基于人工通气组织的湿地环境甲烷减排方法技术

本发明专利技术公开了一种基于人工通气组织的湿地环境甲烷减排方法，所述人工通气组织包括若干透气管，所述透气管允许氧气透过而不允许水透过，所述湿地环境为在淹水条件下产生甲烷的环境，将透气管埋入湿地环境的土壤中，向透气管内持续通入空气或者氧气，从而提高湿地环境土壤的氧化还原电位、降低产甲烷菌的活性、减少产甲烷菌的可溶性有机底物含量，从而减少甲烷排放。本发明专利技术通过人工通气组织向湿地环境土壤中加入的氧气反应活性高，运行成本低，能够低成本、高效、可持续地降低淹水土壤甲烷排放。可持续地降低淹水土壤甲烷排放。可持续地降低淹水土壤甲烷排放。

【技术实现步骤摘要】
基于人工通气组织的湿地环境甲烷减排方法


[0001]本专利技术属于环境保护
，涉及湿地环境甲烷排放控制，具体涉及一种基于人工通气组织的湿地环境甲烷减排方法。

技术介绍

[0002]气候变暖是人类面临的最严峻挑战之一，构建有效的应对策略已迫在眉睫。人类活动排放了过多的温室气体是气候变暖的主因。其中，甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳的全球第二大温室气体，但其温室效应高达二氧化碳的20
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30倍。联合国环境规划署等评估发现，减少湿地甲烷排放是减缓气候变暖的关键。稻田是全球最大的人工湿地，也是甲烷排放重要的源头，全球约11％的人为性质的甲烷排放来自稻田。据测算，全球每年从稻田中逸出的甲烷总量高达0.25
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1.0亿吨。因此，开发经济高效的湿地甲烷减排技术，对缓解气候变暖及改善环境质量，均具有重要意义。
[0003]湿地的淹水环境创造了强还原性条件，极有利于甲烷生成。在稻田土壤中，虽然频繁的间歇性淹水管理有利于向土壤中补充强电子受体氧气(O2)，减少稻田甲烷生成和排放，然而，这一措施极不利于对稻田杂草控制，也可能影响水稻产量，而且在土壤不平整的田间精确控制水位也不现实。此外，向淹水土壤中补充电子受体也是常见的甲烷减排措施。例如，向饱和土壤中添加高价铁(氧化铁)、锰(氧化锰)、硫(硫酸盐)和氮(硝酸盐)，能促进土壤中可溶性有机质的氧化，从而减少产甲烷菌的潜在有机底物，抑制甲烷产生。然而，外源添加的少量电子受体会被土壤有机质迅速耗尽。尽管多次添加电子受体可能延长甲烷减排的效果，但这一措施可能会对土壤产生相当大的副作用。例如，过量施用硫酸盐会使导致水稻土酸化，从而引发土壤质量恶化。
[0004]除了向土壤中外源添加电子受体，湿地植物在长期生长的过程中也进化出了对抗淹水土壤电子缺乏的策略。湿地植物，如水稻，能够通过通气组织将氧气从叶子主动输送到根部。除了根系自身呼吸用氧气，多余的氧气可以扩散到土壤中，形成根系泌氧，为淹水土壤提供了额外的电子受体。然而，水稻根系表面极有利于铁氧化物结核。水稻根上形成的铁氧化物层称为根表铁膜，其在形成后作为屏障层阻碍了氧气的进一步扩散。因此，水稻根系泌氧不能有效减少甲烷的产生，特别是在根系发育不好的早期生长阶段。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述问题提供一种基于人工通气组织的湿地环境甲烷减排方法，该方法是一种绿色、低成本、高效减甲烷的方法，不仅不影响土壤质量，而且可以改善土壤质量。
[0006]为实现本专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于人工通气组织的湿地环境甲烷减排方法，所述人工通气组织包括若干透气管，所述透气管允许氧气透过而不允许水透过，所述湿地环境为在淹水条件下产生甲烷的环境，将透气管埋入湿地环境的土壤中，向透气管内持续通入空气或者氧气，从而提高湿
地环境土壤的氧化还原电位、降低产甲烷菌的活性、减少产甲烷菌的可溶性有机底物含量，从而减少甲烷排放。
[0008]所述湿地环境包括人工系统和自然系统，
[0009]所述人工系统包括稻田、水产池塘，
[0010]所述自然系统包括自然湿地系统，优选所述自然湿地系统包括沼泽地、泥炭地、湖泊、河流、海滩和盐沼。
[0011]所述透气管埋入土壤中的深度为5
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15cm，透气管的内径为1
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20mm，壁厚为0.5
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2.5mm，透气管在土壤中的铺设密度为0.1
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0.5m2管/m2土壤，透气管为硅胶管，通气过程中透气管的末端封闭。
[0012]所述人工通气组织的工作条件为透气管内空气压20
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500kPa，优选20
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400kPa或20
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300kPa或20
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200kPa或20
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100kPa或20
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80kPa或20
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60kPa或20
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40kPa或20
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30kPa或20
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28kPa或22
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26kPa。
[0013]透气管的埋入土壤中的深度为7
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13cm或7
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11cm或7
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9cm；
[0014]透气管的内径为1
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15mm或1
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10mm或1
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8mm或1
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5mm或2
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5mm或2
