陆地生态系统含硫气体释放研究进展

由自然生态系统释放的含硫气体在全球硫循环中起着重要作用。陆地生态系统主要的自然硫释放源有湿地、土壤、植被、内陆水体和火山等，由自然源释放的含硫气体主要产生于有机硫化物的降解和硫酸盐的还原，同时受温度、光照等环境因素的影响。文章主要综述了对人类有影响的几种含硫气体(DMS、H2S、COS、CH3SH、CS2和DMDS等)从各种自然源释放的情况，同时简要介绍了环境因素如温度、光照、土壤状况、氧化还原条件等对自然源释放含硫气体的影响，最后结合中国的研究现状，指出今后应开展和加强陆地生态系统含硫气体释放通量监测、释放机理及在大气中的转化等方面的研究，以及在此基础上建立含硫气体释放模型。     

水稻土中半胱氨酸分解产生含硫气体的研究

在室内培养条件下,测定了水稻土中含硫气体的释放．结果表明,该土壤中有硫化氢(Ｈ２Ｓ),羰基硫(ＣＯＳ),二甲基硫(ＤＭＳ)三种气体释放．当土壤中加入半胱氨酸后,ＣＯＳ和Ｈ２Ｓ气体的浓度有了明显增加,并有ＣＳ２和ＣＨ３ＳＨ测出,而ＤＭＳ的浓度变化不大．这些结果表明半胱氨酸的分解可能是 ＣＯＳ,Ｈ２Ｓ,ＣＳ２和 ＣＨ３ＳＨ的产生源之一．在好氧(正常大气)条件下,Ｈ２Ｓ,ＣＯＳ,ＣＳ２和ＣＨ３ＳＨ的释放量低于厌氧(氮气氛围)条件下的释放量,ＤＭＳ则高于厌氧条件下．这表明水稻土中半胱氨酸分解产生 Ｈ２Ｓ,ＣＯＳ,ＣＳ２和 ＣＨ３ＳＨ需较强的还原条件,产生这四种气体的微生物需要严格的厌氧条件．产生ＤＭＳ的微生物则比前者需要高一些的含氧量．在光照条件下,各含硫气体的释放量普遍高于无光照条件下的释放量．释放含硫气体的大多数微生物适宜的含水率为５０%且对土壤的ｐＨ值有一定要求．     

环境因素对土壤含硫气体释放的影响

研究了温度、光照条件两种环境因素对添加不同硫源（胱氨酸、硫酸二乙酯和硫酸钠）土壤含硫气体释放的影响。结果表明，随着培养温度升高，含硫气体释放量增大，而且释放气体种类增多。COS在各种不同处理的土样中均有释放。除添加硫酸二乙酯的土样外，其它各种土样COS释放量与培养温度有很好的相关性，相关系数在0．95以上。添加胱氨酸的土样，含硫气体释放明显高于其它土样，光照条件变化对各种含硫气体释放量影响不大，但在弱光和无光照条件下检出的含硫气体种类较多。     

甲硫氨酸和水分对土壤挥发性有机硫化物通量的影响

通过静态箱采样和Entech7100预浓缩仪-GC-MS分析了甲硫氨酸和土壤水分对羰基硫(COS)、二甲基硫醚(DMS)、二硫化碳(CS2)和二甲二硫醚(DMDS)等4种挥发性有机硫化合物(VOSCs)吸收或释放的影响.结果表明,土壤水分主要影响土壤COS和DMS通量,含水量低时,土壤吸收COS,释放DMS;接近或超过最大持水量时,土壤释放COS和DMS,且DMS释放速率显著增加,这可能主要受土壤Eh值的影响.添加甲硫氨酸后,土壤DMDS和DMS释放量显著增加,两者释放量接近所观测四种VOSCs总释放量的100%,说明甲硫氨酸是DMDS和的DMS重要前体物,DMDS与DMS释放速率峰值出现时间相同,而COS与CS2释放速率峰值出现时间基本一致,可能是不同VOSCs受不同土壤微生物和酶的影响所致.     

