近期，5123导航、海洋与地球学院高树基教授团队在解析河口温室气体收支格局上提出了新的定量化见解，相关成果以“The external/internal sources and sinks of greenhouse gases (CO2, CH4, N2O) in the Pearl River Estuary and adjacent coastal waters in summer”为题发表于环境领域国际顶级期刊Water Research.
该研究结合野外观测与模型模拟，定量评估了珠江口向大气排放的三种主要温室气体（CO2、CH4和N2O）对全球增温潜势（GWP）的相对贡献，揭示了河口外部来源（包括河流与沉积物输入）与水体内部生物地球化学过程共同塑造下的珠江口温室气体的时空分布与收支，对解析河口温室气体源汇格局及其定量化模拟具有指导意义。
研究背景
CO2、CH4和N2O作为三种最主要的温室气体贡献了超80%的总辐射强迫，且在大气中的含量均逐年升高。河口是陆地与海洋的过渡地带，是人类活动最强烈的生态系统之一，碳、氮生物地球化学循环活跃，是温室气体排放的热点区域。然而，关于河口外部来源及其内部生物地球化学生产/消耗过程互作，以实现河口温室气体分布与收支格局的定量分析仍没有得到充分的探索。
研究结果
研究聚焦珠江口三种温室气体的内、外源/汇通量，包括外部源（河流输入和沉积物释放）和汇（大气排放与外海输出），结合箱式模型定量水体内部产生/消耗通量，解构珠江口温室气体收支。结果显示，珠江口是大气温室气体的天然源（图1），其中CO2是GWP的主要贡献者，约占90%，CH4和N2O分别占2.8%和7.2%。通过发展适用于表征河口表层温室气体行为的端元混合模型，确定了除物理过程（包括混合与大气排放）外，其他源汇过程对于表层水体温室气体分布的净效应。模型结果表明，除CO2在河口上游表现为显著的净消耗外，河口其他区域主要表现为温室气体的净添加（图2）。
图1. 九珠江口夏季表、底层水中溶解CO2（a、d），CH4（b和e）和N2O（c和f）的空间分布
图2. 不同站位表层水中CO2、CH4和N2O的观测值（三角）、理论值（灰点）和Δ值（实测值减去理论值，柱图）的空间分布；Δ值的正和负分别代表除物理过程外温室气体的净增加和净去除
此外，通过测量沉积物间隙水的温室气体浓度剖面与沉积物柱培养实验，对珠江口沉积物向上覆水体释放的CO2、CH4和N2O通量进行了定量，数值分别为3.5 × 107、10.8 × 104和0.7 × 104 mol d -1（图3）。基于箱式模型定量评估了河口上、中、下游外源输入和水体内部的温室气体产生/消耗的速率，结果表明河流输入是三种温室气体最主要的外部输入途径，沉积物释放的贡献次之；河口水体中的光合自养过程消耗了约63%的CO2，过剩的CO2则被排放到大气与外海；为支撑海气界面CH4的输出，在河流输入和沉积物释放的作用下，珠江口上、下游水体需消耗甲烷，而中游水体则需产生CH4；而对于N2O，河口水体中N2O的消耗过程对减缓珠江口水气界面N2O排放具有重要作用（图3）。该研究成果为理解河口温室气体的动态和源汇提供了定量化依据，为区域性温室气体排放管理提供了数据和理论支撑。
图3. 珠江口上、中、下游CO2（a）、CH4（b）和N2O（c）收支概念图。箭头中的数字表示河流输入、海向输出、沉积物-水界面（SWI）和水-大气界面（AWI）的通量；虚线箭头中的数字表示内部添加或移除速率
研究团队及资助
该论文的第一作者为5123导航博士生陈斌，通讯作者为高树基教授和海南大学谭萼辉副研究员，共同作者还包括海南大学韩丽丽博士。该研究获得国家自然科学基金（41721005，92251306，42276043）和5123导航“南强优秀博士生培育计划”的联合资助。
论文来源及链接
Chen, B., Tan, E., Zou, W., Han, L.-L., Tian, L. and Kao, S.-J. (2024) The external/internal sources and sinks of greenhouse gases (CO2, CH4, N2O) in the Pearl River Estuary and adjacent coastal waters in summer. Water Research, 249, 120913.
论文链接
https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120913
