浅论稻田甲烷的产生和排放

目前的研究结果表明,我国稻田甲烷排放通量大约在7.8—60mg/m~2·h。稻田甲烷的排放包含着甲烷在水田土壤中的生成和从土壤向大气释放这样两个过程。前者是通过土壤中微生物活动分解复杂的有机物质,在渍水还原条件(氧化还原电位低于-200mv)下,由产甲烷菌最后转化形成甲烷;后者主要是通过水稻植株向大气释放,只有少量通过气泡或分子扩散从水田土壤通过田面水层向大气排放。显然,稻田甲烷的生成、排放是一个以生物学过程为中心,并与土壤环境、土表水层和大气环境的一些物理、化学条件密切相关的过程。土壤温度、pH值、水稻品种的生物学特性及稻田的水浆管理、施肥措施等等都会影响稻田甲烷的排放。只有研究并掌握稻田甲烷排放的机理及其影响因素,才能真正做到在争取水稻优质、高产的同时,抑制或减少甲烷的排放。     

森林土壤氧化（吸收）甲烷研究进展

甲烷是一种重要的温室气体,对全球气候变暖的贡献仅次于CO2,约为25%。大气甲烷可以被土壤中甲烷氧化细菌在有氧条件下吸收利用,陆地生态系统森林土壤氧化吸收甲烷的研究已有大量报道。甲烷氧化菌是以甲烷作为唯一的碳源和能源的一类细菌的总称。但森林土壤在全球甲烷核算中具有一定的不确定性,取决于产甲烷菌和甲烷氧化菌的相对活性。甲烷氧化菌的研究集中在环境对氧化能力的影响和自身氧化能力上。大气甲烷氧化过程为高氧化能力低亲力氧化,受到一些因子,如土壤温度、土壤通气状况、pH、氮肥等的影响,具体机理的研究还有待进一步深入。土壤通气状况受土壤质地与土壤水分影响,土地利用类型可能改变土壤容重、土壤结构和土壤水分,进而影响土壤甲烷氧化。植物可以通过自身对生境的作用或化感作用影响土壤甲烷氧化。土壤动物的研究则相对较少,目前排放清单中仅有白蚁是全球甲烷核算所包括的。从甲烷氧化菌的分类出发,对甲烷氧化菌氧化甲烷的机理、菌的生态分布及甲烷氧化的影响因素、时空异质性、观测方法等作出了综述,为正确认识和准确预测森林土壤在一定气候和土地利用类型条件下的甲烷氧化强度提供理论依据。     

垃圾填埋场新型覆盖层材料厚度对甲烷氧化行为的影响

甲烷是一种长期存在于大气中的重要温室气体,它对温室效应的贡献率是二氧化碳的21倍,生活垃圾填埋场是仅次于水稻田的第二大甲烷人为排放源,减少垃圾填埋场的甲烷气体排放对缓解全球变暖压力具有重要意义.在实验室条件下模拟垃圾填埋场甲烷排放情况,将堆肥+陶粒混合物(体积比1:1)这一新型覆盖层材料按6个厚度(30、40、50、60、70、80 cm)装入有机玻璃柱中研究甲烷氧化与覆盖层深度的关系.研究结果表明:试验94 d甲烷氧化率开始下降,到实验结束前6个柱体中甲烷氧化率相似,维持在24.6%～34.8%之间;甲烷氧化速率由于甲烷通入量不断加大呈现先增加后减小的趋势,最低值为2.45 mol·m~(-2)·d~(-1),最高值为17.82 mol·m~(-2)·d~(-1);在试验第119～121d对各个柱体不同深度的气体成分进行分析.发现甲烷氧化的范围主要集中在基质0cm～30cm深处.     

