水库温室气体排放及其影响因素研究进展

二氧化碳、甲烷和氧化亚氮是3种重要的温室气体。水库是这些温室气体的重要排放源,排放途径多样,而且排放受诸多因素影响,其温室气体的排放量在时间和空间上存在差异。水库消落区是连接水陆生态系统能流、物流的枢纽,是温室气体产生的重要场所。通过分析国内外水库温室气体排放相关领域的研究成果,阐述了水库消落区、水库沉积物中温室气体的产生和排放特点;总结分析了水库温室气体的4个主要排放途径:水面自由扩散、气泡排放、水轮机和溢洪道、大坝下游河流排放;从季节变化、水面风速、水体pH、水温、水体含氧量、水位变化、水体中氮元素和磷元素浓度、库龄等角度,深入探讨了水库温室气体排放的影响因素;提出了未来在水库温室气体研究中需要加强的几方面内容。     

氮输入和互花米草入侵下闽江河口潮滩土壤甲烷氧化速率研究北大核心CSCD

通过室内培养实验,研究了自然状态(对照)、外源铵态氮(NH_4Cl)和硝态氮(KNO_3)的3种浓度输入(1 g/m^2、2 g/m^2和4 g/m^2氮)和互花米草入侵下,闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)潮滩土壤甲烷氧化速率。结果表明,与自然状态下相比,总体上,氨态氮输入促进了短叶茳芏潮滩土壤甲烷氧化,且随着氮输入浓度的增加,其促进作用逐渐增大;而硝态氮输入却抑制了短叶茳芏潮滩土壤的甲烷氧化,输入的硝态氮浓度越高,甲烷氧化速率越小;氮输入对潮滩土壤甲烷氧化速率无显著影响。互花米草(Spartina alterniflora)潮滩土壤的甲烷氧化速率高于短叶茳芏潮滩,互花米草入侵使潮滩土壤的甲烷氧化速率增加了22.66%。低、高浓度氮输入与互花米草入侵共同作用促进了潮滩土壤甲烷氧化,而中浓度氮输入与互花米草入侵共同作用却抑制了潮滩土壤甲烷氧化。潮滩土壤甲烷氧化速率与输入氮的类型、浓度、培养时间和土壤类型等有关。     

外源铁补给对潜流人工湿地脱氮效率影响的模拟研究

通过模拟实验,研究不同浓度外源铁补给对种植芦苇(Phragmites australis)的潜流人工湿地氮元素去除能力的影响,并初步探讨了其作用机理。结果表明,铁补给有利于促进人工湿地对水体中总氮和硝态氮的去除效率,且高浓度铁(50 mg/L)的促进作用比低浓度铁(25 mg/L)更强;但由于二价铁氧化过程中与铵态氮的硝化作用竞争吸氧,使铁补给仅仅促进了上层人工湿地对水体中铵态氮的净化作用,不利于下层人工湿地对铵态氮的净化。外源铁进入人工湿地系统后,其浓度迅速下降,且上层人工湿地水体中的二价铁浓度低于下层人工湿地,而上层人工湿地水体中的可溶性总铁和三价铁浓度高于下层人工湿地。随着水力停留时间的增加,人工湿地水体的pH总体上先升高后降低,而氧化还原电位则先降低后升高;对pH而言,加铁处理的人工湿地水体的pH总体上低于对照组,且下层人工湿地水体的pH低于上层,对照组则相反;对于氧化还原电位,加铁处理的人工湿地水体的氧化还原电位高于对照组,且下层氧化还原电位高于上层,对照组则相反。外源铁补给可以在一定程度上促进人工湿地对总氮和硝态氮以及上层人工湿地对铵态氮的去除效率,同时,外源铁自身的浓度和形态以及系统水体的pH和氧化还原电位也将发生显著变化。     

不同通风方式和加过磷酸钙处理反应器堆肥温室气体排放综合评价(英文)

