全 文 ：

广东省入库河口 N2O 分布和通量的时空变化
张晓萌 1，杨扬 1,3*，蔡楠 2，刘旺 2，乔永民 1,3
1.暨南大学水生生物研究所，广州 510632 ；
2.环境保护部华南环境科学研究所，广州 510655；
3.热带亚热带水生态工程教育部工程研究中心， 广州 510632
【摘要】本研究于 2011 年 7 月(丰水期)和 12 月(枯水期)分别对广东省 13 个水库的入库河口进行调查，使用吹扫捕集-气相色谱
法测定了水中 N2O 的浓度并用 Liss & Merlivat 公式估算出入库河口向大气释放 N2O 的水-气交换通量。结果表明，河口丰水期
N2O 溶存浓度范围为 15.37~175.22 nmol/L，平均值为(73.77±43.58) nmol/L；N2O 水-气交换通量范围为 0.26～5.40 μmol/(m2·d)，
平均值是(2.53±1.94) μmol/(m2·d)。河口枯水期 N2O 溶存浓度范围为 44.26～366.11 nmol/L，平均值是(126.61±102.74) nmol/L；
N2O 水-气交换通量范围是 0.86~21.88 μmol/(m2·d)，平均值是(7.50±6.65) μmol/(m2·d)。河口丰水期 N2O 溶存浓度和水-气交换通
量明显低于枯水期。与其他研究相比，本研究区 N2O 溶存浓度和水-气交换通量偏低。
关键词：河口；N2O；分布；通量；时空变化
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2012.03.014 中图分类号：X142 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2012)03-306-06
Spatiotemporal variations of nitrous oxide distribution and flux in estuaries of
Guangdong Province
ZHANG Xiao-meng1, YANG Yang1, 3*, CAI Nan2, LIU Wang2, Qiao Yong-min1,3
1. Research Center of Hydrobiology, Jinan University，Guangzhou 510632, China；
2. South China Institute of Environmental sciences of the Ministry of Environmental Protection, Guangzhou 510655, China；
3. Ministry of Education Engineering Research Center of Tropical and Subtropical Aquatic Ecological Engineering，Guangzhou 510632,
China
Abstract: The concentrations and water-atmosphere fluxes of dissolved N2O were investigated in estuaries of 13 rivers of Guangdong
Province during July (flooded season) and December (dry season), 2011. N2O concentrations in the surface water were measured by
purge and trap-gas chromatography, N2O water-atmosphere fluxes were estimated by Liss & Merlivat formula. The results demonstrated
that dissolved N2O concentrations in the flooded season were 15.37-175.22 nmol/L, with an average of (73.77±43.58) nmol/L, N2O
water-atmosphere fluxes in flooded season were 0.26-5.40 μmol/(m2·d), with an average of (2.53±1.94) μmol/(m2·d). While in dry
season, N2O concentrations ranged from 44.26 nmol/L to 366.11 nmol/L, with an average of (126.61±102.74) nmol/L, N2O
water-atmosphere fluxes ranged from 0.86 μmol/(m2·d) to 21.88 μmol/(m2·d), with an average of (7.50±6.65) μmol/(m2·d). N2O
concentrations and water-atmosphere fluxes of flooded season were lower than those of dry season. Compared with other studies, the
estuaries in this study had lower N2O concentrations and water-atmosphere fluxes.
Key words: estuaries; nitrous oxide; distribution; flux; spatiotemporal variation
收稿日期：2012-03-28 收稿，2012-04-12 接受
基金项目：国家重大科技专项（2009ZX07211-009，2008ZX07211-003）
作者简介：张晓萌，女(1987—)，硕士研究生，从事环境修复与生态工程研究
*通讯作者：杨扬，E-mail: yangyang@scies.org
张晓萌, 杨扬, 蔡楠, 刘旺, 乔永民. 广东省入库河口 N2O 分布和通量的时空变化[J]. 生态科学, 2012, 31(3): 306-311.
ZHANG Xiao-meng, YANG Yang, CAI Nan, LIU Wang, Qiao Yong-min. Spatiotemporal variations of nitrous oxide distribution and
flux in estuaries of Guangdong Province[J]. Ecological Science, 2012, 31(3): 306-311.
第 31 卷 第 3 期 生 态 科 学 31(3): 306-311
2012 年 5 月 Ecological Science May 2012

