Кинетика газообмена в профиле сфагнового болота : От метаногенеза к эмиссии

• Автор: Мастепанов, Михаил Алексеевич
• Шифр специальности: 03.00.27
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ЧАСТЬ 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Метановый цикл в болотных почвах

1.1.1. Микробиологические агенты метанообразования и метанопотреблення

1.1.2. Механизмы массообмена и эмиссии метана

1.1.3. Факторы, влияющие на эмиссию метана из болотных почв

1.1.3.1. Температура

1.1.3.2. Уровень почвенногрутговых вод

1.1.3.3. Растительность

1.1.3.4. Почвенные факторы

1.2. Методы изучении газовых эмиссий
и. Методы определения концентраций газов в почве
1.3.1. Прямой отбор
1.3.2. Мембранный отбор
1.3.2.1. Равновесные системы
1.3.2.2. Неравновесные системы
ЧАСТЬ 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.2. Методы исследования
2.2.1. Изолированный торфяной монолит
2.2.1.1. Отбор монолитов
2.2.1.2. Методика поддержания
2.2.1.3. Измерения газового состава атмосферы монолита
2.2.1.4. Измерения в почвенном профиле
2.2.2. Метод мембранных пробоотборников
2.2.2.1. Конструкции пробоотборников
Мономембранный пробоотборник
Бимембранный пробоотборник
2.2.2.2. Автоматическая измерительная система
2.2.2.3. Методики калибровки и использования системы
2.2.3. Определение газонасыщенности методом гальванических токов
2.2.4. Изменение УГВ
2.2.5. Изменение температуры
2.2.6. Импульсное мечение
2.2.6.1. Внесение метки
Мечение С
Мсчснис ацетатом
2.2.6.2. Измерения в газовой фазе
2.2.6.3. Измерение в жидкой фазе методом ручного пробоотбора
2.2.6.4. Измерение в жидкой фазе методом мембранных пробоотборников
ЧАСТЬ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Глава 1. Динамика газообмена между торфяным монолитом с ненарушенным растительным покровом н атмосферой
3.1.1. Потоки между поверхностью торфа и атмосферой.
3.1.2. Роль газовых пузырей в эмиссии метана.
Глава 2. Почвенный профиль газов в монолите.
3.2.1. Профильное распределение растворенного метана.
3.2.2. Профильное распределение газовых пузырей.
3.2.3. Система для автоматической регистрации концентраций растворенных газов.
3.2.3.1. Характеристики трансмембранного газообмена.
3.2.3.2. Время установления равновесия.
3.2.3.3. Параметры мембраны и пробоотборника.
3.2.3.4. Характеристики измерительной системы.
3.2.3.5. Сложные случаи.
Переходные процессы.
Газовые пузыри
Микробное обрастание и загрязнение поверхности.
3.2.3.6. Бимембранный пробоотборник.
3.2.3.7. Известные ограничения и проблемы.
3.2.4. Определение газонасышенности торфа методом гхтьванических токов.
Глава 3. Манипуляционные эксперименты с монолитами.
3.3.1. Влияние температуры.
3.3.2. Влияние изменения уровня грунтовых вод.
Глава 4. ,4Симпульсное меченнс монолита.
3.4.1. МечениемСС.
3.4.2. Мсчснис ,4С ацетатом
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Таким образом, все члены метанового цикла связаны между собой сложными взаимоотношениями. Локализация основных процