神农架大九湖泥炭湿地甲烷通量特征及其与土壤微生物群落组成的关系

虽然神农架大九湖泥炭湿地的甲烷排放特征、土壤微生物群落组成已有一些研究,但是关于微生物群落与甲烷排放量的关系及影响的研究不多.采用涡度相关法和高通量测序技术,探讨2016年3月~2017年2月微生物对大九湖泥炭湿地CH₄通量排放的影响.结果表明,大九湖泥炭湿地研究期间表现为CH₄的源,年总排放量5 566.27 mg·m-2,日平均排放速率10.96 nmol·m-2·s-1;春、夏、秋、冬四季的平均通量分别为12.06、22.47、3.02、2.92 nmol·m-2·s-1;研究区优势菌为泉古菌（54.6%）、广古菌（18.9%）、酸杆菌（12.6%）等.对不同季节样品Shannon指数进行单因素分析,p值为0.000 127,分析结果表明:CH₄月通量变化均呈明显的倒“U”型;夏季CH₄通量最高,冬季最低;不同季节的微生物群落物种多样性存在显著差异;夏季、冬季微生物群落组成与CH₄通量分别呈显著正相关、显著负相关;未鉴别出的菌群和俭菌总门与CH₄通量呈极显著正相关关系,泉古菌门与CH₄通量呈极显著负相关关系.      

地质成因的甲烷释放对大气的影响

地质成因自然源的甲烷释放在整个大气甲烷估算中起着非常重要的作用,它既是不含放射性14C甲烷源(死碳源)缺失部分的重要代表,也是甲烷重碳源的重要部分.概述了国内外关于地质成因甲烷释放对大气甲烷源与汇影响的研究进展,详述了来自地质成因化石燃料泄漏的人为甲烷释放以及来自沉积盆地(含油气盆地)、泥火山、地热区、海洋和甲烷水合物的地质自然源甲烷释放对大气甲烷源与汇的贡献及其影响因素;说明由于地质成因甲烷分布的区域性、不均匀性和时空的高度变化性,以及目前地质成因甲烷的通量估算仅建立在区域性的少量甲烷通量测试基础上,造成了地质成因甲烷释放通量估算的高度不确定性;指出研究中国西北地区油气田集聚区的甲烷释放通量,对油气田地质成因甲烷释放通量的估算具有重要意义.     

雅克拉凝析油气田油水界面甲烷天然释放及其源示踪

为评价油气田天然释放CH₄对大气CH₄源与汇的贡献, 采用静态箱法实地监测了新疆塔里木盆地雅克拉凝析油气田油水界面处甲烷的释放通量, 并采用在线大气甲烷碳同位素制样系统与稳定同位素质谱仪联机测试了通量箱甲烷碳同位素组成.结果表明, 由于油水界面边水活跃程度不同, 甲烷通量在空间变化很大, 最高的日释放通量达2.28 mg/m2·d, 最低-1.32 mg/m2·d, 日平均释放通量0.51 mg/m2·d, 标准偏差达1.23 mg/m2·d.油水界面处甲烷通量日变化规律基本相同, 凌晨至清晨时达到相对高点, 随后逐渐降低, 下午至傍晚时段为释放低值甚至负值, 夜晚时分又逐渐增加.通量箱中甲烷δ13C组成白天随甲烷浓度的线性降低而逐渐偏重, 夜晚δ13C随着甲烷浓度的线性增加而逐渐偏重.可见, 油水界面边水活跃, 其上方的土壤形成相对氧化的环境, 油气藏甲烷及烃类在向地表运移的过程中不断被土壤吸收氧化, 仅有少量运移至地表并逸散到大气中, 局部甚至均被吸收氧化, 而成为大气甲烷的汇.      

