黄河口潮滩湿地土壤CH4氧化潜力及其对有机物输入的响应

2010年11月,采集了黄河口北部滨岸高潮滩、中潮滩、低潮滩和光滩表层土壤样品,基于短期培养实验,研究了不同潮滩土壤CH4氧化潜力及其对有机物输入的响应.结果表明,尽管4种湿地土壤的CH4氧化潜力存在一定差异（P＞0.05）,但整体变化规律相似.12～60 h,CH4氧化潜力均呈先增加后降低变化;60～132 h,CH4氧化潜力均呈迅速增加趋势.4种湿地土壤CH4氧化潜力整体表现为光滩（2.37 μg/g·d）＞低潮滩（2.29 μg/g·d）＞中潮滩（1.70 μg/g·d）＞高潮滩（1.47 μg/g· d）.甲醇输入整体抑制了湿地土壤的CH4氧化潜力,抑制程度表现为光滩＞中潮滩＞低潮滩＞高潮滩.4种湿地土壤的CH4氧化潜力分别为1.27,0.49,0.67和0.38 μg/（g·d）,较对照组降低13.56％,70.98％,70.65％和83.83％;酵母膏输入对高潮滩、中潮滩和光滩土壤的CH4氧化潜力表现为促进作用,促进程度表现为中潮滩＞高潮滩＞光滩.3种湿地土壤的CH4氧化潜力分别为2.89,2.41和2.96μg/（g·d）,较对照组增加69.38％,64.01％和24.76％.与之相比,酵母膏对低潮滩土壤的CH4氧化潜力表现为弱抑制作用,其氧化潜力为2.14 μg/（g·d）,较对照组降低6.67％.可见,不同有机物对潮滩湿地土壤CH4氧化潜力的影响差异较大,在当前外源有机物为黄河入海主要污染物情况下,潮滩湿地CH4的源/汇功能将会发生明显变化,这就使得在估算黄河口潮滩CH4排放清单时应特别关注不同有机物输入对CH4释放的影响.

新型覆土材料的CH4氧化能力与N2O释放能力

在垃圾卫生填埋处理技术中,覆土材料的选择对处理成本和技术都至关重要.探究了新型覆土材料（矿化垃圾＋牛粪＋木屑）的CH4氧化能力,并进一步分析了温度、含水率、初始φ（CH4）和好氧厌氧等环境因素对CH4氧化能力的影响.结果表明：1新型覆土中矿化垃圾的填埋龄不同,其CH4氧化能力也有所差异,填埋龄较久的覆土B（10 a）、C（15 a）在培养时间内对CH4去除率和氧化速率均明显高于覆土A（5 a）;2当温度为30℃、含水率为35%时,新型覆土的CH4氧化能力最高;3用米歇尔-门坦方程表征CH4降解的过程,R2（相关系数）为0.993,CH4氧化速率最大值为5.21μmol/（g·h）,半速常数为5.48%;4厌氧环境中新型覆土具有CH4氧化能力,而厌氧环境中CH4去除率相对好氧环境更慢,培养20 d后,厌氧环境CH4去除率为83%;5当土壤孔隙含水率分别为46%、70%时,覆土干湿交替导致的N2O和CO2释放量远小于CH4氧化量,故N2O增温效应可忽略.由矿化垃圾＋牛粪＋木屑组成的新型覆土材料的CH4氧化速率最大值比现有覆土材料高1~2个数量级,其可应用于不同类型填埋场,特别是降雨较多的南方垃圾填埋场,可有效减缓垃圾填埋气CH4的释放影响.

