河流CO2与CH4排放研究进展

河流作为连接海-陆两大碳库的主要通道,其水-气界面二氧化碳(CO_2)与甲烷(CH_4)排放构成全球碳循环的重要环节,对全球气候变暖的贡献不容小觑.明确河流水体CO_2与CH_4产排过程、时空特征以及控制因素是认识河流生态学功能以及其对变化环境响应的重要内容.基于当前河流CO_2与CH_4排放研究进展,构建河流碳排放动力学概念框架(内源代谢、陆源输入),并从全球尺度、区域尺度、流域尺度综述了河流碳排放时空变异性特征以及存在的研究不足.在理解碳排放动力学概念框架和时空变异特征的基础上,构建了河流CO_2与CH_4动力学控制因子分层框架(内部因子:有机质、温度、营养盐;外部因子:水文、地貌、人类活动),深入探讨了河流碳排放的关键影响因素.最后,根据当前研究中存在的不足,提出河流碳排放应将纳入区域陆地碳平衡过程,今后研究重点应包括流域尺度上河流CO_2与CH_4内源产生与陆源输入相对贡献的量化研究、不同界面CO_2与CH_4产生与排放过程研究、高时空分辨率的监测数据的补充以及变化环境与人类活动干扰下河流碳排放的响应过程等,为理解河流生态学过程及生态系统功能提供基础,同时为我国进一步深入开展相关研究提供借鉴.     

去除城市生活污泥中有机络合态金属强化其厌氧生物制气

为提高城市生活污泥厌氧消化沼气产率,本文考察了通过金属络合剂EDTA预处理污泥,以去除城市生活污泥中有机络合态金属,强化其厌氧生物制气的效果.结果表明,经EDTA预处理去除金属后的污泥(实验组)较未预处理的污泥(对照组)的有机络合态金属含量减少[(5.09±0.57)%~(1.37±0.20)%,以TS计],溶解性有机质显著提高(SCOD提升627%),暗示该预处理方法能够极大地去除有机络合态金属并强化污泥有机质的溶出.通过测定污泥有机质溶出表观活化能发现,实验组污泥有机质溶出表观活化能比对照组降低36%,表明预处理能够有效降低有机质溶出反应的能量壁垒.污泥厌氧发酵研究发现,在16d的污泥厌氧产酸实验中,实验组VFAs浓度高于对照组,较对照组最大提升42%;在22 d的污泥厌氧产甲烷测试实验(BMP)中,实验组单位有机质累积甲烷产量比对照组增加48%,表明EDTA预处理对提高污泥厌氧消化产沼气具有重要的作用.通过进一步产沼气动力学研究发现,实验组的产沼气限速步骤在产甲烷阶段,而对照组限制于水解阶段,表明经EDTA预处理能有效地破除城市生活污泥厌氧消化过程的水解限速.     

福建省地级市人为源活性氮排放及其特征分析

在人口增长和快速城市化的背景下,活性氮排放对生态环境的影响日益加剧.为研究省级尺度活性氮排放规律,采用排放因子法建立2000、2005及2010年福建省人为源活性氮排放清单,分析各地市3个年份活性氮排放量及排放强度特征.结果表明,3个年份福建省活性氮排放总量分别为538.4、587.0和619.97 Gg,呈整体增加趋势.在9个地级市中,增速最快的为莆田市,而漳州市排放量有所下降.排放量最大的为漳州和泉州,排放量最小的为宁德与厦门.从排放来源看,90%以上的排放来自农田生态系统和畜禽养殖系统.能源活动贡献较小,但其排放增长最为显著.2010年,各地市单位面积活性氮排放强度呈"东南沿海高西北内陆低"的格局,最高为厦门市,最低为三明市;GDP和人口排放强度则呈"东南沿海低西北内陆高"的格局,最高为南平市,最低为厦门市.在分析各地市活性氮排放源特征的基础上,探讨了不同地区活性氮减排重点,研究结果可为福建省及下辖各地市活性氮减排提供科学依据.     

