季节性人工河滨湿地甲烷排放

2008年11月—2009年10月在美国俄亥俄州哥伦布市Olentangy河河滨湿地公园中具有14年历史的补偿河流分岔季节性人工湿地中,运用静态箱-气象色谱法测定了季节性人工湿地中甲烷（CH4）时空排放通量。结果表明：1）CH4排放通量非常低,全年的平均值（以CH4-C计）仅为0.09 mg·m-2·h-1;2）CH4排放通量具有明显的季节性变化规律,年周期的CH4排放通量呈单峰型变化规律,6月份出现排放峰值,但CH4排放通量与土壤温度却无显著相关性;3）季节性人工湿地中心区和边缘区域中的CH4排放量分别为0.03（0.06）和0.03（0.12）mg·m-2·h-1,无显著性差异（P〉0.05）。因此,可见通过设计具有既长又浅形状和湿-干-湿交替水文条件的人工湿地,不仅可应用于其他的河流冲积平原的修复,也可在不同的气候和水文条件下检验其生态服务功能。     

复合垂直流人工湿地基质氧化还原酶活性研究

对复合垂直流人工湿地系统(IVCW)基质中5种常见的氧化还原酶活性进行了研究.结果表明,氧化还原酶活性存在显著性季节差异,过氧化物酶在春、夏、秋三季的酶活性显著高于冬季的酶活性(P＜0.05);多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性最高在秋季;脱氢酶在夏、冬两季时酶活性显著高于秋季和春季的酶活性(P＜0.05);硝酸盐还原酶在春、冬季时显著高于夏、秋季(P＜0.01).空间分布上,除过氧化物酶外,湿地下行流池的酶活性显著高于上行流池,并且随着基质深度的增加递减;但基质硝酸盐还原酶各层之间差异不显著.图6表3参17     

武汉三角湖复合垂直流人工湿地对重金属元素的去除研究

对武汉三角湖复合垂直流人工湿地进出水口中10种重金属元素（As、Ba、Cd、Cr、Cu、Li、Mn、Ni、Pb、Zn）去除进行了周年监测（2007年2月—12月）。人工湿地进水口重金属含量较低,无超标重金属元素。三角湖人工湿地进水口重金属元素含量排序为：Ba〉Mn〉Zn〉Li〉Cu〉As〉Pb〉Cr〉Ni〉Cd。三角湖人工湿地出水口对重金属去除效果排序为：Cd〉As〉Mn〉Pb〉Zn〉Cr〉Cu〉Ba〉Li〉Ni。研究表明复合垂直流人工湿地可以有效的去除重金属,对受污染水体水质改善和水生态系统恢复具有重要意义。     

复合垂直流构建湿地对邻苯二甲酸二丁酯的净化效果

利用复合垂直流构建湿地系统去除邻苯二甲酸二丁酯 (DBP) ,在处理DBP浓度为 9 84mg·l- 1的进水实验中 ,显示了良好的去除效果 .复合垂直流构建湿地系统独特的结构和水流方式 ,为湿地微生物活动制造了更有利的生境 .系统基质对DBP具有很强的吸附作用 ,以DBP为碳源的细菌和真菌对DBP的降解起了主要作用 ;处理系统下行流池具有较高的微生物丰度 ,是DBP降解的主要场所 .植物在构建湿地系统去除DBP的过程中起到了不可忽视的作用 .总之 ,复合垂直流构建湿地中基质、微生物和植物协同作用有利于DBP的净化 .     

