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环境因子对湿地甲烷释出的影响

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-08-23 09:55:00【

  甲烷是温室气体之一,在湿地和垃圾场以及农田中均有释放。检测这些区域甲烷的释放量,有助于我们了解一个地方的环境。为了解台湾北部湿地、掩埋场及水田土壤之甲烷释出,学者选取关渡湿地、新竹港南湿地、港南湖区湿地、山猪窟垃圾掩埋场和台湾大学试验农场水田作为研究对象。本论文的研究包括以下五个部份:1.首先建立以开放式气态FTIR分光仪遥测温室气体的方法,并与传统点侦测以气相层析仪分析法比较。2.取用关渡湿地土壤添加芦苇杆粉末,于实验室中进行有系统之模拟试验,以了解不同环境因子对甲烷生成之影响。3.针对台湾北部湿地包括关渡、新竹港南及湖区湿地进 行甲烷释出量之实地调查。4.探讨湿地土壤中厌气菌、甲烷生成菌和甲烷氧化菌之含量。5.实地调查山猪窟垃圾掩埋场不同掩埋龄区之甲烷释出。6.调查台湾 北部地区水田土壤于一期作和二期作水稻种植过程之甲烷释出。7.评估台湾地区湿地、掩埋场及水田之甲烷释出总量。

 

甲烷-纽瑞德气体

 

  以气态FTIR分光仪侦测水稻田和湿地之温室气体浓度,其中甲烷及二氧化碳最低之检出浓度可达ppb,而氧化亚氮甚至可达0.1 ppb。温室气体浓度与测定距离间有直线关系,r2介于0.990至0.999。在红外光测定时,波数2239至2393cm-1间之吸光度总和,波数2999 cm-1之吸光值和波数2214至2236cm-1之吸光度总和可分别为二氧化碳、甲烷和氧化亚氮浓度之指标。开放气态式FTIR分光仪于上述波数下其所测得之二氧化碳、甲烷和氧化亚氮之浓度与气体色层分析仪间之转换系数分别为1.023,1.097和0.972。而且开放气态式FTIR分光仪可用于长侦测距离不均匀系中温室气体浓度变化之面的侦测,而气体色层分析仪则可用于短距离均匀系之点测定。

 

  湿地土壤甲烷生成随芦苇杆粉末增加而增加。甲烷生成总量与芦苇杆粉末添加量间,在为期56天的培养过程中呈现良好的线性关系。不同有机质的添加,其甲烷产率亦不相同,如以聚木糖作为碳源时,湿地土壤可得较高之甲烷产率。土壤之氧化还原电位由起始的150.6mV至第二天迅速降至68.5mV,而至第4天则已降至-210mV,之后一直维持在-250mV左右。甲烷生成的最适温介于30至35℃,最适pH值介于7.0至7.5之间,同时其甲烷产率随含水量及覆水高度(0-5公分)的增加而增加。若添加硫酸钾和盐分时,则不利于土壤甲烷的生成。

 

  关渡湿地最高的甲烷释出率出现在1996年10月5.70mg m-2 h-1,最低释出率则是1996年3月之0.02mg m-2 h-1;至于其甲烷平均释出率于退潮后为0.77mg m-2 h-1,涨潮前为0.41mg m-2 h-1,其释出率随温度上升及土壤氧化还原电位的降低而增加。新竹港南湿地最高和最低的甲烷释出率分别出现在1996年8月之0.16mg m-2 h-1,及1997年11月之未检测出;至于其甲烷平均释出率于退潮后及涨潮前分别为0.07及0.05mg m-2 h- 1。客雅溪旁湖区湿地最高甲烷释出率出现在1998年1月之5.37mg m-2 h-1,最低则是1997年11月之0.04mg m-2 h-1,採样期间甲烷平均释出率为0.78mg m-2 h-1,甲烷释出量随温度下降及土壤氧化还原电位上升而递减。分别取深度0-5,5-10,10-15,15-20,20-25公分的上述湿地土壤分析时,关渡湿地土壤甲烷生成量分别为0.19mg l-1、0.20mg l-1、0.26mg l-1、0.40mg l-1及0.61mg l-1,甲烷生成量随土壤深度增加而提高。客雅溪港南湿地土质较硬Eh值较高,不同深度土壤的甲烷生成量分别为0.02mg l-1、0.05mg l-1、0.06mg l-1、0.09mg l-1及 0.07mg l-1;客雅溪旁湖区湿地属沙质土其土壤Eh值普遍较低,不同深度土壤的甲烷生成量分别为0.10mg l-1、0.15mg l- 1、0.22mg l-1、0.53mg l-1及0.56mg l-1。土壤愈深其Eh值也愈低,因此深层土壤甲烷含量将比上层土壤高。关渡湿地甲烷生成微生物相的变化则以土深5-20公分含有较高的甲烷生成菌量,採样期间每克乾土重甲烷生成菌最高达1.03×106CFU,平均甲烷生成菌数为25.96×104 CFU。新竹港南湿地每克乾土重所含甲烷生成菌最高1.42×105CFU,平均甲烷生成菌数为6.70×104CFU。不论是关渡湿地或新竹港南湿地甲烷生成菌总数约为厌气菌总数含量的百分之十,且新竹港南湿地之甲烷生成菌数及厌气菌总数的含量均低于关渡湿地。

 

  山猪窟垃圾掩埋场于不同区域包括1-2年、2-3年和5年等掩埋龄区其大气二氧化碳浓度分别为559.86、678.81和152.56ppmv,其平均二氧化碳释出率分别为93.70、99.21和48.46mg m-2 h-1。至于在1-2年、2-3年和5年等掩埋龄区其大气甲烷浓度分别为28.77、35.79和12.82ppmv,其平均甲烷释出率分别为13.17、157.56和0.99mg m-2 h-1。

 

  台湾大学试验农场水田于1996年第二期水田土壤平均甲烷释出率为9.79±1.20mg m-2 h-1,整季土壤甲烷释出总量为28.67±3.49g m-2;1997年第一期水田土壤平均甲烷释出率为1.76±0.45mg m-2 h-1,整季土壤甲烷释出总量为5.45±1.38g m-2。

 

  由以上结果,目前可推定以开放式气态FTIR分光仪遥测温室气体的方法,不仅可在田间试验同时侦测长距离不同温室气体之浓度,并可立即、快速且精密地分析气体浓度。依本研究结果推估关渡湿地(约170公顷)每年所释出于大气之甲烷量约6.12至11.51公吨;新竹客雅溪口湿地(约3000公顷)每年所释出之甲烷量则介于13.67至18.13公吨之间。推估山猪窟掩埋场每公顷每年二氧化碳释出量为4.25至8.69公吨,而甲烷释出量为0.09至13.80公吨。台湾北部水田每公顷每年甲烷释出量介于0.15至0.86公吨之间。

 

  化学小常识:

  甲烷在自然界的分布很广,甲烷是最简单的有机物,是天然气,沼气,坑气等的主要成分,俗称瓦斯。除作燃料外,大量用于合成氨、尿素和炭黑,还可用于生产甲醇、氢、乙炔、乙烯、甲醛、二硫化碳、硝基甲烷、氢氰酸和1,4-丁二醇等。甲烷氯化可得一、二、三氯甲烷及四氯化碳。同时甲烷也是温室气体之一,检测甲烷含量是重要的环保指标之一。

 

 

 

此文关键字:甲烷