珠江河口温室气体驱动因素，到底是自然还是人为因素？

珠江口是一个重要河口，众多生物在此繁衍生息，但同时还是温室气体的重要来源。那么，珠江口中的CH₄和N₂O是从哪里来的？珠江河口自然因素与温室气体有什么关系呢？人类活动对河口温室气体又有什么影响呢？带着这些问题请往下看~~~

浅水河口溶解有机物成分与温室气体之间的关系

河口是连接陆地与海洋的重要生态系统，它们不仅接收大量来自河流的有机物质，还是温室气体二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的重要排放源。那么，温室气体与河口中的分布与溶解有机物是否有关联呢？不同来源的溶解有机物又是如何如何影响温室气体排放的呢？

一项发表在《Science of the Total Environment》上的研究，研究团队在西班牙加的斯湾的瓜达莱特河口于2016年~2018年的不同季节采集了10个站点的水样，分析了溶解有机物和水中的二氧化碳、甲烷和氧化亚氮浓度等。

研究发现不同类型的容积有机物，如腐殖质类和蛋白质类物质，对温室气体的产生会有不同的影响，底栖沉积物可能是温室气体和溶解有机物的重要来源，为理解河口气体排放机制提供了新视角。腐殖质类物质占溶解有机碳的86%，主要来自陆地和微生物来源，蛋白质类物质在春季和夏季较低，可能与污水排放相关。

二氧化碳浓度夏季最高，秋季最低，与溶解有机物的腐殖质类物质关系显著，随着腐殖质类物质的芳香性增加，二氧化碳的浓度也随之上升。甲烷的浓度无明显季节性差异，与溶解有机物的腐殖质和蛋白质类物质都有显著关系，但腐殖质类物质的影响更为明显，氧化亚氮浓度与春季最低，与蛋白质类物质浓度相关。

研究表明，溶解有机物的组成对温室气体的分布有显著影响，随着全球气候变化和人类活动的影响，河口的有机物组成可能会发生变化，进而影响温室气体的排放。

图：浅水河口温室气体与溶解有机物成分之间的联系图解🔽

人类活动对河口温室气体排放的影响

上面的研究提到了浅水河口溶解有机物成分与温室气体之间的关系，人为排放可能会影响河口温室气体排放，那到人为活动到底如何影响温室气体排放，影响程度如何呢？

河口海域甲烷主要有两个来源：生物来源和外部输入。生物来源是指甲烷通过微生物在缺氧环境下分解有机物产生，比如在海底的沉积物中；外部输入则包括从河流、湿地或海底渗漏的甲烷。尽管河口仅占地球表面积的0.2%，但它们是全球自然甲烷排放的重要来源，占比3%。研究团队以甲烷排放为研究目标，在澳大利亚昆士兰东南部的八个河口进行了季节性调查，探讨了人为活动对甲烷排放的影响。

在河口，甲烷可以通过两种主要途径产生，一种是微生物利用二氧化碳和氢气产生甲烷，另外一种是微生物通过分解醋酸等有机物产生甲烷。不同河口，人为活动对甲烷排放量也差异很大。在低强度人类活动的河口，甲烷排放量为9.7μmol/m² /d，在中等强度人类活动的河口，甲烷排放量上升到28μmol/m² /d，在高强度人类活动的河口，甲烷排放量高达47μmol/m² /d。表明人类活动显著增加了河口的甲烷排放。

随着人类活动强度的增加，人类活动增加了河口中有机碳的含量，甲烷的生产途径从氢营养型转向醋酸分解型转变。

而沉积物甲烷生产的贡献主要体现在基本不受人为活动影响的河口，而在人为活动河口中，沉积物的贡献较小。在低强度人类活动河口，沉积物贡献了约600%的甲烷排放；在中等强度河口，沉积物贡献了90%；而在高强度河口，沉积物的贡献仅为9%。表明，高强度人类活动如废水排放等才是甲烷排放的主要驱动力。