湿地生态系统碳汇与碳源过程的控制因子和临界条件

湿地生态系统由于其自身的结构组分特征,已成为地球表层系统中最为重要的碳汇。但是近年来对于湿地系统的不合理开发利用、降水减少等原因使其碳汇功能减弱,湿地的碳蓄积能力下降且有转变为碳源的趋势。文章从湿地生态系统的水份、植物类型、土壤厚度、微生物(底物、pH、温度、氧化还原条件)等方面总结了影响湿地碳汇/源过程的控制因子和临界交替条件。湿地水位的高低决定湿地的氧气环境,与甲烷产生量成正相关,但却与二氧化碳产生量有一定的负相关关系。湿地植物通过通气组织与根系分泌物等影响湿地碳的吸收与排放通量,湿地植株的高度、覆盖率等也是影响湿地作为碳汇与碳源的重要因素。不同深度土层由于其产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性不同导致各个土层碳吸收、排放通量的差异,通常浅层土壤中的CO2、CH4的产生率高于深层土壤。微生物的活跃程度直接影响到湿地碳的吸收与排放,影响活跃程度的因素包括湿地底物、pH、温度与氧化还原条件等。湿地底物浓度的增加会在一定程度上提高甲烷的产生率,中性或者是弱碱性环境是产甲烷菌的最适宜条件,在一定范围内温度越高,甲烷产生量越大,而温度对于二氧化碳的影响则是通过改变光合作用来实现。氧化还原电位与甲烷产生量成负相关关系,-...     

湿地生态系统碳汇与碳源过程的控制因子和临界条件

湿地生态系统由于其自身的结构组分特征,已成为地球表层系统中最为重要的碳汇。但是近年来对于湿地系统的不合理开发利用、降水减少等原因使其碳＂汇＂功能减弱,湿地的碳蓄积能力下降且有转变为碳＂源＂的趋势。文章从湿地生态系统的水份、植物类型、土壤厚度、微生物（底物、pH、温度、氧化还原条件）等方面总结了影响湿地碳汇/源过程的控制因子和临界交替条件。湿地水位的高低决定湿地的氧气环境,与甲烷产生量成正相关,但却与二氧化碳产生量有一定的负相关关系。湿地植物通过通气组织与根系分泌物等影响湿地碳的吸收与排放通量,湿地植株的高度、覆盖率等也是影响湿地作为碳汇与碳源的重要因素。不同深度土层由于其产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性不同导致各个土层碳吸收、排放通量的差异,通常浅层土壤中的CO2、CH4的产生率高于深层土壤。微生物的活跃程度直接影响到湿地碳的吸收与排放,影响活跃程度的因素包括湿地底物、pH、温度与氧化还原条件等。湿地底物浓度的增加会在一定程度上提高甲烷的产生率,中性或者是弱碱性环境是产甲烷菌的最适宜条件,在一定范围内温度越高,甲烷产生量越大,而温度对于二氧化碳的影响则是通过改变光合作用来实现。氧化还原电位与甲烷产生量成负相关关系,-150 mV是产甲烷菌产生甲烷的最高电位。总体上,由于湿地生态系统的复杂性和碳吸收与排放过程的复杂,以上这些因子相互作用,且在一定条件下会相互转化。最后针对如何充分发挥湿地生态系统的碳＂汇＂功能,控制湿地向碳＂源＂转化的条件措施方面进行了讨论,包括间歇灌溉、种植多年生草本植物或木本植物等来增强湿地的固碳能力。     

