乌梁素海湖泊湿地植物区甲烷排放规律

运用静态箱法,对内蒙古乌梁素海不同水位的芦苇群落（Phragmites australis）和龙须眼子菜群落（Potamogeton pectinatus）的甲烷排放通量进行2 a（2003～2004）野外观测.发现龙须眼子菜群落（沉水植物）甲烷平均排放速率为(3.44±1.60) mg·(m²·h)^-1, 仅为芦苇群落（挺水植物）的平均排放速率的21.94%.高水位芦苇的排放速率要大于低水位芦苇群落.芦苇群落的甲烷排放具有明显的季节性和日变化规律,并且5 cm土壤温度和光合有效辐射分别是影响季节性和日变化的主要环境因子.根据观测数据和植物的分布面积,计算得出乌梁素海2003和2004年的甲烷排放量为1 024.6　t和1 156.7　t.     

应用大气扩散模式进行区域稻田甲烷源强估算

传统通量箱方法对区域稻田甲烷源强的估算具有很大不确定性 .本研究应用箱模式和 ATDL模式估算区域稻田甲烷排放率 .箱模式和 ATDL模式估算排放率分别为 :6月 13.2～ 30.4mg· (m²·h)^-1 和 6.1～ 8.5mg·(m²·h)^-1,9月 10.4～20.0 mg·(m²·h)^-1 和 5.5～9.3mg·(m²·h)^-1;而传统通量箱方法估算排放率为 :6月 0.3～ 14.3mg·(m²·h)^-1 ,9月 0～0.3mg·(m²·h)^-1.分析表明 ,北京地区水稻生长季的接地逆温等不利气象条件使箱模式应用的基本假设难以满足 ,使之得出偏高的估算结果 . ATDL模式能较好地适应这种不利气象条件 ,并在 6月得出了与通量观测结果相近的估算结果 ,而其 9月高于通量观测结果的估算 ,却可能证实了通量箱方法难以测得的干旱稻田土壤裂缝的甲烷排放 ,有待于进一步研究证实 .     

偶氮染料循环伏安行为和生物厌氧脱色相关性研究

对4种结构相似偶氮染料的循环伏安特性研究及其生物厌氧脱色速率实验,结果表明,所选结构相似染料的生物脱色速率最快的是酸性黄-Bis(E_r=-616.75 mV),速率为0.012 09 mol·(L·h)^-1,依次是酸性黄-11[E_r=-593.25 mV,0.010 40mol·(L·h)^-1],酸性黄-4[E_r=-513 mV,0.007 575 mol·(L·h)^-1],且脱色速率与其循环伏安图中的还原峰电位间存在线性关系.研究还表明,电化学方法在一定程度上可对生物体系发生生化反应进行部分模拟和预测.     

甲烷为唯一电子供体驱动硝酸盐/亚硝酸生物还原及微生物群落结构分析

反硝化厌氧甲烷微生物生长缓慢、倍增时间长,难以在短时间内成功富集.为快速大量富集以甲烷为唯一电子供体的硝酸盐/亚硝酸盐还原微生物,选择甲烷通量适宜的中空纤维膜材料并设计高效无泡曝气膜生物膜反应器（MBfR）.在反应器运行初期,两个反应器分别手动添加200 mg·L^-1的硝酸盐和亚硝酸盐,两个反应器进行闭合自循环的76 d内,均可在10 d内将200 mg·L^-1的硝酸盐和亚硝酸盐完全去除.稳定后,200 mg·L^-1硝酸盐可在2 d之内全部还原,还原速率略快于亚硝酸盐.在MBfR运行第77~124 d,改为序批式生物反应器方式运行,两个反应器内反硝化速率均可达到50 mg·L^-1·d^-1,表明以甲烷为唯一电子供体驱动的反硝化微生物成功富集并挂膜.在微生物富集过程MBfR出水中均检出挥发性脂肪酸（VFAs）,以硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体的反应器最高VFAs含量分别可达948 mg·L^-1和997 mg·L^-1.高通量测序结果发现,以硝酸盐为电子受体的反应器内产酸菌Propionispora和Proteiniphilum的丰度可以达到39.1%和3.1%,而在以亚硝酸盐作为电子受体时,产酸菌Propionispora和Proteiniphilum丰度分别为80.9%和2.4%,是反应器内部的优势菌属.而异养反硝化菌Pseudomonas在两组微生物富集阶段均具有较高丰度.由此推测在本研究中甲烷为唯一电子供体驱动的硝酸盐/亚硝酸盐生物还原过程由VFAs作为中间产物介导完成.本研究结果可为推进污水脱氮技术的发展提供参考.     