生活垃圾填埋场覆盖层CH4氧化能力原位测试法的优化与应用

为提高垃圾填埋场覆盖层CH_4氧化能力原位测试方法的适用性,对基于CO_2和CH_4浓度比的碳原子守恒法进行了优化。应用优化后的方法对北京阿苏卫垃圾填埋场覆盖层CH_4氧化能力的变化规律进行分析,结果表明:该垃圾填埋场覆盖层表面CO_2和CH_4释放通量比在春夏季较高且变动范围较大,而秋冬季则相对较低且稳定;覆盖层CH_4氧化速率和氧化率均表现为秋冬季远低于春夏季,监测Ⅰ区(封场时间为2003年)和监测Ⅱ区(封场时间为2009年)覆盖层CH_4氧化速率(以C计)平均值春夏季分别为1 569.89和1 054.47 mg/(m^2·h),秋冬季分别为171.13和333.02 mg/(m^2·h);监测Ⅰ区和Ⅱ区CH_4氧化率平均值春夏季分别为79.69%和44.83%,秋冬季分别为7.54%和11.33%;填埋时间较长的监测Ⅰ区覆盖层的CH4氧化能力[全年平均值为911.7 mg/(m^2·h)]大于监测Ⅱ区[全年平均值为707.5 mg/(m^2·h)]。应用优化后的方法得到的覆盖层CH4氧化速率和氧化率的变化规律与文献报道相符,该方法对垃圾填埋场覆盖层CH_4氧化能力的估算具有较好的适用性。

长白山阔叶红松林不同深度森林土壤氧化CH_4研究

采集长白山阔叶红松林不同深度土壤,在实验室条件下测定其对高低体积分数CH4的氧化和相关菌群的数量变化。结果表明,土壤氧化CH4的能力随深度变化明显;5 - 1 5cm土层具有最大CH4氧化活性,在 40 0 μL/LCH4体积分数下,此土层干重土壤CH4最大氧化速率可达3.3nmol·h- 1 ·g- 1 ;2 5cm以下土层基本没有CH4氧化活性;因 0 - 5cm土层土壤含有高质量浓度NH+4,抑制了CH4氧化菌的活性,所以此层土壤对CH4吸收能力下降。对微生物数量统计结果显示,5 - 1 0cm土层CH4氧化菌数量最大,CH4氧化菌对林土CH4氧化贡献大,硝化菌的作用很小。

青藏高原若尔盖沼泽潜在CH_4氧化与生成的分布特征

该实验采集若尔盖草本沼泽 3种生境 (洼地、草坪、微丘草地 )中的 4个层位 (0～ 5、5～ 15、15～ 30、30～ 5 0cm)的土壤样品 ,在实验室培养条件下 ,测定潜在CH4氧化与生成 ,分析其分布特征。草坪泥炭层与矿质层分明 ,两层都表现出显著的CH4氧化能力 ,与高、低亲合力CH4氧化菌跟随地下水位、CH4源在两层之间的迁移变化有关。然而 ,草坪CH4生成不明显。洼地土壤剖面缺乏层次性 ,但CH4氧化呈现明显的梯度特征 ,表层 (0～ 5cm)土壤CH4生成率显著高于其它层位。洼地表层土壤是CH4氧化菌与CH4生成菌的共聚层位 ,在它们各自适宜条件下贡献着CH4氧化与生成。微丘草地的土壤也缺乏层次性 ,CH4生成不明显 ,CH4氧化弱。土壤理化因子、通气状况以及植被条件是影响若尔盖沼泽CH4氧化与生成分布的重要因素。需在不同季节测定CH4氧化与生成 。

若尔盖高原草甸土与泥炭土氧化CH_4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.

中亚热带森林转换对地表CH_4氧化的影响

利用静态箱-气相色谱法对中亚热带常绿阔叶天然林与杉木人工林地表CH4氧化速率进行17个月的定位观测研究。结果表明:在观测期间(2009-04—2010-08),天然林与人工林均表现为大气CH4汇,天然林与杉木人工林地表CH4年均氧化速率分别为32.01和25.31μg·m-2h-1,天然林地表CH4氧化速率为10.83～75.02μg·m-2h-1,人工林地表CH4氧化速率为7.66～46.40μg·m-2h-1;地表CH4氧化速率受土壤温度、含水量及其交互作用的影响,土壤体积含水量显著影响地表CH4氧化速率,而土壤温度对地表CH4氧化速率的影响则因土壤体积含水量和土壤深度而异。