稻田中有机硫气体释放的研究

分析测定了水稻生长期内含硫气体的释放通量 .分析表明 ,水稻的生理活动对含硫气体的释放有显著的影响 ,水稻主要释放二硫化碳 (CS2 )和二甲基硫 (DMS)气体 .而对羰基硫 (COS)有一定的吸收作用 .水稻田中总硫平均释放强度约为 5 0mg·m- 2 ,施肥对稻田硫的释放有影响     

生物除硫理论与技术研究进展

现今含硫废水、废气的处理并没有得到应有的重视,使得技术发展缓慢。以往通常采用物化方法,这种处理方式不仅投资量大,而且对含硫有害物质的去除并不彻底,而生物方法与物化方法相比,在投资和环保效益方面都有相当积极的作用。文章从硫的生物循环入手,分别介绍了生物除硫的机理和影响因素;描述了下水道中的生物硫循环,提出抑制其中H2S气体释放的经验模型及具体措施。在对厌氧消化系统中硫酸盐还原菌的研究中发现:ρ(COD)/ρ(SO42-)比、碳源、pH值等各影响因素相互作用,共同决定厌氧消化系统中硫酸盐还原菌、产甲烷菌和产酸菌三者之间的抑制及共生关系;无论三者之间的关系如何变化,只要底物中含有一定量的硫酸根,它们必然共同存在于厌氧系统中,并产生硫化氢气体,造成污染。在反硫化细菌的研究中得出:当污水中同时含有硫化物和硝酸根,缺氧条件下,必然产生反硝化除硫的生物代谢过程。利用这一过程,不但能够在无需碳源的条件下有效去除硝酸根,节约的碳源可以用于消化产能;而且能够减少游离硫化氢的排放,或直接以含硫化氢的废气作为硫源。而抑制下水道中硫化氢气体释放的主要手段包括:降低水的紊流程度,增加入流污水的碱度,向下水道内充氧,改善通风环境。文章最后结合理论,介绍了部分用于含硫污水、尾气的生物除硫工艺,并提出了日后的研究方向。     

对流层中CS2光氧化研究

对313nm光照射CS2－O2，CS2－空气（干）和CS2－空气（湿）三种体系的研究结果表明，CS2能吸收313nm光子达激发态CS2^#，CS2^#进一步和O2作用最终COS,SO2,CO等，从三种体系中CS2氧化反应的表观速率常数的比较可见，H2O（g)的存在将增大CS2光氧化速度。对CS2在313nm光照下的氧化反应机理进行了讨论。     

硝酸盐生物氧化沼气硫化氢及微生物群落结构

沼气中的硫化氢(H2S)是一种具有腐蚀性的有毒气体,因此在使用前必须对沼气进行人工脱硫处理.以硝酸盐作为电子受体,设置两个反应器研究在不同沼气进气速率下微生物对H2S去除能力的影响,并分析厌氧污泥的菌群结构和关键微生物种群类型.结果表明在接种污泥的反应器A中,在低进气H2S负荷下,即沼气流速为0.5 L/min时,H2S的去除率在96%以上;在高进气H2S负荷下,即沼气流速为2 L/min、3 L/min和4 L/min时,H2S去除率在20%-35%之间.即随着沼气流速加快,气体停留时间缩短,H2S去除率逐渐下降.未接种污泥的反应器B前6 d H2S去除率逐渐升高,6 d后去除率逐渐下降.厌氧污泥中的微生物生化作用对H2S的去除率有显著影响.微生物群落结构分析结果表明,在反应器运行过程中污泥的微生物种类变化较小.厌氧污泥中微生物群落的优势门是变形菌门(Proteobacteria),优势属是硫杆菌属(Thiobacillus).Sulfurimonas在微生物群落中的相对丰度变化与H2S去除率的变化呈显著正相关.故Sulfurimonas可能是本反应系统中的主要脱氮脱硫菌.     

