東北地理所在人工濕地溫室氣體排放及碳收支估算方面取得研究進(jìn)展
????人工濕地具有污染物去除效率高、建設(shè)和運(yùn)行成本低、管理維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在全球范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用于污水處理。人工濕地對氮和有機(jī)物的去除主要依賴于這些元素的生物地球化學(xué)過程，其不可避免地會(huì)釋放一定量的溫室氣體，因此往往被認(rèn)定為碳的排放源。但在植物和微生物的作用下，人工濕地也具有不容忽視的碳儲(chǔ)存能力，是潛在的碳匯。然而，目前關(guān)于人工濕地碳源/匯的研究主要聚焦在溫室氣體排放方面，對其碳儲(chǔ)量的研究極為薄弱，判定人工濕地是碳源還是碳匯尚缺乏足夠的科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。為此，東北地理所水環(huán)境污染與防治研究團(tuán)隊(duì)通過大量連續(xù)實(shí)驗(yàn)，揭示了人工濕地的碳排放與碳儲(chǔ)存過程，同步量化了不同植物人工濕地的溫室氣體排放量及固碳量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件下人工濕地是具有強(qiáng)大碳匯功能的生態(tài)系統(tǒng)。
????研究分別構(gòu)建了種植單一植物風(fēng)車草（Cyperus alternifolius）、香蒲（Typhae latifolia）、菖蒲（Acorus calamus），以及三種植物混合種植的四種處理的水平潛流人工濕地。研究發(fā)現(xiàn)，四種處理的人工濕地對COD、NH4+-N、NO3--N和TP的去除效率均大于60%，其中混合種植處理的人工濕地對COD、NH4+-N、NO3--N和TP的去除效率較高，分別達(dá)到86.79%、97.41%、98.55%、98.48%；同時(shí)，混合種植處理組的CH4和N2O排放量也在四個(gè)處理組中最低，因此其全球增溫潛勢（GWP）最低。微生物分析結(jié)果表明，對反硝化作用至關(guān)重要的Pseudogulbenkiania屬的豐度在混合種植人工濕地中最高，表明反硝化作用在脫氮中占主導(dǎo)地位；種植風(fēng)車草的人工濕地中nosZ拷貝數(shù)最高，說明其對反硝化相關(guān)微生物具有促進(jìn)作用。四種處理人工濕地的碳儲(chǔ)存主要來源于植物的光合作用，其次為土壤固碳，其年均固碳量分別為4.90±1.50、3.31±2.01、1.78±1.30和2.12±0.88 kg C/m2/yr。通過綜合估算人工濕地的碳排放和碳儲(chǔ)存，發(fā)現(xiàn)四種處理的人工濕地在本實(shí)驗(yàn)條件下均表現(xiàn)為碳的匯，該結(jié)論為估算人工濕地在水處理領(lǐng)域的碳中和潛力提供了科學(xué)支撐。
圖1人工濕地溫室氣體排放機(jī)制與碳固定路徑概念圖
????相關(guān)成果發(fā)表在《Science of the Total Environment》上，碩士研究生呼斯樂為第一作者，?；菅芯繂T為通訊作者。該研究得到中國科學(xué)院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
論文信息及鏈接如下：
Sile Hu, Weidong Feng, Yuting Shen, Xiaoling Jin, Yaqin Miao, Shengnan Hou, Hu Cui, Hui Zhu*. Greenhouse gases emissions and carbon budget estimation in horizontal subsurface flow constructed wetlands with different plant species, Science of the total environment. 2024, 927, 172296. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172296
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