中国第二次北极科学考察路线上温室气体瓶采样结果分析

用气相色谱和非红外色散分析方法,分析了中国第二次北极科学考察路线上采集到的气体样品中温室气体(CO₂和CH₄)的浓度,对不同纬度带上CO₂和CH₄平均浓度变化特征进行了研究.结果表明:海洋表面不同纬度带上CO₂的浓度呈现出随纬度升高而减小的趋势,这与全球范围内CO₂的年平均浓度的地理分布特征相反,显示了海洋对CO₂气体的吸收作用.45°N以北的海洋表面,CH₄浓度有随纬度升高而增大的趋势,这与全球范围内CH₄的年平均浓度的地理分布特征相同;中纬度近海岸地区温室气体浓度变化无明显规律,可能受到区域或局地气团的影响较大.     

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CH4的传输

通过对稻田CH_4排放、土壤CH_4产生率以及植物体CH_4传输、气泡、液相扩散这三种排放路径的同时测量后发现:CH_4氧化作用在下午CH_4排放路径通畅时较小;阴雨天气造成CH_4排放率降低会增加CH_4在土壤中的氧化量。早稻CH_4传输效率在6月上、中旬较高,晚稻则在水稻生长初期的7月下旬最高,这主要是两季水稻的生长季节中气候因子的差异造成的。只有在较短的时间尺度内,当水稻植物体、气候因素维持相对恒定时,CH_4产生率和稻田甲烷排放才显出正相关性。 水稻植物体内有明显的CH_4浓度梯度。水稻的切割控制实验发现,通过植物体排放CH_4的比例随季节而变化,在进行单株植物体排放测量时发现了同样结果,早稻和晚稻CH_4通过水稻植物体的传输平均分别占CH_4总体排放的73.18％(43.07—97.88％〕及54.98％(11—99.95％);植物体对CH_4排放的作用在早稻大于晚稻;水稻植物体排放CH_4的能力的季节变化对早、晚稻类似,随着水稻的生长而不断增强,到水稻抽穗中期达到最大,以后则随水稻的成熟而变小;水稻植物体排放CH_4的能力与水稻植物体的高度存在极大的线性正相关。土壤中CH_4的浓度远远大于大气中的CH_4含量(10—10~4倍),根部区域土壤CH_4浓度小于水稻行间土壤中的;在垂直方向,CH_4浓度在14cm深的土壤中最大,与土壤浅层有     

若尔盖高原草甸土与泥炭土氧化CH4研究

若尔盖高原草甸土氧化大气CH₄的速率为-0.092～0.125 ng·g^-1·h^-1,氧化速率随着土壤深度的增加而减小,深度超过25cm的土层没有氧化大气CH₄的潜力;而高原泥炭土CH₄排放速率为0.236～1.088 ng·g^-1·h^-1,排放速率亚表层土(10～25 cm)最大.两种土壤均能氧化高浓度CH₄,泥炭土氧化大气浓度CH₄的速率是草甸土的15～22倍.两种土壤不同层次氧化高浓度CH₄的潜力都没有显著差异.降水减少或人为排水导致的泥炭地水位下降,将加强若尔盖高原土壤氧化CH₄从而减少CH₄排放.     

Characteristics and Drivers of Methane Fluxes from a Rice Paddy Based on the Flux Measurement

Rice paddies are an important anthropogenic source of methane (CH₄) to the atmosphere, which aggravate the global warming greatly. CH₄ fluxes from a rice paddy in Central China were continuously measured with the eddy covariance method in 2018. The characteristics, dynamics and drivers of the observed CH₄ fluxes from this paddy field were subsequently analyzed. The results indicated that \mathrm{①} a distinct seasonal variation of daily CH₄ fluxes was found over the whole observed period. Daily CH₄ fluxes were the highest in the vegetative period, then decreased gradually, and became the lowest in the fallow period; \mathrm{②} observed CH₄ fluxes had a clear single-peak diurnal pattern during the vegetative and reproductive periods, and reached daily peaks at about 14:00-16:00. However, no obvious diurnal variation in CH₄ fluxes was observed during the fallow period; \mathrm{③} air temperature was the most important drivers that controlled the seasonal variation of CH₄ fluxes from this paddy field, and Vapor Pressure Deficit (VPD) was also found related to the CH₄ emissions; \mathrm{④} the largest daily CH₄ flux was 0.69 μmol/(m²·s), occurred in the late of vegetative period, and the total amount of CH₄ emissions over the whole observed period was about 28 g C/m².     

祁连山多年冻土区甲烷通量与甲烷微生物群落组成的关系

全球变暖可能导致多年冻土中的有机碳分解,向大气释放甲烷(CH4),但多年冻土的甲烷释放通量与微生物群落结构以及功能基因的丰度相关性还不清楚.于2019年6月～2020年1月,选择青藏高原北部祁连山多年冻土区,利用静态箱-气相色谱法对不同海拔地区进行CH4释放通量测定,并分析土壤理化性质、CH4功能微生物群落、功能微生物...     

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.      

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.      