堆肥可以杀灭病原菌、抑制杂草、缓慢释放养分、改良土壤、保持水分,是农业可持续发展的重要措施。堆肥过程中释放出大量温室气体尤其是甲烷,对全球环境变化产生重要影响。本研究通过量化比较不同堆肥方式下温室气体排放规律和排放量,以期实现减少堆肥堆制过程中温室气体排放的堆放方式。采用静态箱法研究了强制通风加过磷酸钙、强制通风不加过磷酸钙、翻堆通风加过磷酸钙、翻堆通风不加过磷酸钙四种处理的温室气体排放量。76天堆肥结束时,翻堆处理总有机碳降解51%-55%,强制通风降解大约44%。翻堆加过磷酸钙和不加过磷酸钙处理的甲烷排放量分别为15.35和15.27 g Mg-1堆料,高于强制通风处理排放量(加过磷酸钙和不加过磷酸钙处理分别为7.76 g Mg-1堆料和3.22 g Mg-1堆料)。在N2O排放量上,强制通风处理小于0.1%初始含氮量,翻堆处理约为0.1%初始氮。通风和翻堆过程中能量消耗分别相当于3.27、3.4、12.29和11.89 kg CO2-C Mg-1 堆料。过磷酸钙对温室气体排放影响很小,可能是大量秸秆作为堆肥填充料的加入保持了肥堆的高孔隙度和良好的通风条件。因此虽然强制通风堆肥可以节省空间且操作方便 ,在大规模集约化处理畜禽粪便时广泛应用,但翻堆通风由于其低建设成本和低温室气体排放量,以及较高的有机质分解效率,更适宜在我国农村采用。     

吉林敦化臌囊薹草泥炭沼泽土壤甲烷产生速率和氧化速率

以地处长白山区的吉林省敦化市大石头镇东明林场臌囊薹草(Carex schmidtii)泥炭沼泽为研究对象,于2019年7月15日,采集臌囊薹草草丘、丘下和丘间0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm深度的土壤样品,采用室内培养法,培养土壤样品,在连续培养的24 d中,从培养土壤样品的培养瓶中抽取气体样品,测定土壤甲烷的产生速率和氧化速率。研究结果表明,在实验的第24天,臌囊薹草草丘0～30 cm深度土壤的甲烷产生速率最大,为(156.55±83.37)μg/(g·d),在实验的第6小时,土壤甲烷氧化速率最大,为(1.38±0.11)μg/(g·d),二者显著高于丘下和丘间土壤,丘下和丘间土壤甲烷产生速率和氧化速率无显著差异;在垂直方向上,在实验的第24天,草丘10～20 cm深度土壤甲烷产生速率最大;在实验的第16天,丘间10～20 cm深度土壤甲烷产生速率最大;在实验的第12天,丘下0～10 cm深度土壤甲烷产生速率最大;草丘对土壤甲烷的氧化作用在甲烷释放过程中占主导地位,可以有效减少甲烷的排放量,对沼泽碳输出具有重要的调控作用。     

闽江口芦苇湿地土壤甲烷产生与氧化能力研究

用室内干土培养法对闽江口芦苇(Phragmites australis)湿地土壤甲烷产生与氧化能力进行了研究。结果表明:①在30℃培养条件下,培养5 d与培养12 d、19 d的湿地土壤甲烷产生率具有显著差异(n=8,p<0.05),而培养12 d与培养19 d的湿地土壤甲烷产生率差异不显著(n=8,p>0.05),随着培养时间的增加,湿地土壤甲烷产生率逐渐减小;②不同土层平均甲烷产生率范围为0.028 2~0.123 3μg/(g.d),0~5 cm土层的甲烷产生率最高,与其他土层的甲烷产生率具有显著差异(n=3,p<0.05),其他土层间的甲烷产生率差异不显著;③在30℃下培养19 d后,湿地土壤甲烷产生受到抑制,将培养温度升高至35℃,其甲烷产生率未发生明显变化,而随后葡萄糖的添加,明显地促进了湿地土壤甲烷的产生;④湿地土壤甲烷的产生能力与土壤pH、Eh和全氮显著相关(n=8,p<0.05),与盐度也存在相关关系,与有机碳含量的相关性不显著;⑤30℃培养条件下,0~10 cm土层甲烷氧化能力最强,且甲烷氧化能力与甲烷产生能力密切相关。     

