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展
????人工濕地具有污染物去除效率高、建設和運行成本低、管理維護簡單等優點，在全球范圍內被廣泛應用于污水處理。人工濕地對氮和有機物的去除主要依賴于這些元素的生物地球化學過程，其不可避免地會釋放一定量的溫室氣體，因此往往被認定為碳的排放源。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存能力，是潛在的碳匯。然而，目前關于人工濕地碳源/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數據支撐。為此，東北地理所水環境污染與防治研究團隊通過大量連續實驗，揭示了人工濕地的碳排放與碳儲存過程，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，發現實驗條件下人工濕地是具有強大碳匯功能的生態系統。
????研究分別構建了種植單一植物風車草（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。研究發現，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，分別達到86.79%、97.41%、98.55%、98.48%；同時，混合種植處理組的CH4和N2O排放量也在四個處理組中最低，因此其全球增溫潛勢（GWP）最低。微生物分析結果表明，對反硝化作用至關重要的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地位；種植風車草的人工濕地中nosZ拷貝數最高，說明其對反硝化相關微生物具有促進作用。四種處理人工濕地的碳儲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存，發現四種處理的人工濕地在本實驗條件下均表現為碳的匯，該結論為估算人工濕地在水處理領域的碳中和潛力提供了科學支撐。
圖1人工濕地溫室氣體排放機制與碳固定路徑概念圖
????相關成果發表在《Science of the Total Environment》上，碩士研究生呼斯樂為第一作者，祝惠研究員為通訊作者。該研究得到中國科學院創新交叉團隊項目、中國科學院青年創新促進會項目和國家自然科學基金等項目的資助。
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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