Key Scientific Problems and Challenges of Studying Carbon Cycle Mechanism in Pacific Sector of the Arctic

Challenged by the enormous pressure to reduce the global carbon emission, it is expected that the Arctic Ocean could absorb additional atmospheric CO₂ with the retreating of sea-ice. The Chukchi Sea and adjacent waters, characterized by the highest carbon fixation in the global ocean and large carbon flux into the deep-ocean for sequestration, make substantial contributions to carbon cycling in the entire Arctic Ocean. Understanding the response mechanism of carbon cycling in this region to the rapidly changing environment is the foundation for the prediction of carbon sink in the Arctic Ocean. However, the response of carbon absorption and storage to climate change is still controversial, and the main controlling factors of the carbon cycle process remain unclear.Thus, to establish high-resolution coupled ocean-ice-carbon models can explore the influence of sea ice retreat on atmospheric CO₂ and the vertical sinking carbon fluxes in Chukchi Sea, estimate the effectiveness of growing inflow and slope upwelling on carbon sink/source patterns, discuss the response of deep-ocean carbon sequestration to the changing environment, and evaluate the effectiveness of continental shelf pump in the Chukchi Sea as well as its role in the global carbon sink. Based on the challenge for the research of the Chukchi Sea carbon cycle research with rapidly changing climate, the basic ideas of establishing Arctic Ocean carbon cycling model as well as its key scientific issues to be resolved were proposed.     

大气甲烷的冰芯记录

冰芯包裹气体的提取分析提供了历史时期大气CH₄含量变化最直接的信息.“三极(南极、格陵兰及青藏高原)”冰芯的大气甲烷记录的恢复,刻画了自然变化时期大气CH₄含量的详细变化情景及不同纬度间的变化差异,并以此可进一步分析大气CH₄含量变化与气候变化的关系以及陆地CH₄排放随时间的变化特征.冰芯研究揭示,工业革命以来大气CH₄含量的急剧增长及其现阶段的大气含量是过去几十万年来任何气候变化时期从未发生过的.     

考虑Klinkenberg因子状态的CO2-ECBM模拟研究

为了探究Klinkenberg效应及不同状态的Klinkenberg因子在注CO₂提高煤层气采收率(CO₂-Enhanced Coal Bed Methane,CO₂-ECBM)过程中的作用,借助COMSOL有限元软件模拟分析了Klinkenberg因子为0、固定Klinkenberg因子与动态Klinkenberg因子3种状态对CO₂-ECBM及有效渗透率的影响,以及CH4与CO₂压力随该因子的动态变化情况,并将CH4产气量与工程实际作了对比验证。结果表明,CH4与CO₂有效渗透率呈先缓慢增长再急速下降后逐渐趋于平缓的态势,相较于固定Klinkenberg因子或Klinkenberg因子为0,动态Klinkenberg因子影响下的CH4与CO₂有效渗透率更大,当Klinkenberg因子为动态变量时,受不同气体的摩尔质量与动力黏度影响,CO₂有效渗透率小于CH4有效渗透率。在动态Klinkenberg因子作用下...     

基于DFT方法的注热蒸汽开采CH4吸附机理

为探究不同煤阶煤吸附CH₄和H₂O吸附机理,采用量子化学方法中的密度泛函理论（DFT）,在B3LYP/6-31G基组上计算了不同煤阶煤的大分子稳定构型及煤分别吸附CH₄、H₂O及CH₄与H₂O共存条件下的吸附能和电荷转移情况。研究结果表明:煤吸附CH₄为物理吸附,随着煤阶升高,煤吸附CH₄能力增强;吸附H₂O时以氢键形式作用,其中煤中含氧官能团为氢键供体,H₂O中-OH为氢键受体,随着煤阶升高,吸附H₂O能力减弱;当H₂O与CH₄共存时,H₂O抢占CH₄吸附位,导致煤优先吸附H₂O,使吸附态CH₄减少,游离态CH₄增多。从分子水平完善了煤吸附甲烷和H₂O的吸附机理,为注热蒸汽开发煤层气奠定了吸附理论基础。      

等压扩散下CO2对不同变质程度煤中CH4置换效应的影响

为了研究等压扩散条件下不同变质程度煤中CO₂置换CH₄特征规律,选择无烟煤、瘦煤和气肥煤3种煤样,进行了不同等压扩散压力下的等压扩散置换实验。实验结果表明:随着煤变质程度的增加煤吸附CH₄和CO₂的能力表现出逐渐增强的趋势,且CO₂的吸附量大于CH₄的吸附量;随着实验点扩散压力的增加,CO₂对CH₄的绝对置换量和置换率均随之增加,CO₂对CH₄的注置比却随之降低。在实验煤样变质程度范围内,CH₄置换率与煤变质程度和CO₂注置比均呈负相关关系。研究成果对井下注CO₂置换煤层CH₄的工程技术和理论具有指导意义。      