氮输入和互花米草入侵下闽江河口潮滩土壤甲烷氧化速率研究

通过室内培养实验,研究了自然状态(对照)、外源铵态氮(NH_4Cl)和硝态氮(KNO_3)的3种浓度输入(1 g/m~2、2 g/m~2和4 g/m~2氮)和互花米草入侵下,闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)潮滩土壤甲烷氧化速率。结果表明,与自然状态下相比,总体上,氨态氮输入促进了短叶茳芏潮滩土壤甲烷氧化,且随着氮输入浓度的增加,其促进作用逐渐增大;而硝态氮输入却抑制了短叶茳芏潮滩土壤的甲烷氧化,输入的硝态氮浓度越高,甲烷氧化速率越小;氮输入对潮滩土壤甲烷氧化速率无显著影响。互花米草(Spartina alterniflora)潮滩土壤的甲烷氧化速率高于短叶茳芏潮滩,互花米草入侵使潮滩土壤的甲烷氧化速率增加了22.66%。低、高浓度氮输入与互花米草入侵共同作用促进了潮滩土壤甲烷氧化,而中浓度氮输入与互花米草入侵共同作用却抑制了潮滩土壤甲烷氧化。潮滩土壤甲烷氧化速率与输入氮的类型、浓度、培养时间和土壤类型等有关。     

闽江口半咸水芦苇潮汐沼泽湿地甲烷动态

利用2008-2010 年3 年的测定数据研究了闽江口半咸水芦苇潮汐沼泽湿地的甲烷动态特征, 其中2008-2009 年连续2 年采用静态箱-气相色谱法测定了芦苇潮汐沼泽湿地在涨潮前、涨落潮过程和落潮后3 个阶段排向大气的甲烷通量;此外, 还添加甲烷氧化抑制剂原位测定了芦苇沼泽湿地的甲烷产生与氧化, 采用自行设计的悬管装置原位测定了芦苇植株介导的甲烷传输排放速率。芦苇沼泽湿地甲烷排放通量具有明显的季节变化, 高温季节同时也是甲烷排放的高峰期;涨潮前、涨落潮过程和落潮后3 个阶段甲烷排放通量分别是0.69~40.95、0.26~9.57 和0.74~22.10 mg m^-2 h^-1, 平均值分别为7.53, 2.19 和4.93 mg m^-2 h^-1;涨落潮过程排向大气的甲烷通量明显低于涨潮前和落潮后;夏季测定日甲烷产生和氧化均高于冬季测定日;冬夏两个测定日芦苇植株髓腔内甲烷浓度均表现出明显的夜高昼低及由底部向顶部迅速降低的特点;不同生长阶段的芦苇植株甲烷传输排放速率明显不同, 快速生长阶段的芦苇植株甲烷传输排放速率最高,年尺度上单株芦苇植株介导的甲烷传输排放速率平均值为33.67 μg culm^-1h^-1, 芦苇植株介导的甲烷传输排放量占芦苇沼泽湿地甲烷排放通量的2.3%~28.5%, 植株距地面0~20 cm部位对整株传输排放甲烷的贡献率在不同季节均维持在较高水平, 均值为43.4%。     

洪水冲目可能有助于减少温地温室气体排放

甲烷是天然气和温室气体的主要成分,美国环境保护署估测,全球范围甲烷排放量的60％是人类活动的结果．湿地是排放甲烷的自然资源之一。细菌在分解腐烂有机物的过程中,将湿地中温室气体排放到大气中。     