含油气盆地地质甲烷释放研究综述

目前地质甲烷在国际上引起了广泛的关注。地质甲烷的释放在整个大气甲烷的源与汇的研究具有重要的意义。它既为不含放射性~(14)C甲烷源缺失部分提供了可能的解释,也为全球气候变暖的研究提供了科学依据。含油气盆地的甲烷是地质甲烷中的重要组成部分。本文概述了国内外含油气盆地甲烷释放的研究,详述了含油气盆地甲烷的源以及运移机制;阐述了目前对于地质甲烷研究的常用监测手段及其优缺点;并对全球含油气盆地的甲烷通量估算进行了总结。但是由于含油气盆地甲烷的通量估算是建立在区域性的部分甲烷通量测试基础上,仍然具有较大的不确定性。有效地结合甲烷的各种监测手段,在全球更多更广区域开展含油气盆地CH_4通量测量,是未来的发展方向和热点。我国是油气生产的大国之一,但相关的探究很少,因此,在我国开展含油气盆地甲烷释放通量的研究将有助于进一步完善全球含油气盆地甲烷数据库,对全球甲烷的源和汇的精确估算具有重要作用和意义。     

北冰洋CH_4研究进展

甲烷(CH4)是一种重要的温室气体,工业革命以来,大气中CH4浓度已增长了2~3倍。北冰洋沿岸冻土地带和冰川地质区域下埋藏了巨量的CH4储量,在全球气候变化背景下,北冰洋快速增长的CH4释放通量和可能产生的后果引起了人们的广泛关注。综述了北冰洋CH4的研究现状,着重介绍了北冰洋CH4的分布特征、通量及其生物地球化学行为,最后探讨了该研究领域中存在的问题。     

微生物介导的热融湖碳循环关键过程研究进展

极地超常的变暖引起多年冻土不断退化并形成热融湖,该过程释放温室气体与气候变暖形成正反馈。微生物在碳循环不同环节均发挥着重要作用,理解热融湖中微生物对碳循环的调控机制,对于应对未来气候变化具有重要意义。综述了热融湖微生物参与的关键碳循环过程：梳理了热融湖形成过程和形成后微生物群落组成与分布;对有机碳分解、产甲烷和甲烷氧化等过程中涉及的主要微生物类群进行了总结;凝练了微生物对碳循环的调控机制及受环境变化的影响机制与要素。基于已有研究,得出如下认识：(1)多年冻土融化形成热融湖主要以陆生有机质为主,一些营养物质如磷酸盐、植物纤维素和亮氨酸残基等生物聚合物从陆地进入水体。(2)在多年冻土融化形成热融湖过程中,随着温度和通气条件的改善,有机质及各种生物聚合物可利用性增加了微生物功能基因多样性,提高了微生物对有机碳的分解潜势。温度、底物、溶解氧等和微生物群落的变化引起微生物代谢途径等的改变,从而影响了甲烷产生、甲烷氧化及固碳等过程,最终影响碳循环。(3)为了加深对热融湖中微生物介导碳循环过程的理解,提出了未来研究的方向：借助宏基因组技术及室内培养实验更加清晰地揭示微生物对碳循环各个过程的调节机制,...     

湖泊沉积物甲烷的产生和氧化研究的意义及应用

甲烷(CH4)对全球变暖的贡献仅次于二氧化碳(CO2),百年尺度上单分子CH4的增温潜势是CO2的28~34倍。湖泊被认为是重要的CH4释放源。沉积物中CH4的产生和氧化影响湖泊CH4的释放,是湖泊碳循环的重要组成部分。本文介绍了湖泊沉积物CH4产生和氧化的过程,分析了影响因素和机制;总结了湖泊富营养化和全球变暖对CH4产生和氧化的影响。最后提出,未来在研究方法上应注重室内模拟和野外观测相结合,在区域尺度上加强湖泊沉积物CH4产生和氧化的驱动机制研究。     