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4mm，壁厚为0.5
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2.5mm或0.5
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2.0mm或0.5
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1.5mm或0.8
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1.2mm；
[0015]透气管在土壤中的铺设密度为0.1
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0.4m2管/m2土壤，优选0.1
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0.3或0.15
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0.25m2管/m2土壤。
[0016]所述湿地环境为稻田，在稻田每一行水稻旁铺设一根透气管，透气管距离水稻5
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10cm或5
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9cm。
[0017]透气管允许氧气透过进入土壤环境中，提高土壤氧化还原电位，降低产甲烷菌的活性，为淹水土壤提供额外的电子受体，从而截断有机质因电子受体缺乏而厌氧分解为甲烷，抑制产甲烷过程，减少甲烷排放。
[0018]所述人工通气组织还包括气体输送泵、供电单元，所述供电单元与所述气体输送泵电连接为气体输送泵的工作提供电能，气体输送泵的出气口连接透气管，气体输送泵用于向透气管中输入空气或氧气，气体输送泵的进气口的气源来自环境空气或者氧气瓶。
[0019]所述气体输送泵采用增氧泵或空气压缩泵；
[0020]所述供电单元包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板连接所述蓄电池为蓄电池充电，蓄电池与所述增氧泵电连接为增氧泵提供电能，增氧泵的出口连接透气管；
[0021]透气管的末端设置阀门，优选所述阀门为三通阀，输气时阀门关闭。
[0022]所述若干透气管相互平行设置，透气管之间通过连接管串联或并联，沿着稻田中的水稻植株行布置与水稻植株行平行；
[0023]透气管串联时，透气管最末端设置阀门；透气管并联时，每根并联的透气管的末端设置阀门。
[0024]术语定义：透气管在土壤中的铺设密度是指透气管的外表面积与土壤地块的总表面积的比值。
[0025]本专利技术方法的作用机理(图6)是：
[0026]将人工通气组织置于淹水土壤后，人工通气组织诱导的非生物或生物过程将参与土壤甲烷减排过程。首先，人工通气组织通入的强电子受体氧气(与之相比，氧化铁、硫酸盐等是弱电子受体)提高了土壤的氧化还原电位，由于产甲烷菌是严格的厌氧菌，土壤氧化还
原电位的提高能够缩小土壤产甲烷菌的生态位，降低产甲烷菌的活性，抑制其产甲烷过程。其次，人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工通气组织的湿地环境甲烷减排方法，其特征在于：所述人工通气组织包括若干透气管，所述透气管允许氧气透过而不允许水透过，所述湿地环境为在淹水条件下产生甲烷的环境，将透气管埋入湿地环境的土壤中，向透气管内持续通入空气或者氧气，从而提高湿地环境土壤的氧化还原电位、降低产甲烷菌的活性、减少产甲烷菌的可溶性有机底物含量，从而减少甲烷排放。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述湿地环境包括人工系统和自然系统，所述人工系统包括稻田、水产池塘，所述自然系统包括自然湿地系统，优选所述自然湿地系统包括沼泽地、泥炭地、湖泊、河流、海滩和盐沼。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述透气管埋入土壤中的深度为5
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15cm，透气管的内径为1
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20mm，壁厚为0.5
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2.5mm，透气管在土壤中的铺设密度为0.1
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0.5m2管/m2土壤，透气管为硅胶管，通气过程中透气管的末端封闭。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述人工通气组织的工作条件为透气管内空气压20
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500kPa，优选20
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400kPa或20
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300kPa或20
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200kPa或20
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100kPa或20
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80kPa或20
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60kPa或20
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40kPa或20
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30kPa或20
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28kPa或22
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26kPa。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：透气管的埋入土壤中的深度为7
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13cm或7
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11cm或7
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9cm；透气管的内径为1
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15mm或1
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10m...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁召锋，周于杰，蒋欧元，唐先进，徐建明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：