气相色谱法测定稻田甲烷排放通量

介绍了用碳分子筛作为固定相的气相色谱法测定甲烷排放通量。其方法简便、快速、准确,并且大气样品不必经过冷冻干燥脱水等处理步骤。应用该方法,1994年在华南农业大学晚稻田水稻生长期内,采样测定计算的甲烷平均日排放通量为8.34 mg(m2·h),基本代表了广州地区稻田的甲烷排放通量。      

干湿交替条件下不同晶型铁氧化物对水稻土甲烷排放的影响

以典型华南水稻土为研究对象,通过室内恒温培养试验,分析了不同水分条件下[干湿交替(DW)和持续淹水(CF)]不同晶型铁氧化物[水铁矿(SF)和赤铁矿(SH)]对水稻土CH4平均排放速率及产CH4潜力的影响.结果表明,与CF相比,DW处理的CH4平均排放速率平均减少了61%以上;与没有添加铁氧化物的处理相比,铁氧化物抑制了53%的CH4排放.DW与铁氧化物的耦合抑制了65%~94%的产CH4平均排放速率及57%~93%的产CH4潜力,抑制效果明显高于DW或铁氧化物的单独作用.其中DW耦合晶型较弱的水铁矿(SF-DW)所产生的抑制效应(94%)明显高于DW耦合晶型较好的赤铁矿(SH-DW,65%).统计分析结果表明Fe(Ⅲ)浓度与水稻土CH4排放速率存在显著负相关性(R2=-0.98,P<0.01).且实验结果表明,DW可以加速Fe(Ⅲ)的循环再生,而晶型较弱的SF易还原性使其Fe(Ⅲ)的循环再生更易受到DW的影响.上述结果说明,DW可以促进铁氧化物对水稻土CH4排放及产CH4潜力的抑制效应,且干湿交替与晶型较弱的水铁矿的耦合效应比干湿交替与晶型较高的赤铁矿的耦合效应更为显著.     

碳、氮物质对水稻田土壤甲烷氧化活性影响的研究

研究了碳素和氮素物质对黄松田土壤中甲烷氧化菌种群及其甲烷氧化活性的影响，结果表明，加入不同碳素或氮素物质对黄松田土中甲烷氧化菌种群的数量变化无显著性影响，但对土壤氧化外源甲烷烷尖性却具有显著性影响，且不同浓度的同一物质对黄松田土壤氧化外源甲烷速率的影响也不相同，甲烷氧化代谢途径中的中间产物（甲醇和甲酸）较非甲烷氧化代谢途径中的中间产物和能促进土壤产甲烷菌产甲烷活性的碳源物质（酵母膏，葡萄糖和乙酸）可更强烈地抑制土壤氧化外源甲烷的活性，有机氮素物质对黄松田土的甲烷氧化速率的影响要较无机氮素质质弱，在无机氮素物质中，硝酸盐对土壤氧化外源甲烷活性的抑制强度要强于铵盐类物质，NH3要比NH^ 4对甲烷氧化菌的甲烷氧化活性具有更强的抑制作用，一旦黄松田土的甲烷氧化活性受到碳，氮物质的抑制，恢复其氧化外源甲烷活性就需要较长时间，且受到抑制的过程越,恢复所需时间也越长。     

反刍动物甲烷排放及其对全球变暖的影响

本文讨论了反刍动物的甲烷排放，影响排放量的因素、减少排放量的途径，以及反刍动物甲烷排放对全变暖的作用等问题。指出了当前存在的主要问题和将来的变化趋势。     

甲烷13C同位素比值表征温度对甲烷生成途径的影响

采用测试气相碳同位素比值的方法比较了中温厌氧降解和高温厌氧降解过程中甲烷(CH4)生成途径的差异,表征了生活垃圾厌氧消化过程CH4生成途径的演变,并结合气液相化学组分和产甲烷菌荧光原位杂交(FISH)分析对同位素表征结果进行了验证.中温(35℃)条件下,垃圾降解初期甲烷13C同位素比值(δ13CH4)下降至-69.5‰,表明此阶段CH4主要产生自CO2还原途径;随着垃圾降解进入快速产CH4阶段,δ13CH,值相应迅速上升至一23.8%o,说明乙酸发酵逐渐成为CH4生成的主要途径,FISH实验结果也发现此阶段以乙酸发酵型产甲烷菌Methanosarcinaceac为主;当产CH4速率逐渐减小进入稳定期时,δ13CH,值迅速降低至-55‰后相对稳定,说明乙酸发酵途径的比例减小,并且维持在较稳定的水平.高温(55℃)条件下,δ13CH4值始终维持在约-70‰,表明甲烷主要由CO2还原作用生成,在快速产CH4,阶段,乙酸氧化和CO2还原作用是CH4生成的重要途径.     