重庆凉风垭天然气富集区上覆菜园土壤甲烷氧化细菌群落分析

对重庆市凉风垭地区一具有天然气泄漏的菜园土壤进行采样,利用16S rDNA克隆文库研究了该菜园表层及底层土壤样品中甲烷氧化细菌的群落结构,以期了解甲烷泄漏地区甲烷氧化菌的丰度、结构和组成状况,为深入探讨甲烷在该地区的循环及甲烷泄漏对环境的影响奠定基础.DNA序列分析结果显示,该天然气富集区上覆菜园地土壤中Ⅰ型甲烷氧化细菌以甲基细菌属(Methylobacter)占绝对优势,在底层样品与表层样品中所占比例存在较大差异,且底层样品中Ⅰ型甲烷氧化菌的多样性指数(1.99)比表层样品中的多样性指数(1.3)高.Ⅱ型甲烷氧化细菌仅在底层样品CD1中检测到,以甲基孢囊菌属(Methylocystis)占优势,其多样性指数为2.07,种类较Ⅰ型种类要多,这可能暗示Ⅱ型甲烷氧化细菌更能适应在土壤底层低氧、高浓度CH4条件下生存.同时,系统发育树分析显示,大部分菜园底层土壤样品中的Ⅰ型甲烷氧化细菌序列无法同已知的甲烷氧化细菌种属聚在一起,暗示该天然气富集区上覆菜园土壤中甲烷氧化细菌具有特殊性.由于Ⅰ型和Ⅱ型甲烷氧化菌对CH4的亲和力以及对CH4氧化能力的差异,天然气富集区甲烷氧化菌的群落结构研究对深入了解陆地生态系统CH4代谢具有重要意义.     

地质甲烷对大气甲烷源与汇的贡献

地质甲烷是除湿地外最大的一类自然源,主要包括微渗漏、泥火山、海底渗漏、火山地热区和温泉等,这些地质源每年向大气释放约42～64 Mt甲烷气体,在整个大气甲烷收支平衡中具有重要意义.IPCC第四次报告(2007年)以前由于相关调查研究的欠缺,甚至基本数据的匮乏(包括未发现的源)以及甲烷地质成因的复杂性,对地质甲烷等烃类气体向大气的排放通量估算严重偏低.最近几年,国外相关研究者进行了一定规模的系统调查和科学研究,补充完善了有效数据库,改变了估计偏低的现状,并且使IPCC将地质来源的甲烷单独列项.相对来讲,我国在这一领域的研究还刚刚起步,与国际水平相差甚远,包括泥火山等地质甲烷释放通量的原位测量和科学研究仍属空白.因此,适时总结国内外相关研究的现状和发展趋势,将有利于为开展中国地质源甲烷的研究提供有益的参考.     

南海北部九龙甲烷礁邻区沉积物层中垂向细菌群落结构特征研究

本研究应用微生物16S rRNA-DGGE和T-RFLP技术,结合环境参数,对我国天然气水合物潜在区南海九龙甲烷礁附近973-4柱状样沉积物中3个层位12个不同深度(表层20 cm至382 cm,中层552 cm至796 cm,深层862 cm至1 196 cm)细菌群落结构及其分布进行了对比研究.其中T-RFLP实验表明,细菌丰度、香农指数和均匀度变化趋势相同,由深层到716 cm处先降后升,中层716 cm深度范围处微生物群落丰度、均匀度、香农指数相对较高,716 cm至表层先降后升.DGGE图谱和T-RFLP色谱峰聚类分析表明:表层20 cm至192 cm相似性较高,表层236 cm至382 cm与深层1 082 cm、1 196 cm群落结构相似性较高,但中层沉积物中微生物群落结构与表层及深层均有较大差异.环境参数表明中层甲烷含量较高,推测甲烷是影响微生物群落结构差异的主要因素之一.T-RFLP色谱峰与微生物数据库比对及DGGE条带测序也表明了:本区变形杆菌(Proteobacteria)为优势菌群,其中α-、γ-、δ-变形杆菌(Proteobacteria)为主要的细菌亚群,其他细菌包括放线菌(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)为次优势菌群.甲烷含量较高的中层,甲烷氧化菌(Methanotrophs),硫还原菌(Sulfate-reducing bacteria)等与甲烷密切相关的细菌均有被检测到,表明该区域存在与天然气水合物的分解释放相关的微生物群落.     

