黄河兰州段CH4 与CO2 排放及溶解碳输出的时空特征与人为影响机制

　　针对黄河上游温室气体排放机制不清的问题，兰州大学团队通过多站点采样，首次量化了兰州段CH4 （扩散与气泡排放占比53.1%）和CO2 通量（年均1.49 Tg CO2 和0.17 Tg CH4 ），揭示排水沟渠的CH4 通量达主流5倍，污水处理厂显著改变碳同位素特征（δ13 C-CH4 富集至-22.5‰），为干旱区河流碳评估提供关键数据。

　　

黄河作为中国第二大河流，其温室气体排放机制长期缺乏系统研究，尤其在城市化影响显著的兰州段。随着全球气候变化加剧，河流系统作为重要的碳源备受关注，但干旱区河流的温室气体排放特征及其驱动因素仍存在显著知识空白。兰州作为黄河上游唯一大城市，工业排水和城市沟渠可能显著改变区域碳循环格局，亟需量化评估。

兰州大学的研究团队在《Geoscience Frontiers》发表论文，通过2023-2024年对黄河兰州段6个主流站点、3条排水沟渠和1个污水处理厂出口的周期性采样，结合气相色谱（GC-7890B）和腔衰荡光谱（Picarro G2201-i）技术，测定CH₄
/CO₂
浓度、通量及δ¹³
C同位素特征，并利用LOADEST模型估算溶解碳输出通量。研究首次系统揭示了该区域温室气体排放的时空分异规律及人为干扰机制。

关键方法

1. 通量监测：采用漂浮箱法（FC）同步测定CH₄
   扩散与气泡通量（0.07 m²
   采样面积），结合顶空平衡法获取溶解气体浓度；
2. 同位素分析：通过δ¹³
   C-CH₄
   /CO₂
   值解析产甲烷途径（乙酸发酵主导，α_c
   =1.047-1.048）；
3. 水文建模：基于Lanzhou水文站日径流数据，应用LOADEST估算DOC/DIC输出量（年输出1.48 Gg C和16.22 Gg C）。

研究结果

1. 浓度与通量特征：主流站点CH₄
   扩散通量0.01-2.58 mmol·m^?2
   ·d^?1
   ，气泡通量贡献超50%，夏季峰值达18.89 mmol·m^?2
   ·d^?1
   ；沟渠CH₄
   通量（均值5.2 mmol·m^?2
   ·d^?1
   ）显著高于主流，而污水处理厂CO₂
   浓度达154.9 μmol·L^?1
   （主流4倍）；
2. 碳输出规律：62% DOC和61% DIC在夏秋高流量期输出，印证水文过程对碳迁移的调控；
3. 同位素证据：δ¹³
   C-CH₄
   在污水处理厂富集至-22.5‰（主流-58.8‰），反映CH₄
   氧化对CO₂
   生成的贡献。

结论与意义
该研究证实黄河兰州段是区域性温室气体排放热点，尤其揭示了城市沟渠（如HK-D站点CH₄
浓度达6690.4 nmol·L^?1
）和污水处理基础设施对碳循环的显著干扰。通过量化气泡排放的关键贡献（占CH₄
总量53.1%±22.4%），弥补了传统扩散通量测量的低估风险。研究强调干旱区河流碳评估需整合人为排放源（如兰州12座污水处理厂），为全球内陆水体碳模型提供关键参数。未来需加强极端降雨事件下的碳输移监测，并探索水库调控对碳循环的潜在影响。