垂直流-水平潜流复合人工湿地深度处理电镀废水的效果

采用垂直流-水平潜流复合人工湿地对金华清湖电镀厂排放的电镀废水尾水进行深度处理,研究复合人工湿地对电镀废水的深度净化效果,并对复合人工湿地在低(30 cm·d-1)、高(55 cm·d-1)水力负荷条件下的去除效果进行对比试验,探讨水力负荷对复合人工湿地处理能力的影响.复合人工湿地主要由调节池、垂直流人工湿地、水平潜流人工湿地和集水池四部分组成,电镀厂化学沉淀处理后的尾水先经一级垂直流人工湿地的基质和植物根系的过滤、吸附作用,刺激微生物活性,再流入水平潜流人工湿地完成二级处理,依靠植物、微生物、基质三者的联合作用从而使电镀废水得到深度净化.其中,垂直流人工湿地种植凤眼莲(Eichhornia crassipes)、稗草(Echinochloa crusgalli)和空心莲子草(Herba Alternantherae)3种水生植物,潜流人工湿地种植藨草(Scirpus triqueter)、黄菖蒲(Iris pseudacorus)、芦苇(Phragmites communis)、千屈菜(Lythrum salicaria)和美人蕉(Canna indica)5种水生植物.结果表明,复合人工湿地对电镀废水的净化效果非常显著,对Zn、Cu、Cr、Mn四种重金属和COD具有很高的去除率,处理后Zn、Cu、Cr、Mn和COD的质量分数分别为15.9%、12.4%、15.2%、28.5%和32.9%.其中,Cu、Mn和COD出水符合<污水综合排放标准>(GB8978-1996)一级标准,而Zn、Cr虽有很高的去除率,但并未达到标准.研究同样表明,复合人工湿地对电镀废水的去除效率存在一个最适宜的处理时间,过短和过长的处理时间都不利于污染物的去除.低、高水力负荷对比试验研究表明,水力负荷对COD的去除效果影响较大,对Zn、Cu、Cr、Mn的影响较小;在高水力负荷条件下,复合人工湿地对Zn、Cu、Cr、Mn四种重金属仍然具有很高的去除率,其质量分数分别降到32.3%、27.7%、30.8%、43.2%.     

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。     

垂直流人工湿地去除布洛芬和罗红霉素的影响因素分析

选择典型消炎药布洛芬和抗生素罗红霉素作为研究对象,研究垂直流人工湿地中植物、水力停留时间、进水方式对布洛芬和罗红霉素的去除效果的影响.结果显示,在湿地种植的美人蕉、花叶芦竹、伞草和无植物对照组中,美人蕉组去除布洛芬的效率最高(69.74%),花叶芦竹对罗红霉素的去除效果最好(94.06%);在0—4 d范围内设置水力停留时间(HRT),发现增加水力停留时间可以使布洛芬更加充分的被人工湿地中生物降解,它的最佳水力停留时间为4 d,而罗红霉素在HRT=4 d时的去除效率与HRT=2 d相比并没有显著提高(P0.05),却增加了运行成本,故2 d才是罗红霉素相对合适的水力停留时间;两种药物的去除效率还受进水方式的影响,快速进水的进水方式有利于布洛芬和罗红霉素的去除.通过方差分析发现,去除布洛芬时,美人蕉去除效果并未显著优于花叶芦竹和伞草组(P0.05);在去除罗红霉素时,花叶芦竹的去除效果显著优于美人蕉组和伞草组(P0.05),伞草与美人蕉组没有显著差异(P0.05);3组有植物组的人工湿地对布洛芬和罗红霉素去除效果均明显好于无植物组(P0.01);罗红霉素实验组植物类型与进水方式交互作用显著.     

复合垂直流构建湿地净化酞酸酯的初步研究

为考察湿地对特殊污染物酞酸酯的净化作用，在温室中建造了专门用于酞酸酯研究的2套下行流-上行流湿地小试系统，1号系统邻苯二甲酸二丁酯（DBP）和邻苯二甲酸二（2-乙基已基）酯（DEHP）污染负荷分别为19.86mgL^-1和3.16mgL^-1,2号系统DBP和DEHP污染负荷分别为9.84mgL^-1和1.58mgL^-1，试验时间为45d。水力负荷为420Ld^-1。结果表明：构建湿地对人工配置污水中的酞酸酯有很好的净化效果。平均去除率达到99.95%以上，出水酞酸酯质量浓度为10^-9级，均低于国家排放标准（GB8978-1996）.     