1 引言（Introduction）
氧化亚氮(N2O)作为大气中一种能增加温室效
应并且损害平流层臭氧的痕量气体。自工业革命以
来，大气中 N2O 的浓度不断的增加，到 2005 年已
达 319 ppbv，并以每年 0.25%～0.31%的速率稳定增
加[1]。大气中 N2O 的增加部分原因可归结于人类活
动对大气 N 循环的干扰，如 N 负荷的增加一定程度
上促进了陆域和水域 N2O 的释放[2]。河口生态系统
易受农田 N 肥、生活污水和工业废水影响，产生的
后果之一就是导致了 N2O 的生产与释放。Seitzinger
等人[3]对全球 N2O 释放的研究表明河流、河口每年
释放的 N2O 量可达 1.8 Tg，约占全球 N2O 总释放量
的 25%。Nedwell 和 Trimmer[4]的研究表明河口是潜
在的 N2O 补给源，因此有关河流河口 N2O 释放的
研究逐渐引起了人们的广泛关注[5-11]。入库河流河
口作为营养盐集中区，了解其 N2O 的溶存分布及释
放通量，对确定入库河口在 N2O 释放源上的贡献、
对水库N循环的影响以及评估气候变化方面都有极
其重要意义[12]。因此本研究于 2011 年 7 月(丰水期)
和 12 月(枯水期)对广东省 13 个水库的入库河口开
展了调查，以确定入库河口溶存 N2O 的含量及分布
特征以及河口对大气 N2O 释放的贡献。
2 材料与方法（Materials and methods）
2.1 研究区域概况采样位点设置
广东省地处热带亚热带季风气候区，全年降雨
充沛，70～85%的水量集中在 4～9 月丰水期，15～
30%的水量分布在 10 月至次年 3 月的枯水期。境内
水系发达，河库众多。本研究选择广东省 13 个主要
水库的入库河口作为研究对象(图 1)，包括北水河口
(1)(大水桥水库)、九洲江河口；(2)(鹤地水库)、九
坑河河口；(3)(九坑河水库)、龙溪河河口；(4)(南水
水库)、翁江河口；(5)(长湖水库)、西枝江河口；(6)(白
盆珠水库)、新丰河河口；(7)(新丰江水库)、寻乌水
河口；(8)(枫树坝水库)、潭江河口；(9)(锦江水库)、
西乡河河口；(10)(铁岗水库)、大陂海河口；(11)(松
木山水库)、银坑河河口；(12)(公平水库)、黄冈河；
(13)(汤溪水库)。
2.2 采样与分析

图 1 广东省入库河口采样点分布图
Fig. 1 Map of the sampling stations of estuaries in
Guangdong Province