芦苇根茎和根对造纸废水中铜的吸收

为了研究芦苇(Phragmites australis)根茎和根对造纸废水中铜的吸收能力,于2015年4月20日~10月22日,以辽河口湿地灌溉造纸废水的芦苇根茎和根为研究对象,在芦苇不同生长期,分别灌溉化学需氧量质量浓度为50 mg/L、175 mg/L和300 mg/L的造纸废水,测定芦苇根茎和根的生物量,以及重金属铜的含量。结果表明,在芦苇各个生长时期,灌溉不同浓度造纸废水后,芦苇根茎的生物量都高于根,当废水中化学需氧量质量浓度为175 mg/L时,根茎与根的生物量差异最显著;根中单位质量铜含量和总铜含量都高于根茎;当废水中化学需氧量质量浓度为175 mg/L时,芦苇根中的单位质量铜含量在快速生长期最大,为104.03 mg/kg,芦苇根茎中的铜含量在成熟期最大,为152.32 kg/km~2。     

基于修正的GHG-RA模型的三峡库区甲烷排放通量估算

利用以往研究中三峡库区的24个监测点的甲烷排放通量实测数据及其年平均气温和降水量数据,对温室气体排放风险评估模型(greenhouse gas risk assessment tool,GHG-RA)的系数进行了修正;利用修正的GHG-RA模型,估算了三峡库区24个监测点的甲烷排放通量;对2018～2117年期间三峡库区的平均甲烷排放风险进行了评价。研究结果表明,利用修正的GHG-RA模型估算的24个监测点的甲烷排放通量的平均值为0.222 mg/(m2·h),与实测值的均方根误差和平均偏差分别为0.12 mg/(m2·h)和0.32 mg/(m2·h);估算的2018～2117年期间三峡库区的平均甲烷排放通量为0.255 mg/(m2·h),甲烷排放风险为中等排放风险。     

温州三垟湿地底泥氮、磷含量及其对水质的影响

为探讨温州三垟湿地底泥中氮、磷营养盐含量及其对水质的影响,测定了三垟湿地水体、底泥中的氮、磷含量。结果表明,三垟湿地底泥中富含氮、磷等营养盐,当氧化还原环境发生变化时,底泥可成为水体的主要污染源;底泥中的全氮、全磷若有1％释放,则会使水体中的总氮增加0．63—3．10mg／L,总磷增加0．94—4．70mg／L;若一次释放,则会使水体中的总氮增加62．50～310．00mg／L,总磷增加94．13～470．00mg/L;因此在当前情况下,即便切断外源污染,三垟湿地水体仍将长期处于富营养化状态。     

海马齿对锌的耐性与富集特征

为了了解盐生植物海马齿(Sesuvium portulacastrum)对Zn的耐性和富集特征,采用1/2 Hoagland营养液水培实验,进行不同质量浓度Zn处理(0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、50 mg/L、90 mg/L和300 mg/L)30 d后,测定海马齿的株高、叶面积和生物量;并测定其根、茎和叶的Fe、Mg、Cu和Zn含量;计算耐性指数、富集系数、转运系数和移除率。结果表明,Zn质量浓度为0~50 mg/L时,海马齿能正常生长;当Zn质量浓度大于50 mg/L时,海马齿生长受到抑制;当Zn质量浓度大于90 mg/L时,海马齿出现死亡,完全致死的Zn质量浓度为300 mg/L。Zn处理显著抑制了根部对Fe的吸收,促进了叶对Mg的吸收。海马齿Zn含量最高的部位为根。海马齿的Zn富集系数远大于1,转运系数小于1。海马齿对Zn的移除作用主要体现在生物量大且富集能力强的地上部分。海马齿适用于修复Zn质量浓度小于90 mg/L水域的污染。     