三江平原小叶章湿地系统硫的输入及输出动态

以三江平原小叶章(Calamagrostis angutifolia)湿地系统为研究对象,应用野外原位观测法研究了小叶章湿地系统硫的大气沉降输入及其输出规律.结果表明大气湿沉降中硫的月均含量变化明显,其原因主要与人类活动、降水强度及频次有关;硫沉降量具有明显的月变化特征,经估算三江平原小叶章湿地硫的年沉降总量(以S计)为113 mg·m-2·a·-1.小叶章湿地H2S、COS的排放通量均具有明显的季节和日变化规律.H2S和COS的平均释放通量(以S计)分别为O.34 μg·m-2·h-1和-0.29μg·m-2·h-1;小叶章湿地系统在生长季向大气排放H2S的量(以S计)为1.42 mg·m-2,从大气吸收COS的量(以S计)为1.83 mg·m-2.小叶章湿地系统硫的输入量远高于硫输出量,其差值为113.41 mg.m-2·a-1,这表明硫在小叶章湿地系统中处于累积状态,湿地存在潜在的酸化趋势.     

厌氧微生物作用下土壤中砷的形态转化及其分配

厌氧微生物作用下土壤中砷的形态转化及分配比例对砷的环境行为与归趋具有重要影响。实验利用张士污灌区土壤负载低浓度砷,研究了厌氧微生物作用下砷的形态转化过程,并通过磷酸盐及盐酸提取土壤中的砷、铁和硫,探讨了砷在土壤中结合形态的变化及土壤矿物结构转化与砷环境行为的关联。实验结果表明,微生物作用下土壤负载的砷被迅速还原为As(III)并释放进入液相,培养24h后液相累积的As(T)量达到16.9μmol·L-1,其中As(III)占液相总砷含量的91%以上;48h后释放的砷被再次固持,液相残留的As(III)浓度仅为1.5μmol·L-1。尽管微生物还原作用造成土壤中铁氧化物的活化,但固相中磷酸盐提取态与盐酸提取态砷所占的比例分别从载砷量的45.3%和49.8%降低到22.0%与0.22%,而体系中硫酸盐还原产生的硫离子的量与砷的释放量保持负相关。可见微生物还原作用下砷发生了活化,释放和再固定的过程,土壤负载的砷从溶解态、吸附态及铁氧化物结合态逐渐被转化为更稳定的硫化物结合态。此研究对于预测土壤中砷的行为与归趋及污染土壤修复具有一定意义。     

羰基硫(COS)在土壤中的吸收与转化

利用静态法研究了羰基硫(COS)在草坪土壤中的吸收与转化过程.土壤对COS的吸收速率与土壤的含水量和温度呈非线性关系,土壤吸收COS的最适宜温度为25℃,含水量为13%.在此条件下,大气COS的估算交换通量为184pmol·g-1(DW)·h-1或598pmol·m-2·s-1.采用GCFID,FPD和IC对土壤吸收COS可能的转化产物进行了测定,结果表明,CO2和SO2-4为主要反应产物,其中约50%的COS最终转化为水溶性硫酸盐,约50%的COS可能转化为其它非挥发性含硫化合物(可能主要为FeS).     

农田土壤温室气体产生机制及影响因素研究进展

农田土壤通过微生物呼吸、植物根系呼吸和土壤动物呼吸,释放大量温室气体,成为大气中主要温室气体(CO2、CH4和N2O)的重要来源.文章在阐述土壤温室气体产生机制的基础上,着重从土壤生物、土壤理化性质(主要包括温湿度、有机质、pH、Eh、土壤质地等)、水肥管理及耕作措施等角度对农田土壤温室气体释放的影响进行了综述,对土壤温室气体的减排措施进行了总结,并就今后农田土壤温室气体的研究重点和方向进行了展望.     

湿式洗涤/过氧化物氧化法脱除甲硫醇恶臭气体:H_2O_2、过二硫酸盐、过一硫酸氢盐的比较

对比了碱性条件下3种过氧化物(过氧化氢H2O2、过二硫酸盐PS、过一硫酸氢盐PMS)对恶臭气体CH3SH的湿式洗涤脱除能力.实验发现在pH=12时,相对于H2O2和PS,PMS脱除CH3SH的效果最好,PMS对CH3S-的降解能力最强,反应迅速且不受pH及自身浓度的影响,不同浓度H2O2降解CH3S-的能力大于PS.随着pH的增加(pH=12、12.5、13),PS降解CH3S-的速率基本不变,而H2O2的降解速率迅速减小.分析发现,降解过程的产物中含有甲磺酸(CH3SO3H),并且是PMS脱除过程中的主要产物.     

