长期不同施肥对暗棕壤甲烷氧化菌群落特征与功能的影响

不同施肥方式对我国旱地农田土壤甲烷氧化影响的微生物机制尚不明确.本研究利用PCR-DGGE和实时荧光定量PCR技术,结合甲烷氧化速率和土壤性质测定,探索了长期不同施肥条件下暗棕壤的"土壤性质-甲烷氧化菌群落特征-土壤甲烷氧化速率"关系.结果表明,有机肥和无机肥配施处理显著降低了土壤甲烷氧化速率,降幅为61.2%,而单独施用有机肥或无机肥对暗棕壤甲烷氧化速率的影响不显著;与对照相比,有机肥处理土壤甲烷氧化菌多样性指数增加91.9%,有机肥和无机肥配施处理增加102.5%,而单施无机肥后土壤甲烷氧化菌多样性指数变化不明显;有机肥处理土壤的pmoA基因丰度显著增加,平均pmoA基因丰度为不施用有机肥的12.7倍;土壤甲烷氧化速率与甲烷氧化菌的群落结构和比活性呈显著正相关,相关系数分别为0.363和0.684,但与甲烷氧化菌群落丰度和多样性不相关;甲烷氧化菌的群落结构和比活性与土壤pH值、全氮和有机质含量呈显著正相关.上述结果说明,长期不同施肥可以通过改变暗棕壤的pH值、全氮和有机质含量等土壤性质,改变甲烷氧化菌群落结构和比活性,进而影响土壤甲烷氧化速率;有机肥和无机肥配施土壤甲烷氧化菌多样性和丰度大幅度增加,而甲烷氧化速率却显著降低,说明有机肥和无机肥配施土壤中只有部分微生物发挥了甲烷氧化活性,但有待进一步研究.     

作为厌氧发酵原料的水分选有机垃圾特性分析

对水分选有机垃圾（WSOFMSW）的固体有机部分（SOF）和气浮污泥部分（AFS）进行采样,分析它们的成分及生化特性,并在此基础上进行小试规模（30L）的厌氧发酵产甲烷实验.结果表明：SOF的惰性部分为18%,可降解部分（挥发性固体）为72%,其中,碳水化合物、蛋白质和脂肪分别为40.4%、21.8%和9.8%;AFS的惰性部分为2%,可降解部分为82.4%,其中,碳水化合物、蛋白质和脂肪分别为53.5%、19.2%和9.7%.SOF的金属含量比AFS高,主要金属元素为Ca、Fe、Al、K、Na和Mg.在重金属中,Zn、Mn、Ni、Hg和Cr的含量超过堆肥产品的限制值.WSOFMSW在标准温度和压力（0 ℃ 和1.013×105 Pa ,文中以STP表示）下的理论产甲烷能力为484 m3 ·t-1(以VS计),实验甲烷产率为273 m3 ·t-1,中试甲烷产率为245 m3 ·t-1,每吨湿WSOFMSW产甲烷32 m3.水分选有机垃圾在厌氧消化过程中不会发生重金属、挥发性脂肪酸和氨氮抑制,但是厌氧消化启动时间较长,需要20 d.     

利用硅灰石原位改善厌氧消化微生物电解池的产气特性

厌氧消化-微生物电解池(Anaerobic digestion-Microbial electrolysis cell,AD-MEC)具有有机物降解速度快、降解率高的优点,但其所产沼气中依然存在CO_2含量较高的问题.为降低AD-MEC所产沼气中CO_2的含量,本研究将矿物碳酸化耦合入AD-MEC中,研究添加硅灰石对AD-MEC中CO_2的固定效果.实验结果表明,添加硅灰石可使AD-MEC中CO_2产生量减少40.0%,沼气中CO_2含量从10.0%±1.3%减少到4.5%±1.1%;X射线衍射(XRD)及扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明了CaCO_3沉淀的生成,证明硅灰石介导矿物碳酸化固定了AD-MEC中的CO_2.此外,添加硅灰石使Ca~(2+)溶出,缓冲了pH,减轻了厌氧消化产酸阶段对产甲烷菌的抑制,促进了有机物的降解,可溶性化学需氧量(SCOD)去除率提高了11.2%,并使CH_4产量提高18.0%,CH_4产率达到305 mL·g~(-1),沼气中CH_4含量达到95.5%±1.2%.硅灰石的添加实现了AD-MEC中CO_2的原位捕获,同时增益了厌氧消化效果,提高了甲烷产量.     