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%.     

基于支持向量回归模型的水稻田甲烷排放通量预测研究

利用静态箱和气相色谱仪法获取水稻田甲烷排放通量数据,选取大气温度、土壤5 cm深温度、土壤pH、土壤Eh、土壤含水量和地表生物量作为影响因子.应用建立在结构风险最小化优化上的支持向量回归(ε-SVR)模型,采用留一法交叉检核网格搜索法(LOOCV)优化ε-SVR预测模型的参数,采用k折交叉检验的方法依据平均相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)对模型的精度进行验证,并与BP人工神经网络(BP-ANN)模型比较,评价ε-SVR预测模型的准确性.结果表明,通过LOOCV选择最优的惩罚因子C和损失系数ε,并由此构建的ε-SVR预测模型预测值和实测值具有很好的一致性,通过11折交叉验证后,测试样本的平均MRE为44%,平均RMSE为16.21 mg·(m2·h)-1.通过与BP-ANN模型比较,预测值和实际值相关系数达0.863,各项指标均优于BP-ANN预测模型,说明ε-SVR模型能够适用于水稻田甲烷排放通量的预测.     

中国农业甲烷排放的研究进展

本文综述了我国农业甲烷排放的研究进展，我国稻田甲烷排放通量为７．８－６０ｍｇ／ｍ＾２．ｈ，稻田产甲烷菌的种类主要是甲烷杆菌属和甲烷八叠球菌属。施用有机肥和长期淹水是稻田甲烷排放的主要原因。     

稻秸添加对两种水稻土产甲烷古菌及细菌的影响

稻秸还田对水稻土CH4排放有重要影响.本研究通过微宇宙厌氧培养,研究了两种水稻土[江西(JX)和广东雷州半岛(GD)]在稻秸(RS)添加条件下经相对较长时间的厌氧培养后产甲烷古菌及细菌菌群的响应.结果表明,不同RS添加量对JX水稻土产甲烷古菌群落结构有一定的影响,而对GD水稻土产甲烷古菌群落的影响不大. RS添加量与mcr A基因拷贝数之间存在显著正相关关系,JX水稻土的mcr A基因拷贝数变化对RS添加量的响应更敏感.相同RS添加条件下,JX水稻土mcr A基因拷贝数大于GD水稻土.相同稻秸量添加条件下两种水稻土的产甲烷古菌群落结构也有差异. JX水稻土共检测到的产甲烷古菌有Methanosarcinaceae、Methanocellaceae、Methanomicrobiaceae、Methanobacteriaceae以及未知菌群(494 bp). GD水稻土中仅有3大类产甲烷古菌,分别为Methanobacteriaceae、Methanosarcinaceae和Methanocellaceae.对2%RS处理培养第270 d的细菌菌群进行了测序,发现两种水稻土的细菌菌群明显不同,GD水稻土的细菌多样性高于JX水稻土,而其优势细菌数量(共有Longilinea、Acidobacteria/Gp6、Bellilinea及Thermosporothrix)低于JX水稻土(共有Bacillus、Desulfovirgula、Thermosporothrix、Acidobacteria/Gp1、Acidobacteria/Gp3及Ktedonobacter). RS作为底物促进产甲烷古菌的生长.不同类型的水稻土经相对较长时间的厌氧培养后其产甲烷古菌及细菌菌群结构也不同.     

碳中和VS水体甲烷超量释放/甲烷悖论

碳中和目前已成为国际共识,亦是我国政府的政治承诺.实现碳中和目标无疑需要人为努力,但自然界还存在着一些仍未完全被认知但又不可小觑的碳排放源.例如,地表水体中在常规水底沉积物厌氧产甲烷（CH₄）现象之外还存在着一种非常规CH₄释放现象（甲烷悖论）,且这种非常规CH₄释放量在某些地区甚至超过化石燃料使用、汽车尾气排放、管道泄漏等温室气体排放量总和.如果这种现象变得普遍,则有可能形成在21世纪中叶虽可实现碳中和目标,但在世纪末却难以完成控温<2℃的尴尬局面.因此,有必要了解甲烷悖论现象及过程机制,高度警惕甲烷悖论现象下的CH₄超量释放现象,而不仅仅是以完成碳中和作为唯一目标.基于碳中和目的,首先简述水体底泥常规甲烷生成途径,并由此引出水体甲烷超量释放现象,即甲烷悖论.其次,综述现有甲烷悖论过程机理研究,揭示表层有氧水体过量释放甲烷现象的实质.最后,分析调控甲烷悖论有可能适用的技术策略.     