冬季土地管理对稻季CH_4产生、氧化和排放的影响

通过室内培养和田间试验测定了冬季休闲、种麦和淹水处理水稻生长期CH4的产生潜力、氧化潜力及其排放通量,以探讨冬季土地管理对后续稻季CH4产生、氧化和排放的影响。结果表明:休闲与种麦处理间CH4产生潜力无显著差异(P>0.05),但2者均显著低于淹水处理(P<0.05);各处理间CH4氧化潜力无显著差异(P>0.05),土壤中NH4+-N含量可能是较冬季土地管理更为重要的影响CH4氧化潜力的因素;休闲处理CH4平均排放通量显著高于种麦处理(P<0.05),但2者均显著低于淹水处理(P<0.05)。冬季持续淹水稻田CH4产生潜力显著高于冬季排水稻田是其CH4排放量远高于冬季排水稻田的原因。冬季土地管理对稻季CH4排放的影响主要受CH4产生潜力而非CH4氧化潜力的限制。

温度对土壤氧化大气CH_4的影响

讨论了温度对土壤氧化大气CH4的影响及其机理。当温度较低时土壤也具有一定的氧化大气CH4的能力 ,两者具有很高的相关关系 ,但是由于CH4氧化菌对大气CH4具有很强的亲和力以及大气CH4氧化所需活化能较低 ,因此土壤氧化大气CH4对温度的敏感度远低于产CH4,导致温度系数Q10 较小。当大气CH4和O2 扩散进入土壤的速率等于土壤中CH4和O2消耗的速率时 ,大气CH4氧化达到最大值 ,此时的土壤温度就是CH4氧化的最佳温度。如果温度继续升高并大于最佳温度 ,由于CH4氧化菌无法与利用O2 能力更强的硝化细菌和其它微生物竞争利用土壤空气中有限的O2 ,使得土壤中CH4氧化菌的繁殖和活性降低。这一作用机理的提出较好地解释了为什么随着温度升高土壤氧化大气CH4能力呈低高低的态势。

氮输入对小叶章不同生长阶段土壤CH_4氧化的影响

用盆栽法对小叶章不同生长阶段土壤CH_4氧化能力随时间变化进行了研究.结果表明,氮输入后,植物各生长阶段的CH_4氧化率均随时间推移发生了明显的波动变化.从生长季(6月7日～8月24日)CH_4氧化率均值来看,只有12g/m^2处理对CH_4氧化起促进作用,且12g/m^2和24g/m^2处理之间存在显著性差异(n=4,P<0.05).不同氮输入水平对植物不同生长阶段CH_4氧化率影响明显.第一阶段(6月7日～7月2日)适量(6g/m^2)氮输入对CH_4氧化起促进作用,但过量(12g/m^2)氮输入则起抑制作用.第二阶段(7月2日～7月20日)只有12g/m^2处理起促进作用.第三(7月20日～8月7日)、四(8月7日～8月24日)阶段氮输入对CH_4氧化起抑制作用.氮输入后,土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)、土壤基础呼吸(BR)、土壤代谢熵(qCO_2)、土壤诱导呼吸(SIR)、铵态氮(NH_4^+-N)、硝态氮(NO_3^--N)和植物地上生物量与土壤CH_4氧化的动态关系存在差异.土壤CH_4氧化仅与MBC呈极显著负相关(P<0.01),与其他影响因子相关性较小.

植物在CH_4产生、氧化和排放中的作用

综合评述了植物对CH4 产生、内源CH4 氧化和CH4 排放的影响 .不同植物释放根系分泌物能力的不同是造成CH4 产生量差异的主要原因 ,而植物不同生育期分泌分泌物能力的差异是造成季节性变化的关键 .植物泌O2 能力的高低和季节性变化通过影响内源CH4 的氧化来改变CH4 的排放数量 .植物间通气组织数量和密度的差异及其随生育期的变化 ,通过影响对CH4 的传输能力来改变CH4 的排放量 .因此 ,植物排放CH4 的通量及其季节性变化规律是由植物根系分泌分泌物能力、分泌O2 能力和传输CH4