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。     

免耕稻-鸭复合系统减少甲烷排放及其机理研究

以免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田为参照,研究了免耕稻-鸭复合系统中甲烷排放的日变化和季节变化以及稻-鸭复合系统中土壤氧化还原特性对甲烷排放的影响。结果表明:稻田甲烷排放通量日变化与日气温变化基本趋于一致。在水稻分蘖盛期和孕穗期,免耕养鸭稻田甲烷排放通量明显低于免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田, 3者之间甲烷排放通量大小差异白天明显,夜间较小。在水稻分蘖盛期、孕穗期和齐穗期,免耕养鸭稻田水中溶解氧含量比免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田提高38. 4% ~44. 7%。由于鸭子的活动,免耕养鸭稻田的氧化还原电位分别比免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田高11和18mV。而翻耕不养鸭稻田的还原物质总量分别是免耕养鸭稻田和免耕不养鸭稻田的4. 17~12. 34倍和3. 26~7. 02倍,其亚铁离子含量也明显高于后2者,表明翻耕使土壤还原程度增强,进而促进了稻田甲烷的排放。相关分析表明,免耕养鸭稻田氧化还原电位与还原物质总量、活性还原物质总量和亚铁离子含量呈极显著负相关,也与稻田甲烷排放通量呈负相关,但未达显著水平。     

免耕稻-鸭复合系统减少甲烷排放及其机理研究

以免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田为参照，研究了免耕稻-鸭复合系统中甲烷排放的日变化和季节变化以及稻-鸭复合系统中土壤氧化还原特性对甲烷排放的影响。结果表明：稻田甲烷排放通量日变化与日气温变化基本趋于一致。在水稻分蘖盛期和孕穗期，免耕养鸭稻田甲烷排放通量明显低于免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田，3者之间甲烷排放通量大小差异白天明显，夜间较小。在水稻分蘖盛期、孕穗期和齐穗期，免耕养鸭稻田水中溶解氧含量比免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田提高38．4％～44．7％。由于鸭子的活动，免耕养鸭稻田的氧化还原电位分别比免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田高11和18mV。而翻耕不养鸭稻田的还原物质总量分别是免耕养鸭稻田和免耕不养鸭稻田的4．17～12．34倍和3．26～7．02倍，其亚铁离子含量也明显高于后2者，表明翻耕使土壤还原程度增强，进而促进了稻田甲烷的排放。相关分析表明，免耕养鸭稻田氧化还原电位与还原物质总量、活性还原物质总量和亚铁离子含量呈极显著负相关，也与稻田甲烷排放通量呈负相关，但未达显著水平。     

稻田甲烷排放通量与农业管理措施的关系

1990至1992年对北京地区的麦后稻区及单季稻区进行了三年的稻田甲烷排放通量的测定,麦后稻区的甲烷排放通量约17.5mg/m~2·h;单季稻小区约在8.5-10mg/m~2·h。有机底肥的用量是影响甲烷排放通量的首要因素,旱直播及仅使用化肥可降低甲烷排放通量。在一定量有机底肥的条件下,采用间歇灌溉的方法既可保持或提高水稻的产量,又可抑制或降低甲烷的排放通量,但也观测到干干湿湿的状态下温室气体N_2O的排放通量有所增加。     

水田甲烷排放研究进展

本文对水田甲烷排放通量的研究进展及有关的土壤和环境因素作了综述。指出用于减少水田甲烷排放的措施不应导致水稻的减产和引起其它温室气体排放的增加。应开展落干期间水田作为大气甲烷汇的作用的研究。     

垃圾填埋场的甲烷减排及覆盖层甲烷氧化研究进展

温室效应导致的全球变暖是备受瞩目的环境问题之一,其中垃圾填埋场产生填埋气是全球温室气体的重要来源。文章从垃圾填埋场的CH4产生、CH4减排技术和覆盖层CH4氧化行为及其影响因素等方面对国内外研究现状进行总结,为全面认识垃圾填埋场的CH4减排提供参考。目前,填埋场CH4减排技术包括填埋层原位减排、资源化利用和末端控制技术等,其中准好氧填埋技术和生物覆盖层甲烷氧化技术是适合我国现阶段大量中小型填埋场CH4减排要求的技术。填埋场覆盖层的特性如温度、含水率、有机质含量、pH值、孔隙率、CH4/O2比、植被和无机氮等都会影响其甲烷氧化能力,是填埋场覆盖层甲烷氧化能力研究和调控的主要参数。     