此外，在干季，河口的甲烷排放比湿季更高。在湿季，温暖的水温和较低的盐度有利于甲烷氧化转化为二氧化碳，而在干季，甲烷氧化效率下降，导致更多的甲烷逃逸到大气中，同时，干季淡水输入减少，水体滞留时间延长，为甲烷排放提供了更多时间。

图：调查区域地图🔽

显示了进行季节性地表水调查的八个河口(左侧)和收集沉积岩芯的三个河口中的底栖生境(右侧)。河口的选择跨越了人类影响梯度，从低(a:努萨，c:穆鲁拉，h:内兰)到中等(b:马鲁奇，e:松树)到高(d:卡布尔图尔，f:布里斯班，g:洛根/阿尔伯特)。在每个影响类别的河口中，从裸露的沉积物(S)和植被生境(V)中收集岩芯。
(a,b,f).在11个月的时间里，进行了两次地表水调查(旱季，雨季)和四次沉积物岩芯采集(2次旱季，2次雨季)。

珠江口温室气体分布

看了上面的内容，现在应该知道了河口沉积物与温室气体的关系，以及人会活动对温室气体的影响。那么回到我们的主角区域——珠江口，珠江口的温室气体分布又是什么样的一个情况呢？

对于珠江口甲烷分布情况，研究团队于2006年9月在珠江口西部和南海北部进行了海上采样，珠江口西部的27个站点和南海北部的55个站点，测定了水样中的甲烷浓度、饱和度以及甲烷的海洋-大气通量，分析了珠江口甲烷分布特征。

通过采样分析发现，在珠江口西部，甲烷的浓度非常高，尤其是在靠近湿地的浅水区域，这些区域的沉积物富含有机物，同时，缺氧的环境又为甲烷的产生提供了理想条件。数据分析显示，珠江口西部的甲烷浓度在6.9~173.7 nmol/L，平均浓度为61.4nmol/L，饱和度范围为329%至7896%。

而在南海北部，甲烷浓度相对较低，浓度范围为2.4至5.9 nmol/L，平均为3.8nmol/L，饱和度范围为134%至297%，这些甲烷主要来自河流输入、沿海湿地排放以及水体中的生物生产。当然，在调查站位中，有2个调查站位的局部区域也发现了异常高的甲烷浓度，可能与石油污染或海底渗漏有关。

甲烷一旦产生，就会通过水的混合和扩散进入海洋表层，最终通过海气交换进入大气。在珠江口西部，甲烷的饱和度非常高，水体中的甲烷远远超过了与大气的平衡浓度，估算该区域甲烷向大气的通量平均为63.5±32.2μmol/m²/d。相比之下，南海北部的甲烷通量较低，平均为15.6±8.0μmol/m²/d。

这项研究明确了珠江口西部和南海北部的甲烷分布特征，发现珠江口西部的甲烷浓度显著高于南海北部，且甲烷浓度从河口向海洋方向逐渐降低。同时，揭示了不同区域甲烷的主要来源，珠江口西部的甲烷主要来自沉积物中的甲烷生成过程，而南海北部的甲烷则主要来自河流输入、沿海湿地和水体中的生物生产。

图：调查站位图🔽

对于珠江口氧化亚氮的分布情况，厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室等研究团队在2007年至2011年间在珠江口进行了六航次调查，覆盖了湿季和干季。通过采集水样，分析了N₂O浓度、饱和度及其与水文、盐度、溶解氧、营养盐等的关系。

N₂O是一种无色无味的气体，主要由微生物在土壤和水中进行硝化和反硝化过程时产生，虽然它的浓度比CO₂低得多，但它的温室效应却非常强，而且N₂O在大气中的寿命长达114年，一旦进入大气，就会对气候产生长期影响。

在6次航次的调查中，珠江口上游河口，N₂O浓度高得惊人，浓度达到了328nmol/L，是饱和度的38倍！中下游河口的浓度虽然有所下降，但仍然远高于大气中的浓度，N₂O浓度降低至11~79 nmol/L；下游河口的N₂O浓度接近饱和约为7 nmol/L。