用 5 L 有机玻璃采水器采集表层水样，采样时
将乳胶管插入玻璃瓶底部，待水样溢出瓶体积的一
倍时，将乳胶管缓缓抽出，以避免气泡产生。加入
1 mL 饱和 HgCl2 溶液以抑制微生物的活动，用带聚
四氟乙烯内衬的橡胶塞和铝盖将样品瓶密封。水样
低温避光保存[13]，并在 2 个月内完成分析测定[14]。
在采样现场用多参数水质分析仪 YSI (美国)测定水
体水温和盐度。同时采集水样并于实验室内测定总
氮(TN)、氨氮(NH4+)、硝氮(NO3-)等水质指标[15]。
水中溶存 N2O 浓度采用常温吹扫捕集-气相色
谱法测定[16]。水样先经过 OI4560 吹扫捕集仪吹扫
捕集 N2O 气体，后用配有 30 m× 0.53 mm
PlotQ(80/100)柱的 GC-ECD(SHIMADZΜ 17A)进行
测定。吹扫捕集仪的吹扫、脱附和烘烤时间为 12
min、4 min 和 5 min；捕集温度、脱附温度和烘烤
温 度 为 254 ℃ 、 250 ℃ 和 300 ℃ 。 载 气 为
Ar/CH4(90/10,v/v)。GC 柱温和检测器温度分别为
60℃和 280℃；GC 分流比为 1:5。Ar/CH4(体比为
90/10)作为载气，流速为 5 mL/min。
2.3 数据处理与分析
利用 SPSS 13.0、Origin8.5 和 Microsoft office
等工具进行数据处理与统计分析。
3 结果与讨论（Results and discussion）
3.1 广东省主要入库河口 N 负荷特征
河口 TN、NH4+和 NO3-的丰、枯水期变化如图
2 所示。河口丰、枯水期 TN 浓度范围为 0.32～10.13
mg/L、0.56～8.81 mg/L。河口丰、枯水期 NH4+浓度
3期 张晓萌，等. 广东省入库河口N2O分布和通量的时空变化 307

范围为 0.05～5.21 mg/L、0.03～6.28 mg/L。河口丰、
枯水期NO3-浓度范围为0.08～2.66 mg/L、0.10～3.03
mg/L。各河口之间 N 负荷相差范围较大。

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2
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6
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N
含
量
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nt
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g/
L
)
TN NH₄+ NO₃⎯a


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N
含
量
N
c
on
te
nt
(m
g/
L
)
TN NH₄+ NO₃⎯b

图 2 河口丰水期(a)、枯水期(b)N 含量
Fig. 2 N content in flooded season(a) and dry season(b) of
estuaries
3.2 广东省主要入库河口 N2O 溶存浓度及饱和度的
时空分布
3.2.1 广东省主要入库河口 N2O 溶存浓度的时空分
布
河口 N2O 溶存浓度分布见图 3a。在丰水期，河
口 N2O 浓度范围为 15.37~175.22 nmol/L，平均值为