不同污染负荷对废砖垂直流人工湿地处理农村生活污水的影响

废砖垂直流人工湿地是采用农村废弃建筑垃圾和秸秆为填料的一种新型"以废治废、变废为宝"的人工湿地。农村生活污水水质波动大,污染负荷变化大,为了摸清在不同污染负荷变化情况下,废砖垂直流人工湿地系统的处理效果如何,以常规石灰石人工湿地为对照,选择不同污染负荷的农村生活污水为供试污水,研究废砖垂直流人工湿地在不同污染负荷下对污染物的处理效果。结果显示,不同污染负荷下,废砖人工湿地系统对污染物的去除存在显著差异(P0.05),在污染负荷1 [ρ(TN)=10 mg·L~(-1),ρ(TP)=1 mg·L~(-1),ρ(COD_(Cr))=10 mg·L~(-1)]和污染负荷2 [ρ(TN)=20 mg·L~(-1),ρ(TP)=3 mg·L~(-1),ρ(COD_(Cr))=200mg·L~(-1)]情况下,系统显示较好的污染物去除效果,出水TN和NH_4~+-N质量浓度满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B类水质标准。废砖人工湿地系统对污染物的去除效果要优于石灰石人工湿地。废砖人工湿地的TP去除率在4个不同污染负荷下分别可达到86%、74%、64%、61%;在污染负荷为3[ρ(TN)=40mg·L~(-1),ρ(TP)=7mg·L~(-1),ρ(COD_(Cr))=300 mg·L~(-1)]情况下,废砖人工湿地系统对COD_(Cr)的去除率可达到83%。污染负荷变化,会影响系统微环境指标的变化。不同污染负荷的变化对系统的净化效果具有显著影响。该研究结果可为废砖人工湿地系统实际运行和进一步优化提供重要实际参考价值。     

施肥对稻田甲烷排放的影响

采用自动连续测量系统，对不同施肥情况下稻田甲烷排放通量进行了监测。结果表明：施肥是影响稻田甲烷排放的重要因素。增施有机肥会导致甲烷排放量增加．应用化肥可降低甲烷排放，有机肥加倍处理，３２ｄ甲烷总排放量１６．４０ｇＣＨ＿４／ｍ￣２，是化肥加倍处理的１．５６倍；常规施肥处理介于两者之间。略高于常规加倍处理。肥料种类对甲烷排放量也有影响。全施有机肥高于有机肥加化肥（１：１）组，施沼渣肥组次之，全化肥组排放量最低，不到全有机肥处理排放量的１／５．有机肥又以施人畜粪的甲烷排放率最高，绿肥次之，沼渣肥和稻草的甲烷排放率最低。有机肥的多级利用是减少稻田甲烷排放的一条重要途径。     

耕种方式对稻田甲烷排放的影响

通过田间试验研究了稻田2种土壤耕作强度(深翻耕和浅旋耕)和3种水稻栽培方式(直播、抛秧和插秧)下的CH4排放规律,以探讨稻田土壤耕作强度和水稻栽培方式对CH4排放的影响。结果表明,各水稻栽培方式下,深翻耕和浅旋耕稻田CH4排放季节变化趋势一致。土壤耕作强度对稻田CH4季节排放总量的影响受水稻栽培方式的制约:抛秧方式下,浅旋耕与深翻耕处理相比,稻田CH4排放量减少31.37%(P0.05);而直播和插秧方式下,2者CH4季节排放总量相当。水稻栽培方式显著影响稻田CH4排放季节变化规律:直播稻田CH4排放大致呈现"双峰型"模式,且水稻生育前期CH4排放水平较低;而移栽稻田(抛秧和插秧)CH4排放大致呈现"三峰型"模式,且水稻生育前期CH4排放水平较高。与深翻耕抛秧相比,深翻耕直播和深翻耕插秧稻田CH4排放分别减少23.31%和42.51%;而浅旋耕方式下,3种水稻栽培处理CH4季节排放总量相当。降低土壤耕作强度,以浅旋耕代替深翻耕,可以减少耕作对土壤的扰动,在一定程度上减少稻田CH4排放。与水稻移栽相比,水稻直播能够显著降低水稻生育前期CH4排放,具有一定的CH4减排潜力,但仍需加强中后期田间水分管理。     