稻田CH_4排放的控制措施

通过对稻田CH_4排放施肥效应的研究指出:化肥的施用能够降低CH_4的排放,但是有机物的数量及质量是影响稻田CH_4排放的主要因素,因此稻田CH_4排放的控制应该主要从有机肥的科学施用入手;比起常规的有机肥,沼渣肥这种已经发酵的“陈”有机肥能够较大程度地降低CH_4排放。推出沼渣肥和化肥混施的方案,在不降低水稻产量的同时降低CH_4排放,并建议新鲜有机肥(紫云英、稻草、猪粪等)先进沼气池产生沼气并利用,沼渣在施入土壤前先充分干燥。 水管理实验发现,当土壤湿润度低到一定程度时(26％<湿度<31％),CH_4排放率突然减少,CH_4产生率也明显降低,而且主要的产CH_4区域向土壤深处移动。重新灌水后在较长的一段时间内CH_4排放率仍不能恢复。一个三日间隔灌溉法因为灌溉的时间间隔太短,没有起到降低排放的作用。同时考虑水稻产量及方案实用性,提出用适当时间表的间歇灌溉来降低CH_4排放。如果能控制好土壤湿润度的临界值,我国常用的晒田技术会起到降低CH_4排放的效果。 为更好地降低CH_4排放,并努力增加水稻产量,设想了一种水肥结合的控制措施,即把沼渣肥和化肥混施方案与最简单的间歇灌溉方案——晒田共同使用、结果使晚稻CH_4排放降低了一倍多。水稻作为传输CH_4的主要路径,某些水稻品种也可能对降低稻田CH_4排     

稻田土壤中的CH4产生

通过对意大利稻田及我国湖南地区稻田土壤中CH_4产生率的实地测量,甲烷产生主要发生在稻田土壤耕作层的还原层(2—20cm),但不同的农业操作对此有较大的影响;在意大利稻田中7—17cm土壤层是重要的甲烷产生区域,13cm处的CH_4产生率最大;由于我国湖南地区独特的有机肥铺施操作,土壤中甲烷的产生在土壤上部即耕作层氧化层以下(3—7cm)就达到最大值。土壤湿润度能影响土壤主要CH_4产生区域的深度,当土壤湿润度低于某个临界值后,主要的CH_4产生区域将向土壤深处移动,CH_4产生量也明显减少。种植水稻的稻田土壤中CH_4产生率要比不种水稻的大,同块稻田中CH_4产生率还有一定的空间变化。另外,水稻植物根部土壤比水稻行间土壤能产生较多的CH_4。在大多数情况下CH_4产生率在下午大于上午,但在一日间没有明显的日变化规律,因此CH_4排放路径的日变化可能是CH_4排放日变化的主要原因。在湖南地区不同施肥和水管理稻田的CH_4产生率差别十分显著。这种差别能完全在CH_4排放率的差异上体现出来。总有机酸含量差别在各不同施肥田中较小而在各不同水处理田中较大实验室培殖发现温度能够较大地影响土壤CH_4产生率,每上升10℃,甲烷产生率能增加3倍多。在整个水稻生长季节中,仅施化肥或不施肥的意大利稻田土壤中CH_4产生率随时     

