1、选题背景
甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳(CO2)的重要温室气体。截止2011年大气中CH4已由工业革命前0.72 ppm增加到1.80 ppm，增速远超CO2； CH4基于100年时间尺度的全球增暖潜势(GPW)是CO2的28倍，其对全球变暖的贡献达20%。但我们对CH4来源的认识还远不及CO2，确定CH4的源与汇及其大小是一件十分重要又迫切的工作。在以往CH4排放研究中淡水生态系统因其面积小受关注较少。新近研究证明淡水生态系统是重要的CH4排放源，其CH4排放量为103 Tg yr-1，换算成CO2当量为0.65 Pg C (CO2 eq)，为淡水生态系统CO2排放量的31%(。横向对比来看，海洋CH4排放量占全球自然排放总量的约3%，而淡水生态系统中仅湖泊的排放量就占6~16%。虽然Bastviken等对淡水生态系统的CH4排放已经进行了估算，但这种估算是基于十分有限的、区域分布极不平衡的数据，存在低估情况。作为重要的CH4排放源，淡水系统中CH4的生成、排放过程还亟待广泛、深入的研究，这是实现全面深入认识全球与流域尺度的C循环与温室气体排放的一个关键。
2、国内外研究现状
浅水湖泊分布广、数量多、面积大，是CH4排放的热点区域。浅水湖由于水浅减小了甲烷在沉积物与水-气界面间的运动距离，从而减小甲烷在水中的氧化。水浅有利于甲烷以冒泡形式释放到大气中，大大增加甲烷的排放通量。在产甲烷速率高、水深小于6m的湖泊中频繁发生CH4冒泡排放情况，美国Vault湖、Stevens湖中冒泡排放分别占据每年甲烷总排放量的77%与86%，青藏高原泥炭地浅水湖中甲烷冒泡对甲烷总排放的贡献量高达93%)。我国面积大于1 km2的湖泊有2693个、总面积8.1104 km2, 其中大部分是浅水湖泊。这些浅水湖泊受人类活动影响强烈，湖泊生产力较高、富营养化严重，是中国湖泊CH4排放的重要部分。比如武汉东湖、太湖、青藏高原Medo湖排放通量分别可达23.3 18.6、10.0 23.0、34.7 29.2 mg m-2 h-1。但我国在湖泊甲烷排放上的研究积累较少，使得我国湖泊CH4排放量计算相差很大：陈永根 et al. (2007)估算我国湖泊每年冬季(90d) CH4排放量为3.2210-2 Tg，Chen et al. (2013)与Yang et al. (2011)估算的CH4年排放量为0.46Tg与＞3.0 Tg。从研究方法上来看，这些数据绝大部分是基于通量箱的观测、或水气界面浓度梯度计算结果，只有个别研究区分了甲烷的排放途径与贡献。因此，我国浅水湖泊中甲烷的产生与排放过程还有待深入、全面的研究，这对认识我国与全球湖泊CH4排放情况具有重要的科学价值与现实意义。
3、研究意义及设计思路
巢湖位于安徽省中部、长江左岸，水面面积770 km2、平均水深2.7 m，是我国五大淡水湖之一。巢湖目前处于轻度~中度富营养化状态，蓝藻水华平均发生面积为105 km2 (张民 et al. 2015)。2016年6月至2017年5月，我们对巢湖沉积物、水体、表面空气中的甲烷溶存分布与扩散通量进行了时空变化研究。结果表明巢湖西北湖湾区是甲烷溶存水平最高的一个区域，这一区域恰恰是巢湖富营养化水平最高的区域。西北湖湾区富营养化主要受南淝河、派河、塘西河、十五里河等城市河流输入的影响。这些河流输入对湖泊甲烷产生与排放的影响尚不清楚，而认识清楚这一问题是深入认识湖泊富营养化对甲烷排放影响作用的关键。
4、主要研究内容
(1) 典型入湖河口区CH4溶存分布特征
选取巢湖南淝河与派河及其入湖河口区作为研究区，开展多点位观测与室内分析，研究河口区水体与沉积物中甲烷时空分布，水环境特征、沉积物-水界面O2、pH、Eh及有机质矿化相关的SO42-、NO3-等电子受体分布情况，分析聚藻区水体与沉积物中有机质含量及其化学特征。
(2) 河流输入对CH4产生与排放的影响作用
基于观测采样与室内分析，研究研究各区域、不同层位沉积物的产甲烷潜力。观测甲烷在水-气界面的总迁移通量；结合模型计算等明确冒泡与扩散对水-气界面迁移通量的贡献作用。
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