Effect of different fertilizers on methane emission from a paddy field of Zhejiang, China

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｃｒｅａｓｅｄａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｖｅｒｔｈｅｐａｓｔ５０—１００ｙｅａｒｓｈａｓｌｅｄｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＣＯ２，ＣＨ４ａｎｄＮ２Ｏ．Ｔｈｅｓｅｇａｓｅｓ，ａｌｏｎｇｗｉｔｈａｄｄｉｔｉｏｎｔｒａｃｅｇａｓｓｐｅｃｉｅｓ（ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｅｓ）ａｒｅｃａｕｓｉｎｇａｎｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｇｌｏｂａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄｏｚｏｎｅｄｅｐｌｅｔｉｏｎ（Ａｓｅｌｍａｎ…     

川中丘陵地区冬水田甲烷排放特征研究

以川中丘陵地区典型冬水田为对象,设置了有水稻常规施肥(RF)、无水稻常规施肥(NP)、有水稻无氮肥(NN)3种处理,以静态暗箱-气相色谱法对甲烷(CH_4)排放进行了原位观测.结果表明,RF、NP和NN处理下CH_4排放通量分别为-0.0042~18.29、0.03~16.78和0.10~26.76mg·m~(-2)·h~(-1),平均排放通量分别为10.22、4.25和14.15 mg·m~(-2)·h~(-1)(以每平方米每小时消耗/产生的C量(mg)计),水稻生长季是主要排放期,但休闲季CH_4排放量仍占全年CH_4总排放量的14%.没有水稻处理的CH_4排放量显著低于有水稻处理(p0.01);而不施氮肥处理的CH_4排放量显著高于施肥处理(p0.01).CH_4排放通量与5 cm深土壤温度呈显著正相关(p0.01),随着温度的升高,甲烷排放量呈指数增加.CH_4排放通量与1~4 cm的稻田水深呈显著负相关(p0.01),随着水深的增加,甲烷的排放呈指数迅速下降;而与4~8 cm的稻田水深无相关性,甲烷的排放也变化缓慢.由此表明,土壤温度和水深在很大程度上调控着CH_4的排放.此外,研究结果也显示将冬水田休闲期改为旱作可减少CH_4排放,对环境有利.     

Methane emission in a rice field of Thailand

ＭｅｔｈａｎｅｅｍｉｓｓｉｏｎｉｎａｒｉｃｅｆｉｅｌｄｏｆＴｈａｉｌａｎｄ￥ＲｏｎｇＸｉａｎｇ；Ｃｈｕｅｎ－ＨｏｗＮｇ（ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｏｇｒａｍ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＤ...     

土壤理化特性对稻田CH4排放的影响

为了研究土壤理化特性对稻田CH4 排放的影响 ,室外盆栽试验于 2 0 0 0年水稻生长季在南京农业大学实施 ,1 8个供试水稻土分别取自江苏宜兴、江宁、六合、仪征及宝应等地 .所有供试土壤的季节性CH4 平均排放通量为 6 42± 2 70mg·(m2 ·h) - 1,最低和最高值分别为 1 96mg·(m2 ·h) - 1和 1 1 0 6mg·(m2 ·h) - 1,两者相差约 5 6倍 .单相关分析结果表明 :影响CH4 排放的主要土壤参数为质地、氮素状况及铜含量 .CH4 排放与土壤砂粒含量呈正相关 (r =0 5 2 8,p =0 0 2 4) ,与粘粒含量呈负相关 (r =-0 484,p =0 0 42 ) .氮素含量高的土壤CH4 排放较低 ,CH4 排放与土壤全氮、速效氮和铵态氮含量的线性相关系数分别为 -0 449(p =0 0 62 )、-0 61 1 (p =0 0 0 7)和 -0 649(p =0 0 0 4) .土壤铜含量直接影响CH4 的排放 ,CH4 排放与有效态铜和全铜含量的线性相关系数分别为 -0 5 94(p =0 0 0 9)和 -0 5 47(p =0 0 1 9) .本研究并未观测到CH4 排放与土壤有机碳含量有相关关系 ,这与前人报道的实验室培养测定结果及稻田CH4 排放随土壤有机质含量提高而增加的假设完全不同 .逐步回归分析表明 ,不同土壤间CH4 排放的变异性有 75 5 %可由土壤有效态铜含量、镁 (全量 )含量及有效铁含量与全量铁之     

覆草旱作稻田CH4和N2O的排放

通过田间试验比较水稻覆草旱作常规施氮肥、覆草旱作推荐施氮肥和常规水作水稻全生育期内稻田土壤微量气体的排放.结果表明,旱作稻田N2O排放总量比水作稻田高1.5~3.7倍,在旱作覆草处理中常规施肥N2O排放较推荐施肥高2.4倍.水作稻田CH4排放总量比旱作稻田多5~6倍,而两旱作处理间差异不显著.水作稻田CH4的排放与水稻生育期关系密切,以分蘖盛期的2.2mg/(m2h)为最大;旱作稻田CH4的排放与施氮关系不明显.施氮是影响旱作稻田N2O排放的关键因素,每次施氮后,旱作稻田均会出现剧烈的排放高峰.水稻不同栽培方式的增温潜势的高低顺序为:覆草旱作常规施氮肥>常规水作>覆草旱作推荐施氮肥.     