稻田CH4的排放规律

通过对我国长江中下游地区、西南地区及华中地区这三大主要水稻区稻田CH_4排放的多年测量,描述了稻田CH_4排放的一般规律及特征。稻田CH_4排放的日变化有三种型式,即下午最大值型式、夜间最大值型式以及下午、夜间双峰型式,导致这三种型式的主要原因是CH_4排放路径的日变化;不同品种水稻的不同生理特性、天气条件会通过改变CH_4排放路径的日变化来改变CH_4排放日变化的型式;随着水稻生长,CH_4排放日变化幅度也会随着变化。 早稻与晚稻稻田CH_4排放的季节变化型式不一致。早稻的CH_4排放一般出现三个排放峰值,其中第一个与第三个峰值是由土壤中CH_4的产生率增加引起的,第二个峰值则是由于CH_4排放路径的畅通引起的。四川地区单季稻CH_4排放的季节变化与早稻比较一致,但是没有第一个排放峰值的出现。引起早、晚稻不同季节变化的原因是水稻生长季节中气温的季节变化。灌溉水状态也能够较大程度的影响稻田CH_4的排放的季节变化。 含SO_4~(2-)的肥料能够降低CH_4的排放,但其作用的大小取决于土壤中有机物质(肥)的数量;施尿素、KCl也能够使CH_4排放降低,但它的降低效应没有有机肥使CH_4排放增大的正效应大,这说明有机肥对CH_4排放的影响很大,而在空气中堆腐过的沼渣肥使稻田CH_4的排放大大降低。不同的施肥使     

神农架大九湖泥炭湿地CH4通量特征及其影响因子

开展大九湖湿地生态系统CH₄通量研究,对深入了解碳循环机制、科学经营以及准确评估湿地生态系统碳收支等方面具有重要意义.以湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地为研究区域,采用涡度相关法对CH₄通量进行原位连续观测,分析了泥炭湿地CH₄通量变化特征及其影响因素.结果表明,大九湖泥炭湿地在2015年8月至2016年5月期间表现为CH₄的源,日通量均值为15.57 nmol·m-2·s-1.CH₄通量具有“夜间极大值”(2:00或22:00) 和“三峰模式”(6:00、12:00和22:00) 两种昼夜变化规律;CH₄通量具有明显季节变化规律,8月释放最多(36.46 nmol·m-2·s-1),3月释放最少(3.92 nmol·m-2·s-1).相关性分析表明,大九湖泥炭湿地CH₄通量受空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、土壤含水量(SWC)和摩擦风速(U*)的共同影响;不同时间尺度上,各影响因子与CH₄通量的相关性有所差异.曲线拟合得出,CH₄通量与T_a和T_s呈指数增长趋势,与SWC呈二次曲线关系.      

祁连山疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量特征

研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量有助于准确估算该区域的土壤CO₂排放, 对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义. 利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO₂通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量进行了定期观测, 结合气象和土壤环境因子进行了分析. 结果表明: 整个观测期高寒草甸土壤表现为CO₂的源, 土壤CO₂通量的日变化范围为2.52～532.81 mg·m^-2·h^-1. 土壤CO₂年排放总量为1 429.88 g·m^-2, 年均通量为163.23 mg·m^-2·h^-1; 其中, CO₂通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm 土壤温度、含水量和盐分均显著相关. 2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO₂通量的最重要因子. 在完全融化期、冻结过程期和整个观测期, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO₂通量变化的72.0%、82.0%和38.0%, 对应的Q₁₀值分别为1.93、6.62和2.09. 冻融期(含融化过程期和冻结过程期)和完全冻结期的土壤CO₂排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%, 在年排放总量估算中不容忽视.     