湿地甲烷的产生、氧化及排放通量研究进展

甲烷研究已倍受科学界关注,不仅由于其对全球变暖的贡献仅次于二氧化碳,贡献率达25%,还因为单分子甲烷的增值潜势是二氧化碳的15~30倍.湿地是甲烷的重要来源,估计湿地生态系统对全球甲烷排放的贡献率约为20%,即为100~200Tg a?1.湿地甲烷在厌氧条件下产生,在土壤氧化层以及根际中部分氧化,然后通过土壤、水体和植物体排放到大气中去.就近10a来湿地甲烷产生、氧化、传输过程及其影响因素等的研究进展进行了综述.产甲烷菌的研究主要集中在其对环境因子的生理生态和分子生物学,尤其集中在稻田产甲烷菌的研究上,因此在深度和广度上都有待突破.产甲烷过程是一个复杂的生化过程,要对甲烷排放量估计、甲烷排放动态研究以及在甲烷排放建模等方面取得进展,必需在甲烷产生机制上进行突破.甲烷氧化菌的研究集中于菌群对环境的适应以及其自身氧化能力上,应用研究还不是很深入.甲烷氧化过程的研究已经有了一定的深度,但氧化过程具体机理的研究还有待进一步深入,这需要分子生物学以及基因组学等多学科的交叉.甲烷传输过程是研究甲烷排放动态的基础,目前相关研究较少,国内有关研究主要集中在稻田研究上,对高寒湿地的研究则几乎是空白.湿地甲烷通量的研究是目前温室气体研究的热点问题,但主要解决的问题是大气中甲烷气体浓度增加与湿地甲烷通量的关系.湿地甲烷通量是由多种因素决定的,对影响湿地甲烷通量的因素的研究相当丰富,特别是近年来对生物因素的关注.由于学科的发展,近10a在这方面的研究较之过去更为全面和系统.图1表1参68     

温度对东北平原水稻田甲烷排放的影响

水稻(Oryza sativa)田是农业环境中甲烷(CH_4)排放的重要来源。在东北水稻主产区三江平原和辽河平原开展典型水稻田CH_4排放监测、分析CH_4排放与温度之间的关系,对制定合理的减排措施来降低水稻田温室气体CH_4排放具有的一定参考意义。该研究将两地2017—2018年水稻田CH4的高频通量、温度、水稻生育期数据相结合,研究CH4的排放过程、不同时间尺度的排放特性及其在不同生育阶段对温度变化响应的敏感性。结果表明,2017年三江平原和辽河平原CH4的年排放量分别是26.77 g·m~(-2)和16.17 g·m~(-2)。两地2018年CH_4的排放量均比2017年明显增加,年际变化差异显著。三江平原6月和7月排放量最大,分蘖期是CH_4排放高峰,最大排放速率为0.127μmol·m~(-2)·s~(-1),非生长季基本无CH_4排放。辽河平原拔节抽穗期和成熟期是CH_4排放高峰,7月CH_4月排放量最高,拔节—抽穗期的排放速率增加至0.102μmol·m~(-2)·s~(-1),然后逐渐减少,生长季末出现第三个峰值,在非生长季存在CH_4排放弱日变化。2018年与2017年的气温持平,但5—9月土壤温度比2017年略有升高。三江平原生长季夜间CH_4排放与土壤温度符合指数相关关系,孕穗到排水前CH_4排放对温度变化最敏感(温度敏感性系数Q10=11.336),辽河平原只有泡田到返青期CH4排放与土壤温度符合指数相关关系(温度敏感性系数Q10=2.846)。三江平原和辽河平原典型水稻田的灌溉制度、淹水条件、种植方式基本相同,而辽河平原水稻田CH_4排放比三江平原水稻田低。土壤温度变化对三江平原水稻田CH_4排放速率的影响比辽河平原强。     