厌氧发酵处理庆大霉素菌渣的可行性及条件优化

采用厌氧发酵处理庆大霉素菌渣,考察了含固率、接种比、接种污泥、发酵底物等因素对庆大霉素菌渣厌氧发酵的影响,并用累积净甲烷产量衡量庆大霉素菌渣进行厌氧发酵的可行性及发酵程度。试验结果证实了庆大霉素菌渣进行厌氧发酵的可行性,其中含固率和接种比对发酵的影响较大,最佳条件为含固率5%,接种比1/3;对比试验所用3种接种污泥,发现接种某造纸厂污水处理IC反应器的厌氧颗粒污泥效果最优,在最优含固率和接种比的条件下,累积净产甲烷量为28.21 m3/t;此外,试验还证实,采用不同菌渣的联合发酵表现出了明显的协同作用,在最优条件下,庆大霉素菌渣与林可霉素菌渣按1∶2的比例联合发酵的产甲烷量可达到37.5 m3/t。     

含硫化合物对Methylosinus trichosporium OB3b生长和合成聚-β-羟基丁酸酯的影响

为了将人类活动排放的含有甲烷的废气用于聚-β-羟基丁酸酯(PHB)合成过程,以M.trichosporium OB3b为菌种,考察硫化氢(H2S)和甲硫醚(DMS)对甲烷氧化菌生长和PHB合成的影响。实验结果表明,H2S浓度高达2 500μmol/mol时对甲烷氧化菌生长及甲烷单加氧酶(MMO)活性基本无影响,含H2S时的PHB含量和产率比无H2S时高,甲烷氧化菌经H2S培养后PHB合成能力增强。然而,DMS浓度为200μmol/mol时即可明显抑制甲烷氧化菌的生长及MMO活性。在DMS存在条件下,PHB含量和PHB产率都明显降低,经DMS培养后甲烷氧化菌的PHB含量进一步降低。     

餐厨垃圾厌氧消化运行试验研究

采用猪粪厌氧消化的消化污泥为接种物,在中温(37℃)条件下,以连续进料的方式对餐厨垃圾的湿式厌氧消化进行了启动以及运行试验,监测整个实验过程中产气量、pH、VFA、碱度等能够反映厌氧消化的系统指标。结果表明:本实验中系统最佳有机负荷为2.8 kg/(m~3·d)(以VS计),超过此负荷后,依靠系统自身恢复和人工调节,pH很难恢复正常运行状态。正常运行过程中,pH稳定在7.5~8.0,VFA稳定在2 000 mg/L左右,碱度在6 000~9 000 mg/L,氨氮在1 500~2 000 mg/L,底物含水率为96%~98%。系统超负荷运行后,产气量和pH下降,VFA浓度上升,碱度、氨氮、含水率基本保持稳定。     

极低风速条件下水-气界面甲烷气体传输速率分析

薄边界层理论被广为用来计算水-气界面气体通量,而气体传输速率(k600)则是其中的关键性环境因子.为了研究极低风速下小型浅水湿地水-气界面甲烷气体传输速率,以宜昌饮用水水库梅子垭水库和周邻5个富营养化池塘为研究对象,采用静态通量箱进行了为期一年的水-气界面甲烷气体通量观测,同步监测了水环境因子和气象因子.野外监测时的风速(U10)范围为0~0.75 m·s~(-1),平均值约为0.19 m·s~(-1);水温(Tw)变化范围为6.3~30.9℃,平均值约为19.3℃.结果表明,梅子垭水库和周边5个池塘水-气界面甲烷气体传输速率较小,在0.20~1.99 cm·h~(-1)之间变化,平均值约为0.50 cm·h~(-1).本研究利用表层水温和风速指标两个参数的双二次项模型和二次项加幂函数模型,回归得到了气体传输速率的数学公式,回归结果与原始数据和对k600进行深度平均(bin-averaged)后的数据均存在极显著性关系.     