祁连山区多年冻土空间分布模拟

祁连山区位于青藏高原东北边缘,是亚洲水塔重要的组成部分,多年冻土的变化对生态系统和水资源平衡有着重要影响。基于青藏高原第二次综合科学考察、道路勘察钻孔点以及前人所获得的多年冻土下界资料,回归得出祁连山区多年冻土下界统计模型,借助ArcGIS平台在DEM数据的支持下,模拟出祁连山区多年冻土空间分布图。结果表明：祁连山区多年冻土分布的下界具有良好的地带性规律,表现为随经纬度增加而降低的规律;祁连山区多年冻土在空间分布上呈现出以哈拉湖为中心向四周扩散的分布格局;祁连山区总面积约为16.90×10⁴ km²,其中多年冻土面积约为8.03×10⁴ km²,占总面积约47.51%。多年冻土区与季节冻土区之间存在着有不连续多年冻土分布的过渡区,过渡区面积约1.43×10⁴ km²,占总面积约8.46%。     

疏勒河上游多年冻土区植物生长季主要温室气体排放观测

选取青藏高原东北部疏勒河上游多年冻土区的高寒草甸样地为研究对象, 对2011年植物生长季(6-10月)主要温室气体(CO₂、 CH₄CH₄和CO₂)的排放进行了观测. 结果显示: 疏勒河上游多年冻土区高寒草甸地表CO₂、 CH₄和N₂O排放速率范围分别为7.58~418.60 mg·m^-2·h^-1, -0.20~0.14 mg·m^-2·h^-1和-27.22~39.98 μg·m^-2·h^-1. 0~10 cm土壤温度、 含水量和盐分与CO₂和CH₄排放速率显著相关, 但与N₂O排放速率无显著相关. 日均排放速率显示, CO₂和N₂O在整个观测期均表现为排放; CH₄在植物返青期和生长旺盛期表现为排放, 在枯黄期伴随表层土壤发生日冻融循环时为吸收. 从9月30日12:00-10月6日14:40, 表层0~10 cm土壤经历了3次日冻融循环, CO₂和N₂O日均排放速率分别由冻融前的60.73 mg·m^-2·h^-1和9.91 μg·m^-2·h^-1提高到122.33 mg·m^-2·h^-1和11.70 μg·m^-2·h^-1. 土壤温度、 含水量和盐分是影响CO₂和CH₄排放的重要因子, 表层土壤冻融交替作用可提高地表CO₂和N₂O的排放速率.     

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分及甲烷碳、氢同位素特征研究

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区沿隐伏断层发育多处冷泉含水溶解烷烃,采用水溶烃组分和甲烷的稳定碳、氢同位素特征对其成因开展了分析研究。结果表明,开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分中甲烷含量比例高达99.83%~99.96%,同时伴随有少量乙烷、丙烷,另含微量的乙烯和丙烯。开心岭一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-46.5‰~-55.1‰,δD_VSMOW值为-281.0‰~-342.0‰;乌丽一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-47.8‰~-58.9‰,δD_VSMOW值为-339.0‰~-346.0‰,指示水溶烃甲烷为有机成因,但气源较复杂,利用δ¹³C_CH4-δD_CH4、δ¹³C₁-C₁/(C₂+C₃)等成因图解判别,得出甲烷主要属微生物气,次之为热解成因气,混有少量原油伴生气。推断甲烷主要为有机质在微生物作用下分解的烃类气体或次生生物气,与晚二叠世那益雄组含煤烃源岩有关,气源条件暗示该地区冻土带200~500 m深度内有利于微生物成因气为主的甲烷天然气水合物形成。     

基于GIS空间分析模型的祁连山多年冻土研究

依据祁连山和青藏高原气温、地温、冻土厚度与经纬度以及海拔的经验公式, 通过ArcGIS空间分析, 获得了祁连山地区年均气温、年均地温和冻土厚度的空间分布规律。祁连山多年冻土区年均气温和年均地温分别为-12~-6 ℃和-4~-2 ℃, 多年冻土厚度变化于90~140 m之间。其中, 哈拉湖地区海拔4300 m以上的高山区温度最低、冻土最厚, 年均气温和年均地温分别低于-10 ℃和-4 ℃, 多年冻土厚度大于140 m。结合祁连山烃源岩区域分布特征和木里天然气水合物钻孔的冻土厚度资料, 认为中祁连盆-山构造地貌发育区为天然气水合物成藏最有利区域。