而且，在珠江上游河口，N₂O浓度季节变化明显，枯水期的冬季的N₂O浓度显著高于丰水期的夏季，几乎是夏季的两倍，冬季平均浓度为182±82 nmol/L，夏季为76±19 nmol/L。珠江中、下游河口的N₂O浓度在不同季节间没有显著差异。

在珠江口的上游，可能由于废水排放，水中含有大量的铵盐，再加上低氧环境，硝化作用非常活跃，导致N₂O大量产生。而在中下游，N₂O的浓度降低，主要是因为海水的稀释作用。

通过计算N₂O排放量，发现珠江口的年N₂O排放量估计为16.7亿克/年，相当于19个欧洲内陆河口的总排放量！如果用温室效应来比较，珠江口的N₂O排放量约占其CO₂排放量的30%。

这项研究对珠江口N₂O排放的全面量化及其调控机制的深入分析，揭示了人类活动对环境的深远影响，为全球N₂O排放的估算提供了重要的数据支持。

图：调查站位图🔽

珠江口温室气体的主导因素

知道了河口沉积物与温室气体的关系，知道了人会活动对河口温室气体的影响，上一节有知道了珠江口的温室气体时空分布，那么珠江口温室气体驱动因素是什么呢？到底是自然因素主导？还是认为因素主导？

香港科技大学（广州）地球、海洋和大气科学重点实验室研究团队，从2021年11月到2024 年1月，在珠江的主要出口处每两周进行一次采样，以高时间频率测量了溶解的甲烷 、一氧化二氮以及相关的季节性变化的物理和化学参数。研究还结合了河流流量、工业活动数据以及COVID-19期间的封锁政策，分析了这些因素对温室气体浓度的影响。

通过采样测量结果，珠江口溶解的CH₄浓度范围为32~1670 nmol/L，平均浓度为315 nmol/L，显著高于饱和水平；溶解的N₂O浓度范围为20~398 nmol/L，平均浓度为53nmol/L，表现出较为稳定的超饱和状态。

研究发现，河流流量对温室气体的浓度有着显著影响。研究发现，低流量时候，浓度状况变化复杂，当河流流量增加时，大量的淡水注入，稀释了温室气体浓度。但当河流流量超过5000m³/秒时，CH₄浓度仍呈现下降区域，但此时的N₂O却没变化不明显。表明，低流量时，更容易受人为活动因素影响。

为了进一步分析人为因素对温室气体的浓度的影响，研究分析了COVID-19和工业增加值对CH₄和N₂O浓度的影响。在2022年4月至10月COVID-19封锁期间，CH₄和N₂O的峰值事件显著减少，封锁政策解除后，工业增加值增加，CH₄和N₂O的浓度也在增加。表明人为活动的减少直接影响了温室气体排放，工业生产活动的恢复又会加大温室气体排放。

研究表明珠江口的温室气体排放问题，既受自然因素的影响，也深受人类活动的驱动。通过这项研究，不仅更好地理解了CH₄和N₂O的来源和变化规律，也为未来的环境保护提供了科学依据。

图：研究区域和样本采集🔽

❓思考题：珠江口中的甲烷和氧化亚氮浓度变化主要受哪些因素影响？

A.仅受自然因素（如河流流量、温度）影响
B.仅受人为因素（如工业活动、废水排放）影响
C.受自然因素和人为因素共同影响
D.仅受季节性变化影响

研究揭示了自然和人为因素在推动河口生态系统温室气体排放方面的关键作用，虽然自然过程很重要，但人类活动，也是温室气体产生的重要驱动因素，他们之间通过作用，影响着河口温室气体排放。那么是否有个临界流量值，在此之前，属于人工主导，在此之后属于自然主导呢？

参考文献：

Discerning Natural and Anthropogenic Factors Driving the Variation of Estuarine CH4 and N2O，Ocean-Land-Atmosphere Research，14 Jan 2025，Vol 4，Article ID: 0080，DOI: 10.34133/olar.0080