(73.77±43.58) nmol/L。其中最高点寻乌水河口 N2O
平均浓度是最低点潭江河口的 11 倍。各河口 N2O
平均浓度的空间分布表现为：寻乌水河口>西乡河
河口>翁江河口>九州江河口>大陂海河口>九坑河
河口>新丰河河口>黄冈河河口>银坑河河口>龙溪
河河口>西枝江河口>北水河口>潭江河口，各个河
口间 N2O 溶存浓度空间分布相差较大。在枯水期，
河口 N2O 浓度范围为 44.26～366.11 nmol/L，平均
值为(126.61±102.74) nmol/L，其中最高值大坡海河
口是最低值北水河口的 8.3 倍。河口 N2O 饱和度的
空间分布与 N2O 浓度分布相似，为大陂海河口>九
州江河口>翁江河口>寻乌水河口>九坑河河口>北
水河口>新丰河河口>西乡河河口>黄冈河河口>银
坑河河口>潭江河口>西枝江河口>龙溪河河口。出
现这种现象的原因可能是因为 N2O 的产生和分布
与水体的 N 负荷密切相关[5]，大陂海河口等 N 负荷
较高的河口中 N2O 溶存浓度和饱和度高于北水河
口等 N 负荷低的河口。对比国内外其它水体，本研
究的大多数河口 N2O 溶存浓度高于长江河口 N2O
溶存浓度(31.44±4.56) nmol/L[7]和长江水体中 N2O
溶存浓度 22.0 nmol/L[10]，也高于 Hudson River
(44.2±5.0) nmol/L[2]和 Neuse River (53.9±4.5) nmol/L
[5]，低于崇明河网观察到的 N2O 溶存浓度值 279
nmol/L[11]，与法国 Seine River 的 (44.64~233.21
nmol/L) [6]较为接近。这表明广东省入库河口 N2O
溶存浓度的含量属于中等水平。
从季节分布来看，图 3a 的结果还表明九州江、
九坑河、翁江和寻乌水等河口枯水期 N2O 溶存浓度
低于丰水期，而北水、龙溪河、西枝江、潭江、大
陂海、银坑河和黄冈河等河口枯水期 N2O 溶存浓度
高于丰水期，有显著季节性差异(P<0.05)。河口枯
水期 N2O 溶存浓度高于丰水期可能是因为冬季枯
水期水体混合，导致水底沉积物界面生成的 N2O 散
逸到表层水中，增加了表层水中 N2O 溶存浓度 [19]。
河口枯水期 N2O 溶存浓度低于丰水期，除了河口较
深水底沉积物界面生成的 N2O 不易散逸到表层水
外，还可能与水体枯水期N的输入低于丰水期有关。
九州江、九坑河、翁江和寻乌水等河口枯水期 N2O
溶存浓度低于丰水期的结果与 Hudson River 冬季
N2O 溶存浓度低于夏季的结果相同。北水、龙溪河、
西枝江、潭江、大陂海、银坑河和黄冈河等河口枯
水期 N2O 溶存浓度高于丰水期，这与长江中下游水
体冬季 N2O 溶存浓度高于夏季的变化趋势一致。
3.2.2 广东省主要入库河口 N2O 饱和度的时空分布
根据 2005 年全球大气中 N2O 的浓度 319 ppbv
和年增长率 0.25%，推算出 2011 年全球大气中 N2O
的体积浓度为 325 ppbv，并结合现场测定的水体温
度、盐度数据，计算出各河口 N2O 饱和度[17]。河口
N2O 饱和度分布见图 3b。丰水期河口 N2O 饱和度
范围为 233%～2720%，平均值为(1109±790)%，
N2O 饱和度最高值出现在寻乌水河口，最低值出现
在北水河口，前者是后者的 11.7 倍，变化范围较大。
308 生 态 科 学 Ecological Science 31 卷


