0 — 280.0 ［ 53 ］
水库 — — — 780.0 — 315.6 ［ 54 ］
池塘 42.5 95 6.8 131.5 19.8 3.6 ［ 51 ］
藻型湖区 — — 2.5 144.5 — — ［ 48 ］
农业流域河流 605.3 81 494.7 1 381.3 63.7 18.7 ［ 34 ］
养殖塘 96.9 99 87.2 233.9 56.7 2.5 ［ 37 ］
城市水体 227.2 80 209.6 323.2 28.8 — ［ 18 ］
城市河流 — 98 614.4 1 843.2 537.6 307.2 ［ 38 ］
表2 不同类型水体 CH4 冒泡排放通量
Table 2 CH 4 ebullition fluxes from various types of aquatic environments
水体类型 地理位置 总排放平均通量/［mg/（m2·d）］ 冒泡平均通量/ ［mg/（m2·d）］ 冒泡贡献率/% 备注 参考文献
水库 亚马孙河流域 108.3 12.1 10 热带水电站水库 ［ 60 ］
巴西 328.2 273.1 83 热带草原水电站水库 ［ 61 ］
19.2 4.8 25 大西洋热带雨林水电站水库
30.0 1.9 6 热带稀树草原水电站水库
183.6 19.3 1 热带雨林水电站水库
瑞士 97.6 85.8 88 温带中营养—富营养水库 ［ 29 ］
德国 315.2 153.6 49 温带船运水库 ［ 62 ］
巴西东南部 592.5 547.8 92 热带重富营养水库 ［ 54 ］
美国 152.9 99.4 65 温带水库 ［ 63 ］
巴西 106.3 65.2 61 热带贫营养水库 ［ 64 ］
286.7 285.3 99 热带富营养水库
湖泊 英国北部 203.8 198.4 9 温带重富营养小型湖泊 ［ 13 ］
芬兰北部 38.4 24.7 64 高纬度农业富营养湖泊 ［ 14 ］
美国威斯康星州 12.8 4.3 33 温带贫营养湖泊 ［ 8 ］
25.6 16.3 64 温带贫营养湖泊 ［ 27 ］
7.8 4.3 55 温带富营养湖泊 ［ 27 ］
瑞典北部 44.7 32.2 72 亚北极浅水湖泊 ［ 15 ］
德国柏林 139.0 100.0 72 温带城市湖泊 ［ 16 ］
中国北京 19.2 8.0 42 温带城市湖泊 ［ 18 ］
河流与溪流 美国威斯康星州 155.4 20.0 13 温带富氧溪流 ［ 19 ］
亚马孙河流域 8.6 1.0 11 热带黑水河 ［ 65 ］
95.4 48.2 51 热带清水河
21.6 4.6 22 热带白水河
德国柏林 129.0 109.0 84 温带城市河流 ［ 16 ］
105.0 66.0 63 温带城市溪流
中国江苏 302.9 250.9 83 2014—2015年亚热带农业流域 ［ 34 ］
605.3 489.6 81 2015—2016年亚热带农业流域
青藏高原 — 190.4 79 高海拔河流与溪流 ［ 17 ］
中国北京 267.2 216.0 81 温带城市河流 ［ 18 ］
池塘 瑞典北部 200.3 83.8 42 亚北极海狸池塘 ［ 15 ］
144.6 58.5 40 亚北极泥炭地池塘
中国湖北 42.5 40.4 95 亚热带城市池塘 ［ 51 ］
德国柏林 420.0 300.0 71 温带城市池塘 ［ 16 ］
中国湖北 98.7 96.4 89 亚热带城市池塘 ［ 57 ］
中国福建 333.6 319.0 96 亚热带养殖塘近岸区 ［ 11 ］
667.9 643.4 96 亚热带养殖塘进料区
147.8 121.7 82 亚热带养殖塘曝气区
中国江苏 28.7 22.9 80 亚热带鱼塘 ［ 12 ］
26.7 22.0 82 亚热带蟹塘
其他 瑞典北部 120.7 87.5 72 亚北极热喀斯特水体 ［ 15 ］
泰国佛统府 607.4 581.8 96 热带漫水水稻田 ［ 66 ］
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