国内外石油公司甲烷排放差异性分析及启示

甲烷排放管控是国际石油公司推动低碳能源转型的一项重要举措,也是达成净零碳排放愿景的一个重要手段。研究发现,国内外石油公司的油气生产活动水平、甲烷排放控制水平、甲烷排放核算方法等3个方面均存在较大差异性。我国油井单井产量低,地面工程量大、工艺复杂,流程工艺中甲烷排放突出,油气系统甲烷排放水平较高,油气生产甲烷排放控制水平与国外石油公司相比尚有较大差距,与国外甲烷排放核算方法也存在较大差异性。着眼于甲烷排放管控,我国石油公司应充分衡量甲烷排放现状、生产活动水平、甲烷排放控制措施经济性和适用性等多重因素,严格控制潜在甲烷排放节点,并进一步做好甲烷排放检测、监测和数据统计工作,持续完善甲烷排放报告和核查体系。     

DNDC模型在长江三角洲农田生态系统的CH4和N2O排放量估算中的应用

长江三角洲是我国农业发达地区之一,其农业生产所排放的CH₄和N₂O,早已引起了研究者的重视.本研究在分析总结现有的野外观测结果的基础上,验证了估算区域痕量气体排放量的生物地球化学模型DNDC,估算出长江三角洲地区的CH₄和N₂O排放量分别为1.69(1.29～2.09)Tg·a^-1和0.019(0.014～0.024)Tg·a^-1,分别占全国农田CH₄和N₂O排放量的16.7%和6.1%.     

亚热带浅水池塘水-气界面甲烷通量特征

为研究亚热带富营养化浅水池塘水-气界面CH_4释放通量特征,以宜昌地区5个浅水池塘为对象,利用静态通量箱法进行了为期一年的水-气界面CH_4通量监测.结果表明,这5个池塘CH_4的年释放量分别为4.495、12.702、6.827、8.920、17.560 mg·(m~2·h)~(-1).其中扩散通量分别为0.075、0.087、0.118、0.086、0.151 mg·(m~2·h)~(-1),冒泡通量分别为4.420、12.616、6.709、8.834、17.409 mg·(m~2·h)~(-1),CH_4冒泡量占CH_4释放总量的98%以上,并且CH_4释放量明显高于其他水域生态系统(湖泊、水库).可见在富营养化浅水水域中,CH_4释放量较大,且冒泡排放是CH_4的主要排放方式,而只关注扩散排放而忽略冒泡排放则会大大低估CH_4释放量.     

玉米秸秆厌氧降解复合菌系的微生物群落结构

以不同来源具有木质纤维素降解能力的环境样品为接种物,以玉米秸秆为唯一碳源,进行了秸秆厌氧降解微生物的驯化培养,构建了8组复合菌系.复合菌系的产气周期为30～50 d,玉米秸秆的总固体(TS)去除率在30%～40%之间.其中6组的甲烷产量(以TS计)为62.1～118.4 mL.g-1,发酵液中挥发性有机酸主要为乙酸、丙酸及丁酸(100～500 mg.L-1),发酵终产物pH为6.5～6.7;而另外2组的甲烷产量较低,在8.5～9.7 mL.g-1之间,但乙酸浓度较高(1 200 mg.L-1左右),发酵终产物pH为5.6～5.9.通过16S rRNA基因克隆文库方法对复合菌系中细菌及古菌的群落结构进行了多样性解析,结果表明细菌主要分为8个不同的类群,其中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)及热袍菌门(Thermotogae)为优势菌群,分别占细菌克隆总数的37.8%、34.3%、11.6%和6.4%;古菌属于甲烷微菌纲(Methanomicrobia)和甲烷杆菌纲(Methanobacteria),分别占古菌克隆总数的61.1%和38.9%.对主要功能菌群在秸秆厌氧降解产甲烷过程中发挥的作用进行了探讨.     