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     

不同成因类型煤型气地球化学特征及其判识意义

通过数理统计前人公开发表的国内外21个盆地或地区的324组煤型气地化数据, 分析不同成因类型煤型气地层分布和稳定碳、氢同位素组成及空间分布特征, 提出多个煤型气成因类型判识图版, 并以实例论证这些图版的可行性.研究结果表明: 与煤层相关的生物成因气不同于常规生物气, 最显著区别在于前者δ13C(CH₄)上限值低, 即生物成因气δ13C(CH₄)＜-60‰, 热成因气δ13C(CH₄)＞-40‰, 混合成因气δ13C(CH₄)介于二者之间.随着有机质演化程度增强, 从生物成因气至热成因气, δ13C(CH₄)、δ13C(CO₂-CH₄)、δ13C(C₂H₆-CH₄)及CH₄/(C₂H₆+C₃H₈)具有变重趋势且相关性明显, δ13C(CH₄)与δ13C(CO₂-CH₄)、δ13C(CH₄)与δ13C(C₂H₆-CH₄)及δ13C(CH₄)与CH₄/(C₂H₆+C₃H₈)是划分煤型气成因类型最可靠的图版.      

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.     

CO2注气压力对瓦斯扩散系数影响规律实验研究

煤层CH₄解吸效率低、扩散慢的特点严重制约着煤层瓦斯抽采的效率,为解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题,选取晋城赵庄煤矿煤样,研究不同注气压力对驱替CH₄过程的影响以及驱替过程中CH₄扩散系数的变化规律,利用自主研发的CO₂驱替CH₄试验平台,在0.6、0.8、1.0 MPa等不同注气压力条件下分别进行CO₂驱替CH₄实验。结果表明:驱替压力越大,达到最大CH₄排放量的时间越短,CO₂突破时间越快,置换效率越大,驱替效果越好;CH₄气体驱替过程分为3个阶段,先急剧增加再缓慢增加最后保持平稳;在同一注气压力下,瓦斯扩散系数随时间呈先增大后减小的变化规律,注气压力为0.6、0.8、1.0 MPa时,瓦斯扩散系数的最大值分别为2.27×10-5、3.36×10-5、4.62×10-5 cm2/s。从实验结果可知,不同注气压力下,CO₂对CH₄主要起到驱替作用、置换吸附-解吸作用及稀释驱替作用;每个阶段的CH₄气体运移情况不同,根据实验阶段合理调整注气流量、压力等参数,使注驱技术搭配更高效。研究结果对CO₂深埋与瓦斯（煤层气）高效抽采具有理论指导意义。      

X射线粉晶衍射-拉曼光谱法研究含甲烷双组分水合物结构及谱学特征

天然气水合物的晶体结构主要取决于客体分子种类与组成,目前单组分水合物的结构和谱学特征较为明确,但多组分水合物相关研究较少.为解决多组分水合物的结构识别问题,探讨其谱学特征,本文实验合成了甲烷-丙烷(CH4-C3 H8)和甲烷-四氢呋喃(CH4-THF)两种含CH4双组分水合物以及CH4、C3 H8和THF等三种单组分水...     

沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井煤层气地球化学特征及成因

为了研究废弃矿井中煤层气成因,以沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井为例,抽采废弃矿井中煤层气并进行化学组分和同位素测试,并采集部分废弃矿井水样品测试水中离子浓度、pH值等进行研究。结果表明:潘庄区块废弃矿井中煤层气CH₄体积分数平均值为91.99%,CO₂为1.26%,N₂为6.73%;甲烷碳同位素（δ13C₁）值为-31.36‰~-33.53‰,平均-32.25‰,氢同位素（δD）值为-182.76‰~-193.20‰,平均-187.538‰。废弃矿井排采水中阴阳离子主要为Mg2+、K+、HCO₃-、Cl-、Na+、SO₄2-和NO₃-等,产出水型为Mg-（HCO₃）₂型,表明矿井水受到地表水的强烈影响。废弃矿井中煤层气主要以热成因气为主,少量次生生物气。与附近未开采煤储层相比,研究区废弃矿井中的环境更有利于次生生物气的生成。      

贵州牛蹄塘组页岩气表面自由能研究

为了研究页岩对气体的吸附机理,在50℃、60℃、80℃ 3个温度点对贵州凤参1井和天马1井的页岩样品进行等温吸附实验,并绘制出了CH₄和CO₂等温吸附曲线图,计算得到页岩表面自由能,从自由能角度分析页岩对CH₄和CO₂气体的吸附特性。研究结果表明:当温度一定时,随着压力的增加,页岩对2种气体的表面自由能变化值均呈现出不断增加的趋势,当压力一定时,随着温度的增加,表面自由能会逐渐减小,这与等温吸附曲线上气体吸附量随压力的变化是一致的;页岩对CO₂的表面自由能变化值均要大于CH₄,表明页岩对CO₂的吸附能力比CH 4 更强,可以通过向页岩层中注入CO₂来提高采收率;对于吸附能力较强的页岩气藏,可以通过注入表面活性剂的方法,增强活性剂与页岩表面的结合能力,降低CH₄占有面积及其与页岩的表面自由能,以此达到促使CH₄解吸的目的。