洪水冲击可能有助于减少湿地温室气体排放

<正>甲烷是天然气和温室气体的主要成分,美国环境保护署估测,全球范围甲烷排放量的60%是人类活动的结果,湿地是排放甲烷的自然资源之一。细菌在分解腐烂有机物的过程中,将湿地中温室气体排放到大气中。根据美国俄亥俄州立大学的最新研究,洪水和暴雨冲击河、海附近的沼泽和湿地可减少其温室气体一半的排放量。该研究认为,在一定时间内,与流入稳定水量的湿地相比,     

盐胁迫下荇菜的耐受性和光合特性实验研究北大核心CSCD

以多年生浮水植物荇菜(Nymphoides peltata)为实验植物,人工配制氯化钠浓度为0.00 mol/L、0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.15 mol/L和0.20 mol/L的水,用于沉水栽培荇菜幼苗;在实验期间,测定荇菜植株的根茎形态特征参数、叶片的光合气体交换参数和叶绿素荧光参数,分析盐胁迫下荇菜植株的耐受性和光合特性。研究结果表明,在实验的第16天,在氯化钠浓度为0.15 mol/L的水体中的荇菜植株还在生长,但是其地上部损伤较大,地下部长势略差,地下茎仍然可以克隆扩展,因此,荇菜植株对盐胁迫具有一定的耐受性;在氯化钠浓度为0.20 mol/L的水体中的荇菜植株地上部基本死亡,地下根系也受到严重损伤;实验的第1天至第7天,当水体中的氯化钠浓度大于0.10 mol/L时,荇菜叶片的光合作用就会被显著抑制,随着水体中氯化钠浓度的增大,荇菜叶片的胞间CO浓度总体上在增大,荇菜叶片的蒸腾速率和气孔导度无明显变化;实验的第3天至第7天,不同盐度水体中的荇菜叶片的光系统Ⅱ实际光化学量子产量和光合电子传递速率都小于淡水水体中的荇菜叶片,而且随着水体中氯化钠浓度的增大,荇菜叶片的光系统Ⅱ实际光化学量子产量和光合电子传递速率都在不断减小。荇菜具有一定的耐盐性,盐胁迫主要通过影响荇菜叶片光系统Ⅱ的光合活性、光合电子传递速率和CO同化能力,进而影响荇菜的光合作用和生物量积累。     

人工湿地系统不同流段中氮的去除效果研究

2015年8月13~19日,通过模拟实验,在植物生长期,设置不同初始进水总氮浓度,研究不同流段人工湿地中氮的去除效果,并探讨了其作用机理。设置2组由表面流段—垂直流段—水平流段组成的模拟装置,其有效长度为3.6 m,宽度为0.5 m,深度为0.85 m,炉渣基质填充高度为0.65 m,种植美人蕉(Canna indica),采集3个流段15~20 cm、30~35 cm和45~50 cm(以距离基质表层以下深度)深度以及表面流段上覆水的水样,分析测定水中铵态氮和硝态氮等指标的含量。研究结果表明,各流段人工湿地系统中,初始进水浓度影响铵态氮的去除率和去除负荷,而由于充足的碳源,初始进水浓度对硝态氮的去除率影响较小,去除率都达到95%以上。水中有机碳源充足且易分解,可以有效提高湿地系统的反硝化速率和脱氮效果。在各流段人工湿地系统中,延长水体在湿地系统中的停留时间,有利于铵态氮的去除。因此,延长停留时间和拥有充足且易分解的碳源,有利于不同流段人工湿地中氮的去除。在低初始进水浓度(总氮质量浓度为85.4 mg/L)条件下,表面流段对铵态氮去除率最高,其次为垂直流段,水平流段对铵态氮的去除率最低。在高初始进水浓度(总氮质量浓度为148.3mg/L)条件下,3个流段对铵态氮的去除效果差别不大。湿地植物吸收及其代谢、微生物代谢、基质物理化学作用,以及进水负荷等共同引起水中p H的变化;进水方式和湿地植物代谢是引起湿地系统中氧化还原电位变化的主要原因。     

