湖南地区不同集约化栽培模式下双季稻稻田CH4和N2O的排放规律

采用静态暗箱-气相色谱法研究了湖南双季稻稻田不施氮(NN)、当地常规(FP)、高产高效(YE)、再高产(HY)、再高效(HE)5种不同栽培模式下温室气体(CH4、N2O)的排放规律.结果表明:水稻生长季CH4累积排放量变化为(206.5±37.5) kg· hm-2(FP,早稻)～(490.5±65.7) kg·hm-2(HE,晚稻),N2O-N累积排放量变化为(0.08±0.05) kg·hm-2(NN,早稻)～(0.326±0.15) kg·hm-2(HY,晚稻).不同栽培模式对CH4和N2O的排放都有显著影响(p＜0.05).HE模式CH4排放显著高于其他模式62％～ 87％(p＜0.05),尤其是晚稻季节;除NN模式外,其他4种模式间N2O排放差异不显著.冬季休闲期也是CH4和N2O排放的重要时期,分别占全年排放量的9.7％～19.7％和42％～ 62％.CH4主导了稻田不同栽培模式下的综合温室效应,在各模式中均占95％以上.施氮肥提高了作物产量,降低了温室气体强度(GHGI).在5种模式中,YE和HY模式温室气体强度较小,HY模式下仅为(0.97±0.16) kg·kg-1(以每kg产量排放的CO2当量计).因此,与FP模式相比,YE和HY模式既能提高产量和氮肥利用率,也能减缓温室效应;但HE模式排放的温室气体较高,在实际应用前尚需进一步研究.     

河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地土壤间隙水溶解性甲烷时空特征

以闽江口短叶茳芏沼泽湿地为研究对象,沿半咸水至淡水的盐度梯度采集土壤样品,测定分析样品间隙水溶解性CH4浓度及其主要理化指标,探讨了河口沼泽湿地间隙水溶解性CH4浓度的时空特征及其影响因子.结果表明:1夏季鳝鱼滩、蝙蝠洲和下洋洲湿地间隙水CH4浓度均值分别为331.18、299.94和638.58μmol·L-1,冬季均值分别为9.04、266.67和322.68μmol·L-1,呈现夏季显著高于冬季的时间动态特征(P0.05);2沿半咸水至淡水的盐度梯度,间隙水溶解性CH4浓度呈现递增的空间分布特征;3土壤间隙水CH4浓度与土温、DOC呈显著正相关关系,与土壤p H、盐分和间隙水SO2-4、Cl-浓度呈显著(P0.05)或极显著负相关关系(P0.01),河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地间隙水CH4浓度时空特征是土壤理化性质和潮汐等综合作用的结果.     

漳江口不同潮滩秋茄树干CH4传输速率与呼吸速率

树干对红树林湿地CH₄和CO₂的排放有重要影响.为研究红树林湿地温室气体排放机制及其影响因子,于2017年9月利用树干静态箱-气相色谱仪法,以漳江口秋茄（Kandelia obovata）红树林为研究对象,探讨不同潮滩（中、高潮滩）下秋茄树干CH₄传输速率和呼吸速率的特征.结果表明:①中潮滩秋茄树干CH₄传输速率[（91.19±16.63）μg/（m2·h）]显著大于高潮滩[（0.71±0.24）μg/（m2·h）]（P < 0.001）,而中、高潮滩秋茄树干呼吸速率无显著性差异（P>0.05）.②秋茄树干CH₄传输速率受土壤孔隙水的影响较大,与土壤孔隙水中c（CH₄）呈极显著正相关（P < 0.01）,与孔隙水中ρ（DON）呈极显著负相关（P < 0.01）.③秋茄树干呼吸速率与胸径大小呈极显著正相关（P < 0.01）,并呈极显著性幂函数回归关系（P < 0.001）,而树干CH₄传输速率不受胸径大小的影响.研究显示,与红树林湿地的空间异质性相比,植物特征对树干呼吸速率的影响更为显著;相反,对于树干CH₄传输速率,空间异质性的影响比植物特征的影响更为显著.      

