农业沟渠在农业地区广泛分布，尤其是以华北平原为代表的农业密集区，拥有从河流、干渠、支渠、斗渠到农渠等小型沟渠的层层递进灌溉水网（Fig. 1）。长期过量的肥料施用，不仅造成了水体的广泛污染，也使沟渠成为潜在的温室气体（CO2、CH4、N2O）排放源。然而，少有研究监测沟渠的温室气体浓度或通量，这部分排放也未准确包含在IPCC等温室气体排放估算清单中。因此，为了准确评估全球和区域尺度上的农业和水体温室气体排放，对沟渠温室气体排放进行研究极有必要。
图1 样点分布与沟渠结构示意图
基于以上背景，天津大学地科院晏智锋课题组选取了位于华北平原的一处典型农业灌区，以多组河流（R）-干渠（MD）-支渠（BD）-斗渠（CD）-农渠（FD）结构的河渠水体为研究对象（图1）。结果显示，所有类型沟渠都是温室气体显著排放热点，尤其是与农田直接相邻的小型沟渠。沟渠CH4的平均通量为333 μmol m-2 h-1，CO2为7.1 mmol m-2 h-1，N2O为2.4 μmol m-2 h-1，分别比连接沟渠系统的河流通量高12、5和2倍。营养物质的输入是温室气体排放的主要影响因素，温室气体浓度和通量从河流到斗渠呈现增加的趋势，可能是由于邻近农田的小沟渠接受了更多的营养物质。然而，与农田直接相连的农渠由于季节性干旱，呈现出低于斗渠的温室气体浓度和通量。沟渠的全球增温潜势约为10.9 g CO2-eq m-2 d-1，研究灌区内沟渠总面积约10.3平方千米，每年可排放温室气体约26.6 Gg CO2-eq（图2），其中，斗渠贡献了近一半的排放量。
图2 不同类型沟渠增温潜势对比
本研究首次监测了四种不同类型沟渠与连接河流的温室气体排放，结果表明农业沟渠、尤其是小型沟渠是温室气体排放的热点区域，未来的温室气体排放估算应量化其总体贡献。目前，相关研究成果以论文“Agricultural ditches are hotspots of greenhouse gas emissions controlled by nutrient input”发表在Water Research。天津大学地球系统科学学院博士研究生吴文欣为该论文第一作者，晏智锋教授为通讯作者。该成果得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、天津市科技局、海河实验室等项目和单位的资助。
论文信息： Wenxin Wu, Xueqi Niu, Zhifeng Yan*, Siyue Li, Sophie A. Comer-Warner, Hanqin Tian, Si-Liang Li, Jianwen Zou, Guirui Yu, and Cong-Qiang Liu. Agricultural ditches are hotspots of greenhouse gas emissions controlled by nutrient input. Water Research, 2023. https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120271.