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50
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N
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浓
度
N
2O
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ce
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ra
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nm
ol
/L
）
a 丰水期 枯水期
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N
2O
饱
和
度
N
2O
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n
（
%
）
b
丰水期 枯水期
图 3 河口 N2O 溶存浓度(a)和饱和度(b)分布
Fig. 3 Spatiotemporal variations of N2O concentrations(a) & satura tion(b) in estuaries

河口 N2O 平均饱和度的空间分布顺序与 N2O
浓度分布相似，寻乌水河口>西乡河河口>翁江河
口>九州江河口>大陂海河口>九坑河河口>新丰河
河口>黄冈河河口>银坑河河口>龙溪河河口>西枝
江河口>潭江河口>北水河口。枯水期河口 N2O 饱和
度范围为 450%～3 283%，平均值为(1 247±967)%，
最高值出现在大陂海河口，最低值出现在龙溪河河
口，前者是后者的 7.3 倍，变化范围较大。河口 N2O
饱和度的空间分布与 N2O 浓度分布相似，为大陂海
河口>九州江河口>翁江河口>寻乌水河口>九坑河
河口>北水河口>新丰河河口>西乡河河口>黄冈河
河口>银坑河河口>潭江河口>西枝江河口>龙溪河
河口。河口 N2O 饱和度较长江三角洲明岛河网地区
低(2 960%)[11]，与太湖及其周围河流中 N2O 的饱和
度范围(70%~2 708%)[19]较接近，表明广东省主要入
库河口 N2O 饱和度位于中等水平。
从季节分布来看，图 3b 的结果表明九州江、
九坑河、翁江、寻乌水和西乡河等河口枯水期 N2O
饱和度低于丰水期，北水、龙溪河、西枝江、潭江、
大陂海、银坑和黄冈河等河口枯水期 N2O 饱和度高于
丰水期。这可能是因为河口丰、枯水期 N2O 饱和度与
N2O 浓度呈极显著正相关(R＝0.995, P <0.01)，因而导
致河口饱和度的季节变化与 N2O 浓度变化相似。
3.3 广东省主要入库河口 N2O 水-气交换通量的时
空分布
利用 Liss & Merlivat 公式 [18]估算河口 N2O 水-
气交换通量(见表 1)。表 1 结果表明在丰水期，河口
N2O 水-气交换通量范围为 0.26～5.4 μmol/(m2·d)，
平均值为(2.53±1.94) μmol/(m2·d)，最高值翁江河口
与最低值西枝江河口之间相差 20 倍。各河口 N2O
平均水-气交换通量的空间分布表现为：翁江河口>
寻乌水河口>九州江河口>西乡河河口>大陂海河
口>新丰河河口>九坑河河口>黄冈河河口>银坑河
河口>龙溪河河口>潭江河口>北水河口>西枝江河
口。在枯水期，河口 N2O 水-气交换通量范围为
0.86 ～ 21.88 μmol/(m2·d) ， 平 均 值 为 (7.5±6.65)
μmol/(m2·d)，最高值九州江河口与最低值龙溪河河
口之间相差 25 倍。各河口 N2O 平均水-气交换通量
的分布表现为：九州江河口>大陂海河口>翁江河
口>寻乌水河口>新丰河河口>北水河口>黄冈河河
口>九坑河河口>潭江河口>西乡河河口>银坑河河
口>西枝江河口>龙溪河河口。对比全球其它水体
N2O 水-气交换通量，广东省主要入库河口的 N2O
水-气交换通量低于法国的 Seine River (4.46~357.14
μmol/(m2·d)) [6]、美国的 Nuese 河 (-14.4～110.4
μmol/(m2·d)) [5]和太湖大运河 (105.12 μmol/(m2·d))
[19]的水-气交换通量，枯水期 N2O 水-气交换通量与
Hudson River[2]（5.52 μmol/(m2·d)）和长江河口[7](7.7
±5.5 μmol/(m2·d) )的相接近，表明本研究的主要入库
河口可作为较小的 N2O 释放源。
表 1 结果还表明，除西乡河河口外，其它河口
N2O 水-气交换通量季节变化表现为枯水期 N2O 水-
气交换通量明显高于丰水期，有明显的季节性差异
(P<0.01)。河口枯水期 N2O 水-气交换通量明显高于
丰水期，这与枯水期水温较低、N2O 饱和度高于丰
水期以及枯水期风速较大有关，水温可以通过影响
气体分子的扩散速度和 N2O 在水体中的溶解度来
直接影响 N2O 通量[20]，而水体中溶解 N2O 浓度和
水面风速的变化是影响 N2O 释放的主要因素[21]。
3期 张晓萌，等. 广东省入库河口N2O分布和通量的时空变化 309

3.4 河口N2O浓度及其分布与环境因子的相关性分
析
河口丰、枯水期 N2O 溶存浓度(N2OC) 和饱和
度(N2Osat)与河口 N 负荷的相关分析见表 2 和表 3。
水体中 N2O 溶存浓度(N2OC) 和饱和度均与水中
TN、NO3-呈显著正相关关系(P<0.01)，与水中 NH4+
呈正相关(P<0.05)，同时，河口 N2O 饱和度与 N2O
溶存浓度之间的相关性最高(R＝0.995, P<0.01)。河
口枯水期 N2O 溶存浓度和 N2O 饱和度均与水体 TN
和 NH4+呈显著正相关(P<0.01)，与 NO3-相关性不大
(P>0.05)，与丰水期相同的是，N2O 饱和度也与 N2O
溶存浓度的相关性最高(R＝0.994, P<0.01)(见表 3)。
这表明水中 N2O 的产生受河口 N 输入影响，无机 N
的增加能导致水环境中硝化作用或反硝化作用的增
强，促进 N2O 的生产[22]。本研究结果与 Garnier[6]
关于 Seine river 河的研究中 N2O 浓度和饱和度均与
NH4+、NO3-呈显著性正相关的结论基本一致。