湿地生态系统甲烷排放研究进展

湿地是大气CH4的主要自然来源。天然湿地每年向大气中排放的CH4占全球CH4排放总量的15％～30％。在厌氧环境条件下，CH4通过甲烷产生菌的作用而产生；在氧化条件下，CH4通过土壤中微生物的作用而被氧化和迁移。CH4从土壤中的排放和吸收经过几个生物和物理过程。湿地中CH4通量在时空两个方面都有较大变化，这种在空间上的变化与CH4产生、氧化和迁移过程有关，同时受不同地域的特殊因素如水文状况、植物群落、土壤温度等的影响。湿地水文条件是决定CH4排放的关键控制因子，表层土壤温度与CH4排放通量成正相关关系，土壤中氮含量也对CH4排放通量起作用。环境因子与CH4排放间的交互作用是非常复杂的，与CO2相比，CH4的产生在时空两方面更易于变化。目前关于湿地CH4排放的模型多为一维模型，主要模拟CH4在土壤中的产生过程，以及从上覆土壤、植被和水体进入大气的迁移过程；模型一般涉及不同深度的土壤温度、水位和净初级生产力。     

不同溶剂对提取原煤中PAHs种类、含量与分布的影响

以淮北煤田的煤样为研究对象,选取二硫化碳（CS2）、二氯甲烷（CH2Cl2）、正己烷（C6H14）三种溶剂,采用索氏提取法对原煤中的多环芳烃进行提取．利用气相色谱-质谱联用仪对提取液中的多环芳烃进行定量分析,研究了不同溶剂对原煤中多环芳烃种类、含量和分布的影响,通过研究发现,C6H14的提取能力显著低于CS2和CH2Cl2,CS2容易提取低环数的PAHs,CH2Cl2更容易提取高环数的PAHs．     

石油厌氧降解促进CO2的CH4转化

CO2是主要的温室气体,利用油藏进行CO2封存,并结合原油厌氧生物降解产生的H2对其进行CH4转化,将提高原油采收率,减少封存CO2长久潜在的危害.本研究以高矿化度的青海油田油井采出液为研究对象,添加碳酸氢盐进行厌氧培养,以研究其中CO2进行CH4转化的可能性.结果显示,厌氧培养体系中检测到CH4产生.且在培养过程中,碳酸氢盐添加体系内CO2相对含量降低,甲烷相对产量升高,沥青质和芳香烃组分的相对含量降低,表明青海油田油藏中存在产甲烷菌及与产甲烷过程相关的菌群,同时CO2封存利于增强原油的流动性、提高采收率.定量PCR分析表明,碳酸氢盐的添加抑制了部分微生物的生长但古菌在整个体系生命活动中的作用并未减弱,且产甲烷古菌占古菌的相对丰度明显升高.因此,在青海油田利用油藏微生物进行CO2封存并产生新甲烷能源,同时提高原油采收率具有可能性.     