Ce_xPr_(1-x)O_(2-δ)复合氧化物的制备、表征及CO和CH_4氧化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了CexPr1-xO2-δ复合氧化物,用XRD和Raman光谱对复合氧化物的体相和表面结构进行了表征.结果表明,当x≥0.5时Pr离子完全进入CeO2晶格中形成单一立方相固溶体. CexPr1-xO2-δ(x>0.3)复合氧化物在465和1150cm-1附近出现具有CaF2结构的Raman特征峰,和由氧空穴引起的不对称振动产生的570和195cm-1 Raman 谱峰.固溶体的形成使还原温度降低,提高了复合氧化物的还原性能.CO氧化活性表明氧空穴的存在对CO氧化活性有一定的对应关系;而CH4氧化活性则与还原温度和强度有关.

冬季淹水稻田CH_4产生、氧化和排放规律及其影响因素研究

采用静态箱/气象色谱法——田间原位观测和室内培养试验连续一年研究了冬季淹水稻田的CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量,以探讨冬季淹水稻田CH4产生、氧化和排放的季节变化规律及其影响因素。结果表明：0~251 d（d表示淹水后天数）,CH4产生潜力逐渐增大,到251 d达最大值,之后逐渐减小;0~204 d,CH4氧化潜力变化较小,但到235 d急剧增至最大值,随后逐渐减小;0~169 d,稻田几乎没有CH4排放,192 d才开始有较明显的CH4排放,到230 d达最大值,为80.2 mg.m-2.h-1,随后逐渐减小,331 d出现一个CH4排放高峰。全观测期内CH4排放量为69.9 g.m-2,其中非水稻生长期排放6.7 g.m-2,占总量的9.5%。全观测期内CH4产生潜力与土温及土壤Eh均无显著相关性;全观测期内CH4氧化潜力与土温极显著正相关（P〈0.01）,水稻生长期CH4氧化潜力与土壤中氨氮含量呈极显著正相关（P〈0.01）;全观测期内稻田CH4排放与土温和CH4产生潜力两个因素均显著正相关（P〈0.05）而与土壤Eh呈显著负相关（P〈0.05）。

麦季稻秆施用对后续稻季CH_4产生氧化及排放的影响

通过室内培养和田间试验研究了2007年麦季稻秆施用对2008年稻季CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量的影响。结果表明,水稻生长前期,稻秆还田处理的CH4氧化潜力仅在水稻移栽后19 d时表现为显著高于稻秆不还田处理,而两处理的CH4产生潜力与排放通量均无显著差异;水稻生长中期,两处理的CH4氧化潜力无显著差异,稻秆还田处理的CH4产生潜力及排放通量均显著高于稻秆不还田处理,其中稻秆还田处理的CH4产生潜力是稻秆不还田处理的2~4倍;水稻生长后期,两处理的CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量均无显著差异。CH4排放主要发生在水稻生长中期。水稻全生育期内,稻秆还田处理的CH4排放总量为稻秆不还田处理的1.4倍。

冬季秸秆还田对冬灌田水稻生长期CH_4产生、氧化和排放的影响

有机肥施用和土壤水分管理是影响稻田CH4排放最重要的2个因素。本文通过室内培养和田间试验研究了冬季秸秆还田对冬灌田水稻生长期CH4的产生、氧化和排放的影响。结果表明:淹水混施处理CH4产生潜力在水稻移栽后35和51天显著大于淹水不施肥处理(p<0.05),其余时间则无显著差异(p>0.05);冬季秸秆还田对CH4氧化潜力无显著影响(p>0.05),水稻生长期土温和稻田施用氮肥可能是较其更重要的影响因素;淹水混施处理CH4平均排放通量(CH426.7mg/(m2·h))显著大于淹水不施处理(CH420.3mg/(m2·h))(p<0.05)。