地膜覆盖对菜地生态系统N2O排放的影响

为了探讨地膜覆盖对菜地N_2O的排放通量、土壤剖面N_2O浓度以及土壤温度和湿度的影响,选取西南地区常见菜地(辣椒-萝卜轮作)为研究对象,采用静态暗箱/气相色谱法,进行了为期1 a的野外观测实验.结果表明,在辣椒季,常规处理(不覆膜)N_2O的平均排放通量为1000.0μg·(m~2·h)~(-1),覆膜处理为400.6μg·(m~2·h)~(-1),覆膜显著低于常规处理(P0.05);而在萝卜季,N_2O的平均排放通量则表现为覆膜处理[128.1μg·(m~2·h)~(-1)]高于常规处理[107.8μg·(m~2·h)~(-1)],但两者差异未达到显著水平(P0.05).覆膜和常规菜地土壤中N_2O含量均基本随土层深度的增加而增加,表现为:30 cm20cm10 cm,相同处理各层次土壤N_2O含量间均呈显著相关,不同处理相同深度处的土壤N_2O含量间也存在显著的正相关关系.对不同土层中的N_2O含量与地表N_2O排放通量的相关性分析可得出,常规处理各土层处的N_2O含量与地表N_2O排放通量呈显著正相关关系.覆膜处理的N_2O排放通量仅与30 cm深土壤中的N_2O含量存在显著正相关关系.通过对土壤湿度和温度的观测可以得出,地膜覆盖对土壤的增温效应在夏季更加明显,对土壤的保水作用在秋冬季更加突出.相关性分析和主成分分析结果表明,土壤中氮素形态是决定农田N_2O排放最重要的因素,其中常规菜地N_2O排放主要受土壤中总氮含量的影响,而覆膜菜地N_2O的排放对土壤中无机态氮含量的变化更加敏感.     

双季稻田CH4和N2 O排放特征及品种筛选研究

通过大田小区实验,采用静止箱-气相色谱法对早晚两季水稻品种CH4与N2O排放通量进行了观测.结果表明,早稻CH4排放季节变化呈单峰模式,N2O排放呈双峰模式;晚稻CH4与N2O排放季节变化均呈单峰模式.CH4、N2O季节平均排放通量品种间均存在显著差异(P<0.05).早稻品种CH4、N2O季节平均排放通量极差分别为0.58 mg.(m2.h)-1、5.89μg.(m2.h)-1,晚稻为4.06 mg.(m2.h)-1、5.70μg.(m2.h)-1;早稻品种温室气体排放的增温潜势、单位产量增温潜势极差分别为2.92 kg.hm-2、0.097 kg.kg-1,晚稻分别为2 256 kg.hm-2、0.28 kg.kg-1.增温潜势、单位产量增温潜势比较,常规稻>超级杂交稻>杂交稻.早稻无水稻种植区CH4、N2O季节排放通量分别是水稻种植区的27.1%～31.8%、33.6%～88.3%;晚稻分别是23.8%～28.8%、38.6%～45.3%.早稻适宜种植品种为陆两优819、金优402、湘早籼24号,晚稻品种为岳优9113、湘晚籼12号.     

基于多区域投入产出(MRIO)的中国区域居民消费碳足迹分析

近年来,居民消费活动和环境的关系逐渐受到关注,而与温室气体排放相关的研究更是其中的热点.因此,本文采用“居民消费碳足迹”概念来定义特定居民消费活动所导致的直接和间接温室气体排放的总和,主要包括CO2、CH4、N2O3种温室气体;构建了基于环境扩展的多区域投入产出(Multiregional input-output,MRIO)模型的碳足迹核算方法,并以2007年中国8个区域为例对其居民消费碳足迹的数量、构成、分布及转移进行了分析.结果显示,2007年全国居民消费碳足迹总量达到31.74亿t(以CO2当量计).此外,碳足迹还呈现出区域差异明显、间接排放大于直接排放、城乡差距过大等特征.人均碳足迹方面,发展水平较高的京津、东部沿海地区明显高于相对滞后的西北、西南区域.研究还对碳足迹的区域分布和转移进行了深入探讨.结果发现,东北、京津、西北和西南区域转移收支为负,表示这些区域为其他区域承担的排放大于其他区域为其承担的排放;剩余的北部沿海、东部沿海、南部沿海和中部区域情况则正好相反.这些结果对现阶段中国制定具体区域消费政策或分配碳减排责任等具有参考价值;本研究的方法论也适用于研究其他环境因子及足迹因子与居民消费的关系.