富营养化湖泊中甲烷蒸发过程的空间梯度具有时间一致性

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：A Temporally Consistent Spatial Gradient in Methane Ebullition From a Eutrophic Lake

甲烷排放从湖主入口到出口递减，与沉积物有机碳密度正相关，静水压力变化调控排放时间，空间异质性由局部沉积特性驱动，提升湖泊甲烷估算精度。

　　

摘要

湖泊沉积物中气泡的释放（沸腾）是向大气中排放温室气体甲烷（CH₄）的主要来源，但由于气泡释放的随机性以及由此导致的空间和时间上的高变异性，估计湖泊中的甲烷释放量变得非常困难。一些研究已经确定了影响甲烷释放量变化的主要因素，而较少有研究关注甲烷释放的空间分布模式。在这里，我们在瑞典的一个富营养化湖泊中进行了为期2年的甲烷释放量测量，测量范围从湖泊的主要进水口到出水口。我们假设湖泊不同区域的沉积物特性与甲烷释放量有关。研究发现，甲烷释放量随着距离主要进水口的增加而减少。在沉积物有机碳密度较高的区域，甲烷释放量显著增加。这些区域虽然会经历短暂的沉积物堆积，但由于靠近进水口且在高流量事件中容易受到侵蚀，因此不会形成长期的沉积物堆积。主要的甲烷释放事件在各个监测点同时发生，并与水位变化相关，这表明静水压力的变化调节了甲烷释放的时间。尽管不同年份之间主要甲烷释放事件的时间差异很大，但甲烷释放量的空间变化模式在年份内和年份间都非常相似，进一步表明特定地点的沉积物特性是影响甲烷释放的关键因素。本文揭示的沉积物特性与甲烷释放空间变化之间的联系有助于减少对湖泊甲烷排放量估计的不确定性。

通俗语言总结

甲烷是一种温室气体，主要通过从沉积物中上升的气泡（沸腾）释放到大气中。由于其不可预测性，评估湖泊中的甲烷释放量具有挑战性，且在不同时间和不同湖泊区域之间存在显著差异。虽然一些研究关注了影响甲烷释放量的时间因素，但很少有研究探讨空间差异。我们在瑞典的一个湖泊中从主要进水口到出水口进行了为期2年的甲烷释放量测量。结果显示，靠近进水口的区域甲烷排放量较高，而远离进水口的区域甲烷排放量较低。这种纵向分布模式在两年间保持一致，尽管每年甲烷释放量的绝对值存在显著变化。表面沉积物中有机碳密度较高的区域甲烷释放量也较高。主要的甲烷释放事件通常在多个监测点同时发生，这与静水压力的变化有关。尽管不同年份之间甲烷释放事件的时间有所不同，但其空间分布模式仍然一致。这表明局部沉积物特性对于理解甲烷释放过程至关重要，我们的发现有助于提高湖泊甲烷释放量估计的准确性。

要点

• 从湖泊主要进水口到出水口，甲烷释放量呈纵向递减趋势

• 甲烷释放量较高的区域与沉积物中较高的有机碳密度相关，但与沉积物堆积无关

• 尽管每年甲烷释放量的绝对值和时间存在差异，但其空间分布模式保持一致

利益冲突

作者声明与本研究无关的利益冲突。

数据可用性声明

数据可在Zenodo上公开获取：https://doi.org/10.5281/zenodo.18436690（Moras等人，2025年）。流量数据来自瑞典气象和水文研究所（SMHI，http://vattenweb.smhi.se/modelarea/）。地图使用QGIS 3.22版本制作（QGIS开发团队，2009年，http://qgis.org）。

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