甲烷排放通量及上海市排放量估算

本文介绍了甲烷主要人为排放源及各排放源的排放通量,甲烷在大气中的浓度及对温室效应的贡献,估算了上海市各人为排放源的甲烷排放通量。     

反刍动物甲烷排放研究进展

反刍动物甲烷排放是大气中甲烷的主要排放源之一,本文简述了国内外反刍动物甲烷排放总量研究概况,及甲烷排放研究尚存在的问题和初步结论。     

缺氧嗜甲烷古菌研究进展

综述了缺氧嗜甲烷古菌的分布、生态位、形态与代谢特征的新发现,并讨论了其与产甲烷菌的关系.在无氧条件下,缺氧嗜甲烷古菌与硫酸盐还原菌互养,氧化甲烷气体以阻止其进入大气.缺氧嗜甲烷古菌主要分布于深海甲烷渗漏区和冷泉区域,在其他多种缺氧环境中也能发现,由于还未获得纯培养,对这类微生物的生态位知之甚少.其细胞呈球状、杆状,有时聚集成球状集合体或连接形成丝状体.缺氧甲烷氧化可能经过"反甲烷合成"、"甲基合成"等路径.嗜甲烷古菌与产甲烷菌有着较近的亲缘关系,并且存在许多相似点.图1表1参37     

土壤对甲烷氧化作用的研究进展

综述了８０年代以来土壤对ＣＨ４氧化作用的研究进展，包括土壤氧化甲烷的概况、机理，以及氧的供应、Ｎ的供应、土壤水分状况、土壤温度、土壤ｐＨ、土壤质地等因素对土壤氧化ＣＨ４的影响。     

水田中水稻、稗草和异型莎草甲烷排放的生物学特性

比较了生长于淹水田间的水稻、稗草和异型莎草甲烷排放的生物学特性。结果表明，三种植物的甲烷排放量次序为稗草＞水稻＞异型莎草，前两者的甲烷排放量分别为后者的１１倍和８．４倍。但这个次序刚好与这三种植物根系甲烷形成活性的次序相反。观察了三种植物甲烷排放的日周期变化。稗草和水稻根际土壤的产甲烷活性高于非根际土壤，而异型莎草的根际和非根际土壤的产甲烷活性之间无明显差异。还观察到稗草和水稻的叶鞘和茎杆连接节处的间隙是甲烷逸入大气的主要途径，而异型莎草则未见有可供甲烷排放的间隙与气孔。     

稻鸭鱼共栖生态系统CH4排放规律研究

首次对稻-鸭-鱼共栖生态系统中的甲烷排放通量进行了系统研究。结果表明:甲烷排放通量日变化呈现一定的规律,排放高峰出现在下午14:00~16:00,晚上0:00~4:00达到最低值。稻-鸭-鱼共栖生态系统生态种养期间甲烷排放通量表现出一定的规律,甲烷排放出现2个峰值分别出现在水稻生长返青期、幼穗分化期,第1个峰值为15.813mg/(m2·h),第2个峰值为9.485mg/(m2·h)。其次在水稻分蘖盛期,甲烷的排放通量最高可达8.227mg/(m2·h)。稻-鸭-鱼共栖生态系统中,土壤氧化还原电位增加10.98mV,还原物质总量、活性还原物质总量分别降低1.46cmol/kg、1.25cmol/kg。稻田甲烷排放与土壤氧化还原电位呈极显著负相关,与还原物质总量、活性还原物质总量呈极显著正相关。     

稻田甲烷氧化与铵氧化关系研究进展

稻田生态系统中存在着好氧微域,其中同时发生甲烷氧化和铵氧化。甲烷和铵氧化过程具有极为相似的微生物机理。稻田土壤中的甲烷可能影响铵氧化过程;施用铵态氮肥对甲烷的氧化也有强烈影响。本文对稻田土壤中甲烷氧化与铵氧化关系做一简要综述。