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人工濕地作為一個多功能的特殊生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出的環(huán)境反饋作用也是多方面的。目前，溫室氣體（CO₂、CH₄和N₂O）引起的全球變暖已成為各國政府和科學(xué)家共同關(guān)注的熱點問題，其中，關(guān)于人工濕地污水處理過程中溫室氣體釋放的研究主要集中在人工濕地中的溫室氣體釋放機理、特征及其影響因素等方面。

當(dāng)前，全球氣候變暖已成為全球面臨的重大環(huán)境問題。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）指出，過去100年（1906-2005）間全球平均地表溫度升高了0.74℃，且監(jiān)測表明，全球氣候變暖很可能（90%）是由人為溫室氣體增加所引起的。溫室氣體是指能夠強烈地吸收地面和大氣散射的長波紅外輻射的一些氣體，其中，CO₂、CH₄、N₂O為《聯(lián)合國氣候變化框架公約的京都議定書》明確規(guī)定的強制減排的主要溫室氣體。

1溫室氣體的源與匯

目前，國內(nèi)外關(guān)于大氣中CO₂、CH₄和N₂O的源與匯進行了大量研究工作，但由于研究方法所限，或是低估了已知源的強度，或是某些釋放源尚未被發(fā)現(xiàn)，大氣中溫室氣體釋放源（吸收匯）的問題尚未得到解決。世界氣象組織（WMO）指出，自18世紀晚期以來，大氣中增加的CO₂的濃度主要與人類活動有關(guān)，40%的CH₄為自然源（主要來自于濕地中有機碳的厭氧分解），其余60%的來源于人類活動，而釋放到大氣中的N₂O有1/3左右來源于人類活動。CO₂、CH₄和N₂O釋放的人為源主要包括：化石燃料和生物質(zhì)燃燒，畜牧養(yǎng)殖，農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)，廢棄物處置（固體廢物填埋和污水處理)。

天然濕地生態(tài)系統(tǒng)作為碳源（匯）和N₂O源，在全球溫室氣體源匯轉(zhuǎn)化過程中有著重要的地位和作用。濕地作為碳匯是指將CO₂轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)，并形成穩(wěn)定的有機土壤復(fù)合物；據(jù)估計，全球濕地碳儲量可達450Pg，碳累積速率為8~480g-C/m2/y，占全球土壤總有機碳庫的三分之一。濕地作為碳源是指厭氧狀態(tài)下CH₄的排放及好氧狀態(tài)下有機物氧化作用而導(dǎo)致CO₂的排放；據(jù)文獻報道，濕地CH₄平均排放量為109~145Tp/y左右，占全球甲烷排放量總源的20~26%。濕地具有較高的N₂O排放速率，是N₂O的源或匯，其N2O平均通量為21~657Tmg/m2/y。

當(dāng)前，以去除有機物及氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)為主要目的的污水處理設(shè)施，在其去污過程中勢必產(chǎn)生CO₂、CH₄、N₂O，使其成為一個連續(xù)的溫室氣體發(fā)生器。據(jù)《聯(lián)合國氣候變化框架公約》研究報道，污水處理過程中釋放的溫室氣體占全球人為溫室氣體總釋放量的0.18%。由此可見，人工濕地作為模擬天然濕地的特殊污水處理系統(tǒng)，其去污過程中溫室氣體釋放問題不容忽視。

2人工濕地溫室氣體的釋放研究

（1）人工濕地溫室氣體的釋放機制

①CO₂和CH₄釋放機制

人工濕地可通過植物光合作用固定大氣中的CO₂，但人工濕地植物固定的部分有機物又通過自身呼吸作用和微生物的氧化分解作用以CO₂的形式進入大氣。此外，在好氧環(huán)境下，一方面，系統(tǒng)微生物對有機物的分解代謝過程生成CO₂，并提供微生物生命活動所需要的能量。另一方面，微生物合成代謝過程中的內(nèi)源呼吸過程也將一部分細胞質(zhì)氧化分解，產(chǎn)生CO₂。濕地系統(tǒng)生成的最終通過水大氣、植物大氣及基質(zhì)大氣等傳輸途徑釋放向大氣。

人工濕地中CO₂和CH₄的釋放機制

人工濕地釋放是系統(tǒng)中生成、氧化和傳輸釋放三個過程相互作用的結(jié)果。CH₄的生成主要有兩條途徑：厭氧發(fā)酵和還原，其中起作用的主要是以下4種微生物:1)水解微生物區(qū)系:將聚合物水解成單體(如：葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等），這類微生物包括好氧細菌、厭氧細菌和兼性細菌；2)發(fā)酵微生物：將單體化合物以及在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的中間態(tài)化合物酸化，該類群的微生物包括兼性細菌和嚴格的厭氧菌；3)綜合營養(yǎng)型和專性產(chǎn)醋酸的微生物區(qū)系：將以往的代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成醋酸；產(chǎn)甲焼菌將簡單的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷。CH₄的氧化途徑主要有兩種，1）高親和力氧化，這類氧化在CH4濃度接近大氣甲烷濃度時即可發(fā)生；2）低親和力氧化，這類氧化在CH4濃度高于40*106時才會發(fā)生。由濕地系統(tǒng)向大氣的傳輸途徑也包括水-大氣、植物-大氣及基質(zhì)-大氣等三個階段：甲燒傳輸過程主要是分子擴散過程和氣泡擴散過程；甲院由植物到大氣的傳輸主要包括簡單分子擴散過程，在通氣組織中氣體對流過程以及滲流過程。

②N₂O釋放機制

人工濕地中N₂O主要是通過微生物的摘化和反硝化作用釋放向大氣。目前多數(shù)學(xué)者認為N₂O是不完全硝化作用和不完全反硝化作用的產(chǎn)物。

下圖為人工濕地中N₂O的主要釋放過程。摘化過程是指NH₄⁺在好氧條件下被氧化NO₃^-為的過程，包括亞硝化和確化兩步，分別由氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌完成。過程中參與反應(yīng)的酶主要有氨單加氧酶、經(jīng)氨氧化還原酶和亞硝酸氧化還原酶。由圖可看出，既不是硝化反應(yīng)的中間產(chǎn)物也不是最終產(chǎn)物，因此推測它應(yīng)該是這一過程的副產(chǎn)物，且的生成主要集中在亞硝化過程。

人工濕地中N₂O的釋放機制

生物反硝化過程是在缺氧或厭氧條件下，將NO₃^--N和NO₂^--N還原為N₂的生物反應(yīng)過程。反硝化過程分四個階段進行，參與催化的酶包括：硝酸鹽還原酶、亞確酸鹽還原酶、一氧化氮還原酶和氧化亞氮還原酶。由圖可見，與N₂O硝化過程不同，是反硝化過程的中間產(chǎn)物。在上述反硝化過程中，NO₂^--N、NO、與N₂O等中間產(chǎn)物以及最終產(chǎn)物都有可能出現(xiàn)。