暗管排水稻田中氮素淋失动态混合模型及应用

为研究淹灌稻田在排水条件下的氮素淋失规律,根据势能理论及溶质运移理论提出了流网法与动力学方法相结合的田间水氮动态混合模拟模型该模型在暗管排水出流计算中采用叠加原理,将SPAC系统中异常复杂的二维水氮运移问题的求解简化为对多个流带中一维问题的求解,方法简单、实用对方法及模型的正确性进行了田间试验验证,结果表明,水稻生长期间,试验田块中氮肥淋失量为4kgN/hm²占总施氮量的1.3％．氮肥淋失量与农田排水条件有关,地下排水强度增大,会增加氮肥淋失量。因此,应合理进行水位管理。     

模拟酸雨对福州平原水稻田温室气体排放的影响

农田生态系统是温室气体的重要排放源,研究酸雨对水稻田温室气体排放及其综合增温潜势的影响,对我国酸雨背景下农田生态系统固碳减排具有重要的现实意义.本文以福州平原水稻田为研究区,通过模拟酸雨探讨其对水稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量及其综合增温潜势的影响.结果表明:模拟酸雨并未显著改变早、晚稻田CO_2、CH_4和N_2O排放的季节变化规律,但降低了其排放通量.与对照组相比,pH=4.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量依次降低11.54%、133.33%和22.22%,晚稻田CO_2和N_2O平均排放通量依次降低39.53%、156.00%,而CH_4平均排放通量与对照组差异不显著;pH=3.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量分别降低10.82%、75.00%、54.00%,晚稻田平均排放通量分别降低17.32%、20.00%和197.67%.综合增温潜势表明,CO_2的增温潜势显著高于CH_4和N_2O,是稻田生态系统中温室效应的主要温室气体,在pH=4.5和pH=3.5的酸雨作用下,早、晚稻田生态系统温室气体综合增温潜势均降低.     

腐秆剂与秸秆配施对稻田N2O排放的影响

利用静态箱-气相色谱法对长江流域稻麦轮作系统下稻田N2O排放进行田间原位观测,研究了配施腐秆剂(瑞莱特催腐剂和金葵子腐秆剂)对水稻生长季N2O排放的影响,旨在为腐秆剂与秸秆配施条件下稻田N2O排放规律的研究提供科学依据.结果表明:配施腐秆剂对稻田N2O排放的季节变化趋势无明显影响,但腐秆剂与秸秆配施可降低水稻生育期N2O排放总量;与单施秸秆相比,配施瑞莱特和金葵子腐秆剂处理N2O排放总量分别下降12.7%和8.9%(p0.05);水稻全生育期内,仅施秸秆、秸秆与瑞莱特配施和秸秆与金葵子配施处理N2O平均排放通量依次为63.35、55.30和57.68μg·m-2·h-1(以N计).N2O排放主要集中在烤田期与复水后干湿交替阶段.全生育期内,N2O排放通量与土壤温度间无显著相关性(p0.05).     

稻田土菌群驯化对稻秆两步发酵产甲烷效果的影响

为提高稻秆的降解率及其厌氧发酵甲烷产量,采用高氨氮畜禽废水作为氮源以驯化稻田土壤微生物,优化其降解稻秆的初始pH值,并评估水解产物液体发酵产甲烷性能.结果表明,混合组驯化的微生物产纤维素酶活性及对稻秆木质素的降解率高于其它组及先前文献报道,分别达到4.01 IU和51.96%,且后期水解液中总有机碳（Total organic carbon, TOC）及还原糖含量最高.随着初始pH值的提高,稻秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率显著增加,稻秆水解液中的挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids, VFAs）和TOC含量均显著增加,并在第7 d达到最高值.将水解稻秆7 d的水解液进行厌氧发酵显示,在初始pH=9.0条件下累积甲烷产量达到最大,为37.60 mL·mL^-1水解液.本实验结果表明, 驯化的稻田土微生物在碱性条件下可以更有效地降解稻秆,提高水解液中TOC及VFAs含量,从而提高厌氧发酵的甲烷产量.