开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
1.1 选题背景
1.1.1 全球变暖与温室气体
十八世纪工业革命以来，人类活动导致大量化石燃料燃烧，从而使大气中温室气体浓度不断升高，近年人为温室气体的排放达到了历史最高水平[1]。根据《WMO温室气体公报2018》，2017年二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的浓度再创新高。其中，二氧化碳浓度为405.5plusmn;0.1 ppm，甲烷浓度为1859plusmn;2ppb，氧化亚氮浓度为329.9plusmn;0.1 ppb。这些数值分别是工业化前（1750年之前）水平的146%、257%和122%[2]。IPCC第五次评估报告认为，人类活动主要通过排放温室气体影响气候，20世纪中叶以来全球气候变暖一半以上是由人类活动造成的，这一结论的可信度在95%以上。温室气体浓度升高与气候变化将带来极端气候发生更频繁、海洋酸化、海平面升高、物种灭绝风险增加的风险[1]。
温室气体指大气中能够吸收地面辐射的长波辐射，从而使大气温度上升的一些气体。主要包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、臭氧（O3）、氯氟烃等。其中，CO2性质稳定，在温室气体中占比最高，贡献了约66%的长寿命温室气体辐射[3]。CH4贡献了约17%的长寿命温室气体辐射强迫[3]，以二氧化碳当量表示的全球甲烷排放量至少相当于估计的地球温室气体汇的25%[4]。虽然其寿命较短，约为12年，但CH4在大气中易发生反应产生碳氢化合物及自由基[5],它们在大气成分的转化过程中扮演重要角色。
1.1.2 淡水水体在温室气体排放中作用
淡水水体（河流、溪流、湖泊、池塘、水库等）是温室气体排放的主要来源，对全球碳预算贡献巨大[6]。淡水水体中二氧化碳和甲烷的排放显著，而氧化亚氮排放量很低。据估计，全球淡水水体二氧化碳排放量为2.1 PgC yr-1，而全球河流二氧化碳排放量为1.8 PgC yr-1，约占淡水水体二氧化碳总排放量的86%[6]；全球淡水水体甲烷排放量（二氧化碳当量）为0.65 PgC yr-1，全球河流甲烷排放量为9.4 TgC yr-1，约占淡水水体二氧化碳总排放量的2%[7]。
河流通过连接陆地和海洋碳源，在涉及全球碳循环的生物地球化学反应中起着重要作用。河流是水相中C和N降解和代谢过程的反应器，并且是大气中温室气体活跃的释放区域。河流作为承载体，将从陆地冲刷入河的营养物和有机质带往水库和海洋，其中可能含有颗粒有机碳（POC）、溶解性无机碳（DIC）和溶解性有机碳（DOC）[8]。由于营养物质的输入，世界上大多数河流温室气体过饱和，也使河流成为大气温室气体的净源[9]。在将碳从陆地带往海洋的过程中，河流处于二氧化碳排放的有利条件，这些河流排放了大量二氧化碳，是碳排放的主要来源，占陆地生态系统向水生生态系统输入碳的32%[10]。河流湍动使河水中溶解氧含量高，除非有机质含量很高，否则甲烷的排放可以忽略不记[11]。
1.2 国内外研究动态
1.2.1 二氧化碳
全球河流二氧化碳排放量为1.8 PgC yr-1，是所有湖泊和水库排放量的五倍[7]。受外源碳(如陆地有机质)输入以及河流内部系统有机质矿化影响，河流中二氧化碳经常是过饱和的[7]。河流中溶解的碳氮物质、降水、水温和土地覆盖类型是影响河流温室气体排放的潜在因素[9]。筑坝破坏了河流的连续性，是对河流最重要的人为扰动。研究表明，自然流态的改变可能影响河流内的生境条件，对原生生物群落产生不利影响[12]。河流水气界面的二氧化碳交换本质上是分子扩散运动，交换速率主要受温度、浓度梯度和边界层厚度控制，温度越高，浓度梯度差异越大，交换速率越快；边界层厚度越厚，交换速率越慢[13]。
一些研究对河流中二氧化碳分压值和二氧化碳通量的时空变化进行了研究，这些变化受到复杂的生物、化学和物理因素的控制。桂江河流域二氧化碳通量表现出明显的时空差异，夏季通量约为冬季通量的5倍[14]。城市地区二氧化碳分压随城市用地面积的增加而增加，城市地区二氧化碳通量是农村地区的2～4倍[15]。近年来，由于光合作用、碳酸盐溶解、碳源和河流中的碳酸盐缓冲能力，从地表水中逃逸的二氧化碳得到了控制(包括二氧化碳脱气的减少和二氧化碳汇的增加)。
1.2.2 甲烷
甲烷的主要来源是淹没的土壤(天然湿地、红树林和稻田)、海洋和淡水、甲烷水合物、化石燃料、肠道发酵、动物粪便、生活污水、垃圾填埋场和生物质燃烧[16]。近年来，内陆淡水水体被认为是大气温室气体的重要来源。据统计，全球内陆水体甲烷年排放量为93.1Tg，其中湖泊甲烷年排放量为71.6Tg，水库甲烷年排放量为71.6Tg，河流甲烷排放量为1.5Tg[4]。水生系统中甲烷主要由厌氧条件下沉积物中有机物的分解产生[17]。在海洋、河流、湖泊、河口等水生生态系统中，由于污水排放使水体中C、N快速增加，通过硝化、反硝化、微生物呼吸作用和产甲烷作用，溶解性碳和溶解性氮不断增加，导致温室气体排放[17]。
影响甲烷排放的因素包括气候因素、水体的理化性质、生物因素、水动力学因素、人类活动影响等。由于夏季水温高，柏林城市水体在夏季的甲烷排放量也最高，城市绿地中的小水体（面积小于1 ha）是甲烷排放的热点地区[18]。由于流域东南部具有还原条件的复杂湿地，青藏高原河流甲烷在支流的释放速率高于干流[9]。亚马逊流域的河流和湿地排放二氧化碳是一个重要的碳损失过程，排放量为1.2MgCha-1yr-1[19]。
1.3 研究目标与内容
目前，研究各种类型内陆淡水水体二氧化碳和甲烷排放通量的文献较多，而对流域内水体中二氧化碳与甲烷溶存分布与排放的研究不够充分。流域内的河流因所处位置不同，受人类生产、生活的影响程度也不一样，其二氧化碳和甲烷排放通量存在一定差异，对流域内河流进行全面研究，更能系统分析、探讨人类活动对水体二氧化碳与甲烷溶存、排放的影响作用。
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