揭秘中國長江流域溶解溫室氣體（CO2、CH4和N2O）的空間分布和調控因素

長江，全長6300余千米，中國第一大河，干流自西而東橫貫中國中部，數(shù)百條支流輻輳南北，于崇明島以東注入東海，流域面積180萬平方千米，約占全國總面積的1/5，年入海水量9513億立方米，占全國河流總入海水量的1/3以上。

長江承載著豐富的生態(tài)系統(tǒng)和人類活動，對于全球氣候變化的干預具有重要意義。在全球溫室氣體變化成為全球關注焦點的當下，長江作為世界上最大的亞熱帶河流，碳氮存儲量備受科研研究所關注。

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河流，尤其是（亞）熱帶地區(qū)的大型河流，在全球溫室氣體預算中起著重要作用。在大尺度溫室氣體預算中忽略水生成分可能會高估陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳和氮的儲存量，但由于河流數(shù)據(jù)集的空間分布偏差，對潛在生態(tài)過程的理解不足，河流溫室氣體排放的估計存在很大的不確定性。長江是世界上最大的亞熱帶河流，近幾十年來面臨著密集的人類活動。三峽大壩（TGD）不同時空尺度的溫室氣體排放和河口河流碳輸出受到廣泛關注。然而，目前還缺乏關于長江流域溫室氣體濃度大尺度縱向模式和驅動因素的研究。

長江從青藏高原流入大海，其水文形態(tài)和生物地球化學配置梯度較大，為理清大尺度格局的調控機制提供了理想系統(tǒng)。為生成溶解溫室氣體濃度的空間數(shù)據(jù)集，了解和預測溫室氣體的空間趨勢，以及深入了解不同溫室氣體來源在大型河流尺度上的作用。研究人員于2020年10月17日至11月4日期間在長江干流和支流進行了采樣活動，收集了溫室氣體濃度（CO₂、CH₄和N₂O，Picarro G2508氣體濃度分析儀）和水化學參數(shù)（原位水溫、電導率、pH值、溶解氧、NO₃–、NH₄+、溶解總磷 (DTP) 濃度）的測量結果，并將結果與上、中、下游的水文形態(tài)特征相結合。

【結果】

（a-c）長江干流和支流中CO₂、CH₄和N₂O摩爾濃度箱線圖，分別按上、中和下游分類。（d-f）分別為長江干流中觀測到的CO₂、CH₄和N₂O濃度圖。

采樣點組顯示了預測長江干流溫室氣體濃度的參數(shù)之間的關系。（I）影響溫室氣體濃度的預測因子的回歸樹。（Ⅱ）各終端節(jié)點內采樣點的空間表征，表明長江沿岸溫室氣體濃度相似的采樣點具有相同的預測因子。CO₂、CH₄和N₂O的交叉驗證均方根誤差分別為13.5、0.13、0.20，R2分別為0.49、0.31和0.68。

【結論】

研究首次系統(tǒng)地估計了長江沿岸溫室氣體（GHG）的縱向變化以及土地覆蓋和水生物地球化學對三種溫室氣體的影響。結果發(fā)現(xiàn)長江中游地區(qū)CO₂和N₂O濃度較高，存在顯著的空間集聚現(xiàn)象。非線性回歸結果表明，濕地覆蓋度高、溶解氧低時，河流溫室氣體排放量高。濕地和氧氣，而不是三峽大壩和支流，分別是CO₂和CH₄濃度空間變化的主要相關因素。令人驚訝的是，CO₂可以很好地預測N₂O，這意味著它們有共同的驅動因素或來源。作者建議在估算長江流域溫室氣體排放時考慮濕地對溫室氣體預算的貢獻及其對環(huán)境變化的敏感性。根據(jù)研究，未來對大型河流溫室氣體排放的控制可能很大程度上取決于如何通過減少養(yǎng)分負荷來調節(jié)外部輸入和內部代謝。

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