錳礦物驅動濕地甲烷厭氧氧化及相關機理研究

《錳礦物驅動濕地甲烷厭氧氧化及相關機理研究》是依託重慶大學，由翟俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：錳礦物驅動濕地甲烷厭氧氧化及相關機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：翟俊
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

濕地甲烷排放是全球溫室氣體的主要來源之一，正成為全球性的重大環境和氣候問題。濕地甲烷的消減逐漸引起科學界的高度關注。現有研究主要專注於濕地產甲烷的過程和影響因素，對濕地甲烷消減途徑和相關科學問題尚缺乏系統認識。本項目在分析錳礦物和植物根表鐵錳氧化物膠膜物理化學特性、錳生物地球化學循環等研究新進展的基礎上，提出在天然錳礦物相界面效應、甲烷厭氧氧化菌、錳還原/氧化菌和植物根系泌氧等協同作用下，與錳化學價態循環相耦合的濕地甲烷消減新方法的理論假設；並以此假設為指導，開展錳礦物驅動的甲烷厭氧氧化、濕地產甲烷抑制、植物根系鐵錳氧化物膠膜表面的甲烷氧化等反應效果和機理研究，構建錳礦物驅動的濕地甲烷消減體系；通過反應過程中錳礦物表面物理化學形態變化分析、甲烷及其代謝產物的定量分析、微生物分子生物學鑑定等多種方法探索錳礦物驅動的濕地甲烷消減機理，為濕地系統甲烷減排提供新的方法和理論指導。

結題摘要

濕地甲烷排放是全球溫室氣體的主要來源之一，正成為全球性的重大環境和氣候問題。以錳礦物驅動下的異化金屬還原與甲烷厭氧氧化作用相協同，大幅消減濕地甲烷排放為目標，開展了錳礦物填料垂直流人工濕地甲烷減排實驗，濕地內部碳歸趨途徑實驗，錳礦物驅動甲烷厭氧氧化機理實驗，四價錳為電子受體的甲烷厭氧氧化菌富集實驗等研究工作；通過不同填料濕地下甲烷消減效果對比、碳在濕地內部的轉變途徑及物料衡算，以及分子微生物學分析，探索甲烷在錳礦物濕地內部的減排途徑，為濕地甲烷減排提供新方法。項目通過研究，取得如下研究進展和學術業績： ①開展以錳礦物為濕地填料的垂直流濕地甲烷消減實驗研究，研究錳礦物濕地對甲烷的消減效果。研究發現，長期穩定運行的錳礦填料人工濕地比普通礫石填料濕地對有機污染物的去除效果更好，且能實現甲烷有效減排。 ②開展了錳礦石人工濕地中碳歸趨途徑研究，分析濕地內部有機碳去除過程。研究表明，錳礦濕地中的有機碳主要通過異化金屬還原和甲烷厭氧氧化過程轉變為無機碳同時伴隨著錳離子的生成，這些新生成的無機碳和錳離子進一步結合生成碳酸鹽沉澱留在濕地內部，而普通礫石濕地的有機碳則通過厭氧產甲烷途徑以甲烷和二氧化碳形式排出系統外。 ③開展了錳礦驅動的甲烷厭氧氧化過程和濕地關鍵作用的微生物種群和甲烷厭氧氧化菌的種群研究。研究發現，錳礦濕地內部存在以異化金屬還原菌主導的細菌和以氫型產甲烷菌為主導的古菌，發現了濕地中存在甲烷厭氧氧化古菌，且同位素實驗和物料平衡實驗證明了四價錳驅動的甲烷厭氧氧化過程在錳礦濕地甲烷削減過程中起主導作用。 ④富集了以四價錳為電子受體的甲烷厭氧氧化古菌。研究發現，無論是天然錳礦石還是合成錳礦物均可以作為電子受體進行甲烷厭氧氧化過程。初步研究表明甲烷厭氧氧化過程可能是多種微生物協同工作的體系。 項目研究結果和新發現可能會對濕地甲烷減排以及錳礦物驅動的甲烷厭氧氧化過程的理論產生重要影響。