长江口盐沼带湿地生态演替过程中甲烷排放研究

甲烷(CH4)作为河口湿地碳循环的重要中间产物,是大气中仅次于二氧化碳(CO2)的第二大温室气体,其排放清单对于全球气候变暖趋势的预测具有重要意义.因此,本研究采用静态箱-气相色谱技术,针对长江口盐沼带湿地CH4的排放通量展开了为期2年、每月1次的现场观测.研究结果表明,长江口盐沼带湿地持续表现为大气CH4的净排放源,其中,2011年在海三棱藨草覆盖情况下,全年CH4平均排放通量达到了1.00 mg·m-2·h-1,2012年互花米草大规模入侵后,海三棱藨草生物量显著减小,全年CH4排放通量减小为0.55 mg·m-2·h-1.Pearson相关性分析表明,沉积物有机碳含量、光合有效辐射及含水率等均不是影响长江口盐沼带湿地CH4排放的重要环境因子.在2011年,海三棱藨草生物量(p=0.001,r=0.928)、气温(p0.01,r=0.432)均与CH4排放通量呈现显著正相关,全年CH4最大排放通量出现在生物量最大的夏季8月份;2012年随着互花米草的入侵,CH4排放通量在5月份达到了最大值,自5月份之后逐渐减小,互花米草的入侵使长江口中潮滩盐沼带湿地CH4排放通量整体呈现出了下降的趋势.     

含五氯酚废水的生物降解性和微生物毒性试验

模拟中温厌氧消化反应设备条件,以葡萄糖为共基质,测定了五氯酚的产甲烷毒性及其废水的厌氧可生物降解性．测定条件：ＣＯＤ１１００～１２００ｍ ｇ／Ｌ,ｐＨ７．２～７．４,ＣＯＤ∶ＴＶＳＳ为０．８ 左右,接种污泥未驯化,其产甲烷活性ＣＨ₄／ＶＳＳ为２４０ｍ ｌ／ｇ．试验结果表明,五氯酚是一种对产甲烷活性抑制性较强的物质,当投加浓度小于５ｍ ｇ／Ｌ时产生中度抑制,大于１０ｍ ｇ／Ｌ产生重度抑制,抑制程度与投加浓度大小呈正相关;产甲烷活性被抑制５０％ 的五氯酚浓度约为６ｍ ｇ／Ｌ．五氯酚对产酸阶段抑制程度很小,含不同浓度的五氯酚废水ＣＯＤ转化率稳定在７０％ 左右,但ＣＯＤ不能完全矿化,导致以丙酸、乙酸为主的有机酸积累,无丁酸积累．五氯酚去除率可达７０％ ～８０％ ．用反应终点的甲烷转化率、酸化率、残余挥发酸百分率等特性参数能较好地表征反应体系产酸菌与产甲烷菌的活性及其被抑制情况     

Effect of bio-column composed of aged refuse on methane abatement – A novel configuration of biological oxidation in refuse landfill

An experimental bio-column composed of aged refuse was installed around the exhaust pipe as a new way to mitigate methane in refuse landfill.One of the objectives of this work was to assess the effect of aged refuse thickness in bio-column on reducing CH 4 emissions.Over the study period,methane oxidation was observed at various thicknesses,5 cm (small size),10 cm (middle size) and 15 cm (large size),representing one to three times of pipeline diameters.The middle and large size both showed over 90% methane conversion,and the highest methane conversion rate of above 95% occurred in the middle-size column cell.Michaelis-Menten equation addressed the methanotrophs diffusion in different layers of the bio-columns.Maximum methanotrophic activity (V max) measured at the three thicknesses ranged from 6.4 × 10 3 to 15.6 × 10 3 units,and the half-saturation value (K M) ranged from 0.85% to 1.67%.Both the highest V max and K M were observed at the middle-size of the bio-column,as well as the largest methanotrophs population,suggesting a significant efficiency of methane mitigation happened in the optimum zone with greatest affinity and methanotrophic bacteria activities.Therefore,bio-column is a potential style for methane abatement in landfill,and the aged refuse both naturally formed and artificially placed in the column plays a critical role in CH 4 emission.