水稻田土壤甲烷厌氧氧化在整个甲烷氧化中的贡献率

对黄松土水田土壤中>0.02mm的颗粒和<0.02mm的颗粒按不同比例组合成的土壤、不同绝对含水量的黄松土水田土壤、不同温育时段的水田土壤和长期定位不同施肥的水稻田土壤中的甲烷好氧氧化和厌氧氧化的速率的检测结果进行比较,结果相当一致,不仅证实了水稻田土壤甲烷厌氧氧化过程的存在,而且表明水田土壤中的甲烷厌氧氧化活性远较甲烷好氧氧化活性要低,如以两者的氧化活性作为对甲烷氧化的贡献来计,则甲烷厌氧氧化的贡献率一般都在整个甲烷氧化的10%以下.但在水田土壤被水淹没的情形下,由于土壤厌氧条件的形成和甲烷扩散受阻,甲烷厌氧氧化的速率明显超过好氧氧化的速率,甲烷厌氧氧化在整个甲烷氧化中的贡献率可到达30%以上.长期施肥对于水稻田土壤的甲烷好氧氧化活性和甲烷排放通量影响显著,而对甲烷的厌氧氧化活性有影响但未达到显著水平.长期施肥处理的土壤中甲烷好氧氧化活性在(9.072～41.088)×10^-6mol·(d·g)^-1之间,而甲烷厌氧氧化活性仅在(0.325～0.671)×10^-6mol·(d·g)^-1之间,仅及甲烷好氧氧化活性的1.31%～4.43%,占整个甲烷氧化的1.3%～4.14%.     

亚热带河口陆基养殖塘底泥甲烷产生动力学研究

河口区陆基围垦养殖塘是重要的温室气体排放源,但其底泥甲烷产生动力学特征目前尚未厘清.本研究对我国东南沿海亚热带闽江河口、木兰溪河口和九龙江河口的6个南美白对虾（Penaeus vannamei）养殖塘底泥进行了为期60 d的室内厌氧培养,并对甲烷累积产量曲线利用一阶动力学模型及改进的岡珀茨模型进行拟合和分析.结果表明,所有河口陆基养殖塘底泥产甲烷过程是一个动态变化过程,可分为延滞、产生和稳定3个阶段.延滞期发生在培养初期1~4 d,产生期主要集中在4~25 d,在培养25 d后,所有养殖塘底泥的甲烷累积产量曲线趋于平衡.盐度和孔隙水DOC浓度均能够影响养殖塘底泥甲烷产生动力学拟合参数.随着养殖塘底泥盐度的增加,甲烷最大产生潜力由5961 ng·g^-1减少至559 ng·g^-1,甲烷最大产生速率由674 ng·g^-1·d^-1减少至84 ng·g^-1·d^-1.研究表明,一阶动力学模型更适合低盐养殖塘底泥甲烷产生动力学过程的拟合,而改进的岡珀茨模型更适合高盐养殖塘底泥甲烷产生动力学过程的拟合.选择近海养殖塘进行南美白对虾养殖及在甲烷产生期来临之前清除底泥可极大程度地减少养殖塘底泥温室气体CH₄的产生潜力.     

作物生长和氮含量对土壤-作物系统CO2排放的影响

为探讨作物生物学特征对土壤-作物系统CO₂排放的影响,本研究基于逐步收割法和静态暗箱-气相色谱技术,以冬小麦和水稻作物为研究对象,采用盆栽和大田试验的方法,在作物生长的主要生育期原位测定了土壤-作物系统CO₂排放速率,同时测定了作物生物量和氮含量.研究结果表明:①土壤-作物系统CO₂排放在生长季内呈现动态变化,土壤-水稻系统CO₂排放高于土壤-冬小麦系统.②作物暗呼吸速率与生物量呈显著线性相关.③作物暗呼吸系数(R_d)的季节变化可以用植株氮含量来描述.冬小麦R_d与N含量的关系可用线性方程R_d=0.0124N-0.0076(R²=0.9879,p<0.001)表示;水稻R_d与N含量的关系可用二次方程R_d=0.0085N2-0.0049NR²=0.9776,p<0.001)表示.④作物根系的参与极大地促进了土壤呼吸.冬小麦生长季土壤表观呼吸CO₂平均值为247.2 mg·(m²·h)^-1 ,高于未种作物土壤1.78倍,水稻生长季为215.3 mg·(m²·h)^-1 CO₂,高于未种作物土壤的3.38倍.冬小麦根系呼吸系数大于水稻,其根际呼吸对土壤表观呼吸的贡献高于水稻.     