水分管理对稻田土壤CH_4产生、氧化及排放的影响

水分是稻田CH4产生、氧化和排放最为重要的影响因素之一,但有关水分对稻田土壤CH4产生潜力、氧化潜力的大小及其季节变化影响的相关报道较少。分别通过室内厌氧培养试验、好氧培养试验和田间原位试验(位于江苏省句容市白兔镇),于2007年水稻生长期观测了2种水分管理方式(间隙灌溉和持续淹水)下种稻(水稻品种为华粳3号,Oryzasativa L.Huajing3)土壤的CH4产生潜力、氧化潜力及排放通量。结果表明:烤田前,两处理土壤CH4产生潜力和氧化潜力的大小及其季节变化趋势一致,使得两处理CH4排放通量的大小及其季节变化趋势一致;烤田后,持续淹水处理土壤CH4产生潜力明显大于间隙灌溉处理,而CH4氧化潜力明显低于间隙灌溉处理,导致CH4排放通量显著高于间隙灌溉处理(p<0.05)。烤田明显降低土壤CH4产生潜力,提高土壤CH4氧化潜力,故显著减少稻田CH4排放通量(p<0.05)。水分管理通过同时影响CH4产生潜力和氧化潜力来影响稻田CH4排放。

长白山阔叶红松林不同深度土壤CH_4氧化研究

采集长白山阔叶红松林下不同深度的暗棕色森林土壤 ,在实验室条件下测定其对高低浓度CH4的氧化 .结果表明 ,土壤氧化CH4的能力随深度变化明显 ;5～ 15cm土层具有最大CH4氧化活性 ,在 4 0 0ppmvCH4浓度下此土层土壤最大氧化速率可达 3.3nmolCH4·h-1·g-1dw ;2 5cm以下土层基本没有CH4氧化活性 ;因 0～ 5cm土层土壤含有高浓度NH4+抑制了CH4氧化菌的活性 。

水稻土中CH_4氧化的研究

在实验室条件下研究了水稻土中CH4氧化的特性 .结果表明 ,在早稻种植前采集的水稻土不能氧化大气中的CH4,但当所供给的CH4浓度 >1 0 μl·L- 1 时 ,能迅速氧化CH4,所供给的CH4浓度越高 ,氧化CH4的速度越大 .经高浓度 ( >1 0 0 0 μl·L- 1 )的CH4预培养 1 0d ,可使本来不具有氧化大气CH4能力的土壤氧化大气CH4.大田CH4排放通量高的水稻土 ,氧化CH4的能力较大 .

填埋垃圾和渗滤液中CH_4氧化菌的丰度研究

应用实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-Time Quantitative Polymerase Chain Reaction,简称实时荧光定量PCR)技术对填埋场垃圾和渗滤液中CH4氧化菌的pmoA基因进行定量分析.结果表明:实时荧光定量PCR技术可用于渗滤液和垃圾中CH4氧化菌的定量分析.对于厌氧和准好氧填埋,初期渗滤液中CH4氧化菌的数量均高于稳定期;准好氧填埋体渗滤液中CH4氧化菌的数量均高于厌氧填埋体.准好氧填埋垃圾中CH4氧化菌的数量随着填埋龄的增加呈先增加后降低的趋势,并在填埋后的9个月左右达到最大值,与准好氧填埋体CH4产生的规律相似.同时,准好氧填埋垃圾中CH4氧化菌的数量随着距导气管距离的增加而降低,但不同填埋时期的变幅不同,与准好氧填埋体O2和CH4的迁移规律有关.此外,对渗滤液和垃圾样品的研究表明,准好氧填埋体垃圾填埋层内部存在大量的CH4氧化菌,具有显著的CH4氧化能力.

氨氧化菌对填埋场CH_4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔（C2H2）抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH4浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH4浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH4协同氧化及铵抑制作用. 结果表明：4种供试样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率在5.64%-16.24%之间,次序为砂土＜黏土＜覆盖土＜矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品（矿化垃圾和覆盖土）是一般土壤（砂土和黏土）的1.8-10.9倍. 铵对CH4氧化过程的抑制率在11.90%-24.84%之间,次序为砂土＜黏土＜覆盖土＜矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9-2.1倍. 填埋场样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率明显高于一般土壤.