施肥对稻田甲烷与氧化亚氮排放的影响

大气温室气体浓度的升高引起太阳辐射加强,导致全球变暖已成为不争的事实。农田是温室气体排放的重要来源之一,采用静态箱-气相色谱法探讨不同氮肥类型与施氮水平对华南稻田甲烷（CH4）与氧化亚氮（N2O）排放的影响。试验共设置5个处理,每处理3次重复,分别（以N计）为U6（90 kg·hm-2）,U10（150 kg·hm-2）,U12（180 kg·hm-2）,SR10（150 kg·hm-2,缓释肥）,CR10（150 kg·hm-2,控释肥）。各处理磷钾肥用量一致,分别为45 kg·hm-2（以P2O5计）和127.5 kg·hm-2（以K2O计）。研究结果表明：稻田CH4与N2O排放量随氮肥用量的增加呈增加趋势。晚稻CH4排放呈单峰型,其峰值出现在水稻移栽后16~23 d,N2O排放并未出现明显的排放峰。CH4累积排放主要发生在返青-分蘖初期和分蘖盛期-幼穗分化期两个时段,而N2O的累积排放主要集中在灌浆-成熟期（U6处理除外）。不同氮肥类型处理CH4季节排放总量与平均排放量表现为：处理SR10〉处理U10〉处理CR10,其中,控释肥处理甲烷排放总量较常规尿素处理减少了11.3%;而N2O季节排放总量与平均排放量表现为：处理CR10〉处理U10〉处理SR10。综上,初步认为氮肥的施用能够促进CH4与N2O的释放,缓释肥处理能有效减少稻田N2O的排放,而控释尿素处理能明显降低稻田CH4气体的排放,且稻田CH4与N2O的排放存在一定的互为消长关系,因此如何平衡稻田甲烷与氧化亚氮释放,使稻田增温潜势最小化是下一步研究的重点和方向。     

不同耕作制度对南方稻田甲烷排放的影响

以南方稻田温室气体甲烷排放为研究对象,选取冬季休闲和种植绿肥作物紫云英(AstragalussinicusL.)两种主要模式,在早稻(OryzasativaL.)移栽之前进行旋耕和翻耕两种处理,以全年休闲为空白对照,利用静态箱法测定甲烷排放通量。结果表明,甲烷排放在水稻抽穗期达到极大值,至收获甲烷排放呈减少趋势,以无稻全年休闲区甲烷排放通量最低,在抽穗至收获阶段平均排放速率为3.43mg·m-2·h-1,冬闲及冬季种植紫云英处理分别比无稻休闲区排放通量高114.3%和420.3%;甲烷浓度具有强烈的空间异质性,地表以上50cm空间内,早稻抽穗至成熟阶段甲烷浓度是大气甲烷浓度的35.2倍;稻田甲烷高浓度低排放速率以及低浓度高排放速率现象表明,甲烷排放速率与其浓度之间具有非一致性。     

不同类型河滨湿地甲烷和二氧化碳排放初步研究

湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用。湿地在低氧环境中促进碳累积的同时产出温室气体——甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2),湿地的碳源和碳汇功能近来成为全球气候变化研究关注的重点问题。对于保护和修复湿地等生态工程措施与湿地温室气体排放量之间的关系还不明确。运用了静态箱-气相色谱法,对Olentangy河湿地研究中心的4种不同类型河滨湿地(人工种植人工湿地、自然演替人工湿地、半人工湿地和自然湿地)甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)排放时空规律进行了研究,探讨了湿地土壤温度、水文条件等环境因子对CH4、CO2排放的影响。结果表明,不同类型河滨湿地的CH4和CO2排放量具有显著的时空异质性,甲烷排放速率(中值)为:自然湿地(CH4-C 0.33~85.7 mg·m-2·h-1)人工湿地(CH4-C0.02~20.5 mg·m-2·h-1)半人工湿地(CH4-C-0.04~0.09 mg·m-2·h-1)。CO2排放通量的中值(平均值)分别为9.8(19.2)、13.5(20.6)、24.7(36.0)和33.7(40.3)CO2-C mg·m-2·h-1。在湿地1、湿地2和河道边湿地中的CH4排放量与土壤温度显著性相关,相关系数分别为0.88、0.86和0.85;湿地1、湿地2和牛轭湖湿地CO2通量与土壤温度相关性显著,相关系数分别为0.63、0.54和0.67。土壤含水率与甲烷排放量具有一定的相关性;与二氧化碳排放通量具有显著负相关性。土壤碳含量与其相应的CH4和CO2排放量之间关联度都较高。在同一区域淡水河滨湿地中,自然湿地的CH4和CO2排放通量均大于恢复湿地,CH4和CO2排放的空间异质性是由于洪水冲击频率、土壤状况、地下水位及净初级生产力等因素决定的。