转变土地利用方式对桂西喀斯特地区土壤氧化CH4的影响

选取桂西喀斯特地区分布最广的石灰土和黄壤,通过野外通量观测和实验室CH₄氧化动力学试验,研究弃耕或退耕还林对土壤CH₄通量的影响。结果表明,对于石灰土,CH₄年均通量为弃耕地LS-3[-64.30 μg/（m²·h）] > 灌草地LS-1 [-48.96 μg/（m²·h）] > 旱地LS-2[29.61 μg/（m²·h）];对于黄壤,退耕林地YS-2[-36.95 μg/（m²·h）] > 旱地YS-1[-29.44 μg/（m²·h）]。各点土壤CH₄氧化速率动力学遵循米氏方程,最大CH₄氧化速率（V_max）介于400～4 347 pmol/（g·h）之间,半饱和常数值介于72～878.3 μL/L之间,石灰土土壤V_max值是黄壤的两倍以上,具有更高的氧化潜力。土壤CH₄通量的季节变化不明显,释放峰或吸收峰出现在秋冬季节。温度有利于促进土壤对大气CH₄的吸收。土壤水分对土壤氧化CH₄的抑制作用在受人为干扰少的LS-1和LS-3表现显著,而对于旱地LS-2,YS-1及林地YS-2,NH₄⁺-N含量成为土壤氧化CH₄的主要限制因素。总之,土壤恢复有利于土壤氧化大气CH₄,这不仅取决于土壤理化性质、甲烷微生物群落的变化,还受到区域气候因素的影响。     

N-DAMO菌群的富集及其生长代谢影响因子

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（N-DAMO）是某些微生物在厌氧条件下以甲烷为电子供体和唯一碳源还原亚硝酸盐（NO₂^-）为氮气（N₂）的过程,为解决废水生物脱氮碳源不足问题提供了新思路.然而,N-DAMO菌群生长缓慢,对环境要求严苛,富集培养难度大,工程应用困难.本文以湿地土壤为菌源,通过强化富集获得一个N-DAMO菌群,并研究了主要环境因子和生长因子对其生长代谢的影响.结果表明,该N-DAMO菌群的NO₂^-还原速率可达0.27 mmol·g^-1·d^-1,其最佳培养条件为35℃、pH 7.5、NO₂^-浓度为2.0 mmol·L^-1和甲烷分压为（P（CH₄））98 kPa等.少量添加维生素液、血红素和甜菜碱等生长因子,均能刺激菌群的代谢活性,使其NO₂^-还原速率分别提高1.32、1.22和1.96倍.本研究有助于进一步了解N-DAMO菌群的生理生态特性,为其工程应用提供参考.     

干旱区典型湖泊CH4扩散排放特征及其影响因素

湖泊等水体CH₄的排放是全球温室气体的主要组成部分,但目前对干旱区湖泊CH₄扩散排放特征及其影响因素的研究却鲜有报道.本文选取干旱区典型湖泊—博斯腾湖为研究对象,分别于2021年6月、9月、10月采集水样,并测定其生物地球化学参数及溶解CH₄浓度,确定其水-气界面CH₄扩散排放通量.结果表明,博斯腾湖CH₄扩散通量均值为（0.305±0.080） mmol·m^-2·d^-1,表现为大气CH₄的排放源;在空间上,受外源输送影响,入湖河口为CH₄的扩散排放热点区域;在不同月份,CH₄扩散通量变化受营养状态影响显著,与综合富营养化指数、叶绿素a浓度等呈显著正相关（富营养化指数：r=0.67,p<0.01;叶绿素a：r=0.54,p<0.01）,但其对温度的依赖性较低（p>0.05）.另外,受外源输送、水动力特征、内部生物化学过程等影响,博斯腾湖CH₄扩散通量在不同湖区的控制因子表现出较大差异,其具体控制机制还需进一步明晰.     

城市生活垃圾填埋场甲烷收集效率研究

为提高垃圾填埋场CH4收集系统的收集效率,减少CH4的排放,对广州某生活垃圾填埋场CH4收集效率和填埋堆体表面CH4释放速率进行了研究.研究表明:采用US-EPA一级动力学模型计算出2010年该填埋场理论CH4产量为7.22×107m3,估算实际产量为(2.17～2.89)×107m3,实际收集量为1.75×107m3,实际收集量占估算实际产量的60.6%～80.6%.填埋作业面是填埋场主要的CH4排放源,年排放量为0.175×107m3,占实际收集量的10.0%.其中,陈垃圾作业面和新填垃圾作业面CH4的释放速率分别为4.17mol·m-·2h-1和0.29mol·m-·2h-1.     