表 1 河口 N2O 水-气交换通量
Table 1 Water-atmosphere fluxes of dissolved N2O in estuaries
2011-07 2011-12 采样点
Sampling
stations
风速 (m/s)
Wind speed
水气交换通量（μmol/(m2·d)）
Water-air flux
风速(m/s)
Wind speed
水气交换通量（μmol/(m2·d)）
water-air flux
北水河口 1.6 0.31 2.8 5.78
九州江河口 2.1 4.75 2.8 21.88
九坑河河口 1.4 1.94 1.5 3.93
龙溪河河口 1.2 0.69 0.8 0.86
翁江河口 2.2 5.40 2.7 15.81
西枝江河口 1.1 0.26 1.5 1.43
新丰河河口 2.7 3.13 3.6 8.88
寻乌水河口 1.8 5.25 2.8 9.00
潭江河口 2.6 0.41 3.2 3.14
西乡河河口 1.7 4.14 1.4 2.73
大陂海河口 2.5 3.60 1.7 16.44
银坑河河口 2.3 1.48 1.6 2.17
黄冈河河口 1.7 1.57 3.2 5.50

表 2 丰水期河口 N2O 浓度、饱和度与 N 负荷相关性
Table 2 Correlation between N2O concentrations/saturation
and N loadings in estuaries of flooded season
N2OC N2Osat TN NH4+ NO3-
N2OC 1 0.998** 0.765** 0.614* 0.864**
N2Osat 1 0.795** 0.648* 0.875**
TN 1 0.95** 0.842**
NH4+ 1 0.659*
NO3- 1
注：*和**分别表示相关系数达到 0.05 和 0.01 的显著水平；
Note: * and ** mean correlation is significant at the 0.05 and
0.01 level (2-tailed); the same below.

表 3 枯水期河口 N2O 浓度、饱和度与 N 负荷相关性
Table 3 Correlation between N2O concentrations/saturation
and N loadings in estuaries of dry season
N2OC N2Osat TN NH4+ NO3-
N2OC 1 0.994** 0.941** 0.878** 0.523
N2Osat 1 0.916** 0.848** 0.551
TN 1 0.927** 0.506
NH4+ 1 0.17
NO3- 1
注：*和**分别表示相关系数达到 0.05 和 0.01 的显著水平；
Note: * and ** mean correlation is significant at the 0.05 and
0.01 level (2-tailed); the same below.
310 生 态 科 学 Ecological Science 31 卷

4 结论（Conclusions）

1）广东省主要入库河口 N2O 溶存浓度和饱和
度呈现明显的时空变化。受到水体的N负荷的影响，
含 N 量高的河口 N2O 溶存浓度和饱和度较高，因此
可通过控制河口N输入来抑制水体中N2O气体的产
生，从而降低水体向大气释放的温室气体量。
2）对比国内外其它水体，本研究中入库河口可
作为 N2O 释放的小型释放源，且在冬季枯水期 N2O
释放量比较高。全国入库河口数量众多，可被视为
N2O 的潜在释放源。
3）本研究通过对河口 N2O 的释放的研究，提
高了区域尺度上对微量温室气体的认识，为研究温
室气体对气候变化的贡献提供一定的科学基础。
致谢（Acknowledgement）
感谢国家海洋局第三海洋研究所詹力扬老师的
细心指点。感谢暨南大学水生生物研究所河流生态
修复实验室成员在采样及指标测量时给予的帮助。
参考文献（References）
[1] Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). The
Science of Climate Change [M]. NewYork: Cambridge
University Press, 2007.
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3期 张晓萌，等. 广东省入库河口N2O分布和通量的时空变化 311