喀斯特石漠化治理区土壤CH4和CO2排放研究

本研究采用静态密闭箱-气相色谱法,于2016年12月到2017年11月对重庆市南川石漠化治理示范区4个岩溶碳汇试验区(金银花地JYH、人工造林地杨树林YSL、坡改梯PGT、经济作物花椒林地HJ)及3个对照区(荒地HD、非坡改梯FPGT、弃耕地QGD)的土壤甲烷、二氧化碳的浓度及排放通量进行原位观测,探讨我国南方喀斯特石漠化地区甲烷和二氧化碳浓度分布和时空排放规律,及岩溶区土壤温度、土壤含水率等环境因子对甲烷、二氧化碳排放的影响。结果表明:不同植被类型下土壤CO_2的浓度范围为5 003. 64～19 163. 23 mg/m~3,土壤CH_4的浓度范围为5. 35～7. 46 mg/m~3。土壤CO_2的排放通量具有随季节变化土壤CO_2排放通量随季节明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与CO_2排放通量呈显著正相关关系。土壤CH_4释放速率没有明显的季节变化规律,在个别月份出现显著变化表现为巨大的源与汇,主要是受到土壤温度、土壤含水率及土壤微生物的共同影响。     

喀斯特洞穴甲烷研究进展

甲烷是最主要的温室气体之一。此前对全球甲烷进行了大量的观测和模拟研究,但在源汇关系和通量的认识上仍存在较大的不确定性。近期研究发现,广泛分布的喀斯特地下空间(洞穴和裂隙等)是大气甲烷重要的汇;其作用机制主要有微生物氧化作用和物理化学作用,但对二者的影响大小认识不足;喀斯特洞穴甲烷碳库大小及其对喀斯特生态系统的影响认识尚不清楚。下一步工作应该加强洞穴甲烷的系统研究,分析甲烷的碳汇机制以及估算碳库大小;同时,加强喀斯特生态系统大气、土壤和洞穴甲烷通量的研究,以揭示喀斯特地下空间对生态系统碳循环的影响。     

甲烷厌氧氧化协同硝酸盐还原菌群驯化及其群落特征

伴随硝酸盐还原的甲烷厌氧氧化是协同减少环境中硝酸盐及甲烷的有效途径.利用实验室废水处理厌氧污泥、污水处理厂厌氧污泥和填埋场覆土驯化富集硝酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群.考察菌群的甲烷氧化效果,结果发现接种污水处理厂厌氧污泥体系甲烷转化量最大,为0.05 mg·d-1.微生物群落结构分析显示,该体系中甲烷微菌和甲烷八叠球菌是甲烷氧化菌,假单胞菌、梭状芽胞杆菌和热单胞菌参与了硝酸盐的还原反应.硝酸盐的量影响甲烷的转化率及菌群结构.当硝酸盐浓度为200 mg·L-1时,体系中的硝酸盐还原菌为假单胞菌和梭状芽胞杆菌;浓度增加至500 mg·L-1时,硝酸盐还原菌则是假单胞菌和热单胞菌.同时,甲烷转化率增加34.7%.研究结果为该菌群应用于含甲烷废气与含硝酸盐废水的协同处理提供科学依据.     

乙醇预发酵对餐厨垃圾甲烷发酵动力学特性及底物的影响

重点考察了乙醇预发酵对餐厨垃圾甲烷发酵动力学的影响,并探讨了预发酵产生的乙醇作为甲烷发酵底物——"缓释乙酸"的可能性。结果表明:与一级动力学模型相比,修正的Gompertz模型更适合描述餐厨垃圾复杂底物的厌氧发酵体系。预发酵组最大产甲烷速率Rm比对照组高2.22倍,且T80(底物降解80%所需时长)和产气停滞期λ比对照组分别减少了1.67 d和0.64 d,表明乙醇预发酵可加快甲烷发酵的启动,显著提高底物降解速率和产甲烷速率。在单一碳源(乙醇、乙酸)的厌氧消化实验中,累积甲烷产率由高到低顺序为乙醇组(372 m L)>乙酸组(155 m L)>对照组(62 m L)。乙醇预发酵不仅可防止酸化,还能使乙醇起到"缓释乙酸"的作用,为甲烷菌提供足够的底物,从而显著提高餐厨垃圾甲烷发酵系统的稳定性。     

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.     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

含NaCl超细水雾抑制甲烷爆炸实验研究

为研究含NaCl添加剂超细水雾对甲烷爆炸的影响,在自制的半封闭透明管道内,进行含NaCl添加剂超细水雾抑制甲烷爆炸试验,通过检测和分析在不同NaCl浓度情况下超细水雾的粒径和甲烷爆炸的平均火焰传播速度、爆炸超压以及平均升压速率,探究NaCl浓度对超细水雾粒径及其对抑制甲烷爆炸有效性的影响。研究结果表明:NaCl浓度对超细水雾粒径影响较小;对于体积分数为9.5%的甲烷,相比于纯甲烷爆炸,其平均火焰传播速率、最大爆炸超压以及平均升压速率分别下降了53.7%,63.4%和60.7%,相比于超细纯水雾,其平均火焰传播速率、最大爆炸超压以及平均升压速率分别下降了38.6%,58%,56%;在通雾量相同的条件下,浓度为2.5%NaCl超细水雾对体积分数为9.5%的甲烷爆炸抑制性能最佳;含NaCl添加剂超细水雾的物理化学共同作用可以有效抑爆甲烷。