生活垃圾填埋场填埋作业台阶甲烷排放研究

为了解我国生活垃圾填埋场填埋作业期间的甲烷排放情况,采用DM(Default Methodology)模型、LandGEM(Landfill Gas Emission Model)模型与静态箱法模拟和测试计算了杭州市天子岭生活垃圾填埋场填埋作业台阶1h的甲烷排放量,结果分别为3.65×103m3、1.52×103m3和1.11×103m3;与DM模型相比,LandGEM模型的模拟结果与现场测试结果更接近.生活垃圾填埋场在填埋作业台阶运行期间(约2年)产生的甲烷量约占理论产生总量的50%,而填埋气体主动收集系统收集率仅为43%,即在此期间未被收集利用而排放的甲烷量约占理论产生总量的29%.因此,调控填埋作业期间的甲烷排放是我国控制生活垃圾填埋场甲烷排放总量的关键之一.     

长江口沉积物甲烷产生潜力与产甲烷菌群落特征

采用室内培养与高通量测序技术,研究了长江口沉积物产甲烷潜力及其产甲烷菌群落组成特征.结果表明,研究区沉积物甲烷排放速率为4.15～7.12 nmol·g~(-1)·d~(-1),且表现出厌氧区高、丰氧区低的特点.甲烷产生潜力为丰氧区大于厌氧区,说明甲烷在水体中氧化是减少甲烷排放的重要环境过程.研究区沉积物中产甲烷菌群落组成具有明显的差异.厌氧区沉积物产甲烷菌的优势群落为Methanococcoides(拟甲烷球菌属)、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)和Methanosaeta(甲烷鬃菌属),丰氧区沉积物为Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)、Methanosaeta(甲烷鬃菌属)和Methanocella(甲烷胞菌属),因而缺氧过程会对产甲烷菌群落产生重要的影响.通过估算发现,研究区甲烷的排放量为2487～6819 t·a~(-1),表明长江口是甲烷排放的净产生源.因此,由缺氧过程导致的河口环境因子变化会影响甲烷的代谢循环过程及其微生物群落组成,进而对河口生态系统甲烷排放产生重要的影响.     

笼养肉鸡生长过程NH3、N2 O、CH4和CO2的排放

为确定规模化笼养肉鸡生产过程NH3、N2O、CH4和CO2的排放因子,并探讨不同生长阶段排放特征,本研究选择山东某商业化肉鸡养殖场,利用INNOVA 1312多气体分析仪-连续采样测试系统和风机风量现场测定系统(FANS),对肉鸡舍NH3、N2O、CH4和CO2的排放进行为期42 d的测定,确定了肉鸡整个生产过程气体的平均排放因子和累积排放因子.结果表明,整个肉鸡生产过程中NH3排放因子呈现出先升高后降低的趋势,变化范围在8.5～342.1 mg·(d·bird)-1,平均为137.9mg·(d·bird)-1[48.6 g·(d.AU)-1],CH4和CO2排放因子随着日龄的增加而增大,CH4排放因子的变化范围在19.5～351.9mg·(d·bird)-1之间,平均为154.5 mg·(d·bird)-1[54.4 g·(d.AU)-1],CO2的排放因子在2.2～152.9 g·(d·bird)-1之间变化,平均为65.9 g·(d·bird)-1[23.2 kg·(d.AU)-1],整个生产过程没有监测到N2O的排放;肉鸡的NH3累计排放因子为(5.65±1.02)g·(bird·life cycle)-1,第1阶段(0～17 d)、第2阶段(18～27 d)和第3生长阶段(28～42 d)氨气排放占总排放的比例分别为33.6%、36.4%和29.9%,第2阶段的NH3累计排放因子显著高于第1和第3生长阶段;CH4和CO2的累计排放因子分别为(6.30±0.16)g·(bird·life cycle)-1和(2.68±0.18)kg·(bird·life cycle)-1,第3阶段的CH4和CO2累计排放因子显著大于1和2阶段,占总排放量的50%以上.研究结果为控制气体排放提供了数据基础.     

