洪水事件驱动下间歇性河流CO₂与CH₄的排放特征及控制机制

韩伟杰; 左合君; 郭建英; 刘心宇; 杨振奇; 贺慧芳

doi:10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.05.025

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洪水事件驱动下间歇性河流CO₂与CH₄的排放特征及控制机制

基础研究 | 更新时间：2026-10-21

- 洪水事件驱动下间歇性河流CO₂与CH₄的排放特征及控制机制
- Emission Characteristics and Controlling Mechanisms of CO₂ and CH₄ in Intermittent Rivers under Flood Events
- 水土保持学报 2026年40卷第5期页码：253-264
- 作者机构：
  
  1.内蒙古农业大学沙漠治理学院，呼和浩特 010018
  2.中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓;草原生态水文国家野外科学观测研究站，北京 100038
- 作者简介：
  
  韩伟杰（1999—），男，硕士研究生，主要从事间歇性河流碳排放与碳输移研究。E-mail：13488579946@163.com
  左合君（1971—），男，博士，教授，博士生导师，主要从事荒漠化防治研究。E-mail：zuohj@126.com
- 基金信息：
  
  内蒙古自治区自然科学基金项目(2025QN04015);内蒙古自治区科技项目(2025KYPT0177);中国水科院基本科研业务费项目(MK0145B022021;MK110145B00012024)
- DOI：10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.05.025
  中图分类号： X171.1
- CSTR：32310.14.stbcxb.2026.05.025
- 收稿：2026-03-19，
  
  修回：2026-04-28，
  
  录用：2026-05-06，
  
  网络首发：2026-06-30，
  
  纸质出版：2026-10-28
- 稿件说明：
移动端阅览
韩伟杰，左合君，郭建英，等.洪水事件驱动下间歇性河流CO₂与CH₄的排放特征及控制机制［J］.水土保持学报，2026，40（5）：253-264.

Han Weijie， Zuo Hejun， Guo Jianying， et al. Emission characteristics and controlling mechanisms of CO₂ and CH₄ in intermittent rivers under flood events［J］. Journal of Soil and Water Conservation，2026，40（5）：253-264.
韩伟杰，左合君，郭建英，等.洪水事件驱动下间歇性河流CO₂与CH₄的排放特征及控制机制［J］.水土保持学报，2026，40（5）：253-264. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.05.025. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.05.025.

Han Weijie， Zuo Hejun， Guo Jianying， et al. Emission characteristics and controlling mechanisms of CO₂ and CH₄ in intermittent rivers under flood events［J］. Journal of Soil and Water Conservation，2026，40（5）：253-264. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.05.025. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.05.025.

摘要

目的

揭示洪水事件对半干旱区间歇性河流CO₂和CH₄排放的响应特征及控制机制。

方法

以内蒙古半干旱区典型间歇性河流塔布河一次洪水事件为研究对象，采用静态箱法连续监测河床裸露期（S1）沉积物-大气界面、洪水前期（S2）和洪水后期（S3）水-大气界面的CO₂与CH₄通量，同步测定水文、水质和沉积物理化指标，并结合Spearman秩相关分析、冗余分析（RDA）和偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）探讨温室气体排放的主要驱动因素及作用路径。

结果

洪水过程显著改变河道水动力、水体理化环境和沉积物结构，CO₂与CH₄排放呈明显不同步响应。河床裸露期

CO₂

处于较高水平［（564.90±147.29）mg/（m²·h）］，洪水前期明显下降，洪水后期略有回升；

CH₄

则在洪水前期迅速升高并形成峰值［（0.62±0.03）mg/（m²·h）］，随后逐渐下降并趋于稳定。相关性分析表明，

CO₂

与溶解氧（DO）呈显著负相关（

0.01），并与pH呈较显著负相关（

0.05）；

CH₄

与黏粒、粉粒呈极显著正相关，与粗砂呈负相关。RDA结果表明，黏粒、pH和悬浮泥沙浓度（SSC）是解释CO₂与CH₄通量变化的关键环境因子。PLS-SEM结果进一步表明，

CO₂

主要受pH、SSC和总溶解性固体（TDS）等水体理化因子影响，

CH₄

则更多受沉积物粒径组成及其衍生过程控制。

结论

短历时洪水事件通过改变界面状态、水体理化环境和表层沉积物粒径组成，驱动间歇性河流CO₂与CH₄通量的不同步响应。CO₂排放更敏感于水体环境变化和界面交换过程，而CH₄排放更易受到复水扰动和表层沉积物改变的影响。研究结果表明，在半干旱区间歇性河流碳排放核算中，应区分不同水文阶段并分别考虑CO₂和CH₄的差异化响应。

Abstract

Objective

This study aims to reveal the response characteristics and controlling mechanisms of carbon dioxide （CO

） and methane （CH₄） emissions to flood events in semi-arid intermittent rivers.

Methods

A flood event in the Tabu River， a typical intermittent river in the semi-arid region of Inner Mongolia， was selected as the study case. The static chamber method was used to monitor CO

and CH

fluxes at the sediment-atmosphere interface during the exposed riverbed stage （S1）， and at the water-a

tmosphere interface during the early flood stage （S2） and late flood stage （S3）. Hydrological variables， water quality parameters， and sediment physicochemical properties were measured simultaneously. Spearman rank correlation analysis， redundancy analysis （RDA）， and partial least squares structural equation modeling （PLS-SEM） were used to identify the main driving factors and pathways regulating greenhouse gas emissions.

Results

The flood event significantly altered river channel hydrodynamics， water physicochemical environment， and sediment structure， resulting in asynchronous responses of CO

and CH

emissions.

CO₂

was high during the exposed riverbed stage ［（564.90±147.29） mg/（m²·h）］， decreased markedly during the early flood stage， and slightly increased during the late flood stage. In contrast，

CH₄

increased rapidly and reached a peak during the early flood stage ［（0.62±0.03） mg/（m²·h）］， then gradually declined and became stable. Correlation analysis showed that

CO₂

was significantly negatively correlated with DO （

0.01） and strongly negatively correlated with pH（

0.05）， whereas

CH₄

was highly significantly positively correlated with clay and silt and negatively correlated with coarse sand. RDA results indicated that clay， pH， and suspended sediment concentration （SSC） were the key environmental factors explaining the variations in CO

and CH

fluxes. PLS-SEM results further showed that

CO₂

was mainly regulated by water physicochemical factors such as pH， SSC， and TDS， whereas

CH₄

was more strongly controlled by sediment particle size composition and its derived processes.

Conclusion

The short-duration flood event drives asynchronous responses of CO

and CH

fluxes in t

he intermittent river by altering interface conditions， water physicochemical properties， and surface sediment particle size composition. CO

emissions are more sensitive to changes in the water environment and interface exchange processes， whereas CH

emissions are more susceptible to rewetting disturbance and changes in surface sediment properties. These findings indicate that carbon emission accounting in semi-arid intermittent rivers should distinguish among different hydrological stages and separately consider the differentiated responses of CO

and CH

关键词

Keywords

references

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