施肥与不施肥措施下小麦田的CO2、CH4、N2O排放日变化特征

二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）是对全球气候变化影响最大的温室气体。由于土壤与大气之间的水热交换需要一定的传导平衡时间,因此土壤温室气体与温湿度之间的关系存在不同的表现形式。目前,有关温室气体研究多集中于季节性排放特征,而关于CO2、CH4、N2O的日变化研究却少见报道。以北京小麦（Triticum aestivuml）农田土壤为研究对象,对施肥和不施肥条件下CO2、CH4、N2O交换通量和气温、土壤温度进行连续观测,来探讨3种温室气体的日变化特征。采用人工静态暗箱法对小麦田土壤进行连续48 h原位观测,每2 h测定1次,每次盖箱时间为30 min。气体样品中的CO2、CH4、N2O用气相色谱仪（Agilent 6890A,FID/ECD）测定。结果表明：施肥与不施肥条件下小麦生育后期麦田土壤CO2、CH4、N2O交换通量具有明显的日变化特征。土壤表现为CH4的吸收汇、CO2和N2O的排放源。CH4的吸收通量、CO2和N2O的排放通量均表现为施肥区＞对照区。CO2、CH4的交换通量的70%以上出现在白天,而施肥区和对照区的N2O白天排放通量分别达到全天的81.8%、91.1%。另外,相关性分析表明,CO2、N2O交换通量的日变化与气温和5 cm地温呈极显著（P＜0.01）或显著（P＜0.05）的正相关关系,且N2O交换通量日变化与10 cm地温呈现极显著的正相关关系,说明温度是影响CO2、N2O交换通量日变化的重要因素;而气温、5 cm地温、10 cm地温对CH4交换通量日变化不存在显著性影响。     

施肥对冬小麦土壤温室气体排放的影响

通过对不同施肥处理下冬小麦（Triticum aestivum）农田土壤温室气体排放的测定,研究了巢湖流域圩区农业生态系统春季土壤温室气体的排放特点。结果表明,土壤温室气体通量与温度等因素正相关,与土壤水分质量分数负相关,不同施肥方式对土壤温室气体排放也有重要影响。土壤系统维持持续的CO2气体排放,土壤是CO2气体的净排放源;CH4的情况则较为复杂,在较低温度条件下,土壤可以吸收少量的CH4气体,随着温度的上升开始出现CH4的净排放。与对照相比,优化施肥、减量施肥＋秸秆还田、常规施肥可减少的温室气体排放量折合CO2体积当量分别相当于减排12.0%、20.5%、17.6%,合理的施肥管理可以大幅度减少温室气体的排放。     

水稻土甲烷氧化菌对镉胁迫的响应

重金属污染影响土壤微生物群落结构与活性,间接影响土壤碳（如CO2、CH4）的生物地球化学循环和全球气候变化。甲烷氧化菌氧化消耗CH4,降低大气中CH4含量,在缓解由温室气体导致的全球温暖化方面起着重要作用。本研究通过短期土壤培养实验,比较研究了不同强度重金属镉（Cd）胁迫下,水稻土中甲烷氧化菌的多度、群落组成及其氧化CH4潜势的差异。结果表明,添加Cd含量越大,水稻土氧化CH4潜势越弱,甲烷氧化菌pmoA基因拷贝数显著减少;甲烷氧化菌多度与水稻土氧化CH4潜势之间存在显著正相关关系（P〈0.001）。群落组成分析发现,在相对低含量Cd（1 mg.kg-1）条件下,有新的甲烷氧化菌菌属出现,而添加较高含量Cd（10 mg.kg-1）时甲烷氧化菌种类减少。总之,Cd胁迫降低水稻土中甲烷氧化菌多样性及其氧化CH4潜势,可能导致原位CH4消耗减少,从而增加稻田CH4排放。     

冻融条件下土壤N_2O排放研究进展

随着全球气候变化以及突发性气候事件频繁发生,温室气体逐渐成为公众普遍关注的问题.作为温室气体的重要组成之一,土壤N_2O气体排放也一直都是研究的焦点.但长期以来开展的土壤N_2O监测大多在作物生长季节,随着研究的深入和领域的拓展,很多试验和数据证实冻融条件下土壤N_2O的排放不容忽视.冻融条件下土壤N_2O排放主要受土壤水分形态和分布,土壤团聚体形成或破碎,土壤微生物种群和数量,以及N_2O产生途径变化等因素影响.从以上几个方面综述了国内外冻融条件下土壤N_2O排放的研究进展.结合作者相关研究结果认为应加强以下重点领域研究:土壤团聚体形成或破碎导致微生物可利用的有机碳的包被或释放,冻融过程微生物种群变化引起对不同氮素形态的利用效率差异.解决这些问题将可以进一步丰富土壤温室气体产排领域的研究内容和理论体系.