Interaction and independence on methane oxidation of landfill cover soil among three impact factors: water, oxygen and ammonium

To understand the influence patterns and interactions of three important environmental factors, i.e. soil water content, oxygen concentration, and ammonium addition, on methane oxidation, the soils from landfill cover layers were incubated under full factorial parameter settings. In addition to the methane oxidation rate, the quantities and community structures of methanotrophs were analyzed to determine the methane oxidation capacity of the soils. Canonical correspondence analysis was utilized to distinguish the important impact factors. Water content was found to be the most important factor influencing the methane oxidation rate and Type II methanotrophs, and the optimum value was 15% (w/w), which induced methane oxidation rates 10- and 6- times greater than those observed at 5% (w/w) and 20% (w/w), respectively. Ambient oxygen conditions were more suitable for methane oxidation than 3% oxygen. The addition of 100 mg-N·kg_drysoil⁻¹ of ammonium induced different effects on methane oxidation capacity when conducted at low or high water content. With regard to the methanotrophs, Type II was sensitive to the changes of water content, while Type I was influenced by oxygen content. Furthermore, the methanotrophic acidophile, Verrucomicrobia, was detected in soils with a pH of 4.9, which extended their known living environments.     

硝酸盐和甲烷对覆土中苯系物厌氧氧化的影响

苯系物是填埋场填埋气中恶臭有机气体的重要成分之一,填埋气中的CH4则是重要的温室气体.填埋覆土层中的微生物可以氧化CH4和苯系物,因此,强化微生物的氧化效能有助于削减和控制填埋气的污染.电子受体还原可耦合甲烷和某些有机物的厌氧氧化,从而去除甲烷和有机物.鉴此,本研究通过静态培养试验,分析了电子受体SO2-4共存条件下,NO-3和CH4共存对覆土中苯系物厌氧降解的影响.结果表明不外加NO-3时,苯系物抑制CH4的降解,加入NO-3后,苯系物共存反而有利于CH4的去除;单独添加NO-3或CH4都能促进填埋覆土中苯系物的去除;而同时添加NO-3和CH4能更好地促进苯系物的去除,甲苯、二甲苯和异丙苯的去除率最高可达65%、88%和82%,远高于不添加NO-3和CH4对照处理的53%、76%和31%;NO-3还原与CH4厌氧氧化耦合过程能同步促进苯系物的厌氧氧化.     

甲烷厌氧氧化协同硝酸盐还原菌群驯化及其群落特征

伴随硝酸盐还原的甲烷厌氧氧化是协同减少环境中硝酸盐及甲烷的有效途径.利用实验室废水处理厌氧污泥、污水处理厂厌氧污泥和填埋场覆土驯化富集硝酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群.考察菌群的甲烷氧化效果,结果发现接种污水处理厂厌氧污泥体系甲烷转化量最大,为0.05 mg·d-1.微生物群落结构分析显示,该体系中甲烷微菌和甲烷八叠球菌是甲烷氧化菌,假单胞菌、梭状芽胞杆菌和热单胞菌参与了硝酸盐的还原反应.硝酸盐的量影响甲烷的转化率及菌群结构.当硝酸盐浓度为200 mg·L-1时,体系中的硝酸盐还原菌为假单胞菌和梭状芽胞杆菌;浓度增加至500 mg·L-1时,硝酸盐还原菌则是假单胞菌和热单胞菌.同时,甲烷转化率增加34.7%.研究结果为该菌群应用于含甲烷废气与含硝酸盐废水的协同处理提供科学依据.     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

生活垃圾填埋气体产量的现场测试及IPCC推荐模型的校验

为了获得深圳市玉龙坑垃圾填埋场封场后填埋气体的实际产量,采用改进的现场抽气方法分别测定了填埋场内4口抽气井抽气影响区域内填埋气体的产量,计算获得其产甲烷速率分别为14.67×10-5、9.46×10-5、9.55×10-5和4.28×10-5m3/(t.h).据此计算出2005年玉龙坑垃圾填埋场的甲烷产率为322 m3/h,表明该填埋场填埋气体在经济性上已经失去了回收利用价值.采用此实测数据对IPCC推荐模型进行校验,发现垃圾降解的半衰期是影响IPCC推荐模型预测准确性的关键参数.我国城市生活垃圾中可降解有机物以厨余垃圾为主,分解周期较短,垃圾降解的半衰期短于IPCC模型的推荐取值范围.为了准确预测填埋气体的产量,需要在充分调查我国生活垃圾特性的基础上,确定模型参数的合理取值,提高IPCC推荐模型在我国的适用性.