排水造林对泥炭沼泽湿地碳循环的影响概述

湿地仅占全球陆地表面很小的一部分,却是全球陆地生态系统的碳汇,在全球碳循环中发挥着重要的作用。湿地排水后,地表水位下降,湿地土壤有氧层增加,CO2排放速率增加,CH4排放速率减少,进而影响湿地生态系统的碳汇功能。综述了当前国内外有关湿地排水对土壤CO2和CH4温室气体和土壤有机碳储量影响的研究进展,研究表明:森林湿地选择适当择伐可能有利于减缓大气温室气体(CO2和CH4)的排放。这将为我国基层林业局湿地恢复和碳管理,以及湿地经营提供参考价值。     

氮肥对三江平原沼泽土氧化CH4的影响

三江平原新鲜沼泽土添加不同量的NH₄HCO₃后,在25°C下进行了6次连续培养。首次在大气浓度CH₄(约1.8 μl/l)中培养时,供试沼泽土氧化大气CH₄速率与NH₄HCO₃的加入量成反比,表明NH₄⁺最初抑制沼泽土氧化大气浓度CH₄。第1次用高浓度CH₄(约8 000 μl/l)培养沼泽土时,铵态氮抑制供试沼泽土氧化高浓度CH₄,但随着培养的继续,铵态氮的抑制作用逐渐减弱,最终转变为促进供试沼泽土氧化高浓度CH₄。经过高浓度CH₄培养后,添加NH₄HCO₃的供试沼泽土氧化大气CH₄速率上升2.6~5倍,且与NH₄HCO₃的加入量呈正相关,表明铵态氮肥最初对沼泽土氧化CH₄的抑制作用已经转变为促进作用。铵态氮对沼泽土氧化大气浓度CH₄和高浓度CH₄的抑制作用都是短暂的,其长期作用将是促进沼泽土氧化CH₄。     

土壤甲烷氧化菌多样性研究方法进展

土壤中最大的甲烷生物汇是甲烷氧化菌的氧化作用,约占全球甲烷汇的10％．甲烷氧化菌在土壤中以多样性的群落形式存在,鉴定其群落多样性对揭示土壤中甲烷氧化的微生物学机制及全球甲烷循环有重要的意义．本研究综述了土壤甲烷氧化菌的定义、分类和氧化甲烷的过程,对比了目前土壤甲烷氧化菌群落结构多样性研究中的主要方法及其应用,包括传统微生物培养方法、不依赖于培养的分子生物学方法和稳定同位素示踪方法等,提出了稳定同位素示踪方法能很好地检测到土壤中活跃的甲烷氧化菌群落多样性变化．     

气袋和注射器保存不同浓度甲烷气体的时效分析

气体样品的甲烷(CH4)浓度在取样后往往不能立即测定,需用密封性容器进行保存。本研究调查了保存时间(0、12、24、48、360、720 h)和容器类型(铝箔气袋和注射器)对不同浓度(高:101.9μmol·mol-1、中:8.34μmol·mol-1、低:1.13μmol·mol-1和大气:2.12μmol·mol-1)CH4气体的影响。结果发现,两种容器中的低浓度样品在保存48 h内CH4值无明显变化,而中、高浓度样品在保存24 h后显著低于立即测定值(0 h,P<0.05)。保存15天(360 h)后,中、高浓度样品的CH4值比立即测定值减少17%~28%(气袋)和37%~38%(注射器),而低浓度样品比立即测定值增加28%(气袋)和38%(注射器),表明两种容器都不适合用来长期保存CH4样品。不同浓度样品的CH4值均随保存时间呈线性变化,其变化速率可用样品-大气间的CH4浓度差线性方程拟合,拟合度达99%以上。这些高拟合度线性方程可用于推算样品的初始浓度。