揭秘中国长江流域溶解温室气体（CO2、CH4和N2O）的空间分布和调控因素

长江，全长6300余千米，中国第一大河，干流自西而东横贯中国中部，数百条支流辐辏南北，于崇明岛以东注入东海，流域面积180万平方千米，约占全国总面积的1/5，年入海水量9513亿立方米，占全国河流总入海水量的1/3以上。

长江承载着丰富的生态系统和人类活动，对于全球气候变化的干预具有重要意义。在全球温室气体变化成为全球关注焦点的当下，长江作为世界上最大的亚热带河流，碳氮存储量备受科研研究所关注。

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河流，尤其是（亚）热带地区的大型河流，在全球温室气体预算中起着重要作用。在大尺度温室气体预算中忽略水生成分可能会高估陆地生态系统中碳和氮的储存量，但由于河流数据集的空间分布偏差，对潜在生态过程的理解不足，河流温室气体排放的估计存在很大的不确定性。长江是世界上最大的亚热带河流，近几十年来面临着密集的人类活动。三峡大坝（TGD）不同时空尺度的温室气体排放和河口河流碳输出受到广泛关注。然而，目前还缺乏关于长江流域温室气体浓度大尺度纵向模式和驱动因素的研究。

长江从青藏高原流入大海，其水文形态和生物地球化学配置梯度较大，为理清大尺度格局的调控机制提供了理想系统。为生成溶解温室气体浓度的空间数据集，了解和预测温室气体的空间趋势，以及深入了解不同温室气体来源在大型河流尺度上的作用。研究人员于2020年10月17日至11月4日期间在长江干流和支流进行了采样活动，收集了温室气体浓度（CO₂、CH₄和N₂O，Picarro G2508气体浓度分析仪）和水化学参数（原位水温、电导率、pH值、溶解氧、NO₃–、NH₄+、溶解总磷 (DTP) 浓度）的测量结果，并将结果与上、中、下游的水文形态特征相结合。

【结果】

（a-c）长江干流和支流中CO₂、CH₄和N₂O摩尔浓度箱线图，分别按上、中和下游分类。（d-f）分别为长江干流中观测到的CO₂、CH₄和N₂O浓度图。

采样点组显示了预测长江干流温室气体浓度的参数之间的关系。（I）影响温室气体浓度的预测因子的回归树。（Ⅱ）各终端节点内采样点的空间表征，表明长江沿岸温室气体浓度相似的采样点具有相同的预测因子。CO₂、CH₄和N₂O的交叉验证均方根误差分别为13.5、0.13、0.20，R2分别为0.49、0.31和0.68。

【结论】

研究首次系统地估计了长江沿岸温室气体（GHG）的纵向变化以及土地覆盖和水生物地球化学对三种温室气体的影响。结果发现长江中游地区CO₂和N₂O浓度较高，存在显著的空间集聚现象。非线性回归结果表明，湿地覆盖度高、溶解氧低时，河流温室气体排放量高。湿地和氧气，而不是三峡大坝和支流，分别是CO₂和CH₄浓度空间变化的主要相关因素。令人惊讶的是，CO₂可以很好地预测N₂O，这意味着它们有共同的驱动因素或来源。作者建议在估算长江流域温室气体排放时考虑湿地对温室气体预算的贡献及其对环境变化的敏感性。根据研究，未来对大型河流温室气体排放的控制可能很大程度上取决于如何通过减少养分负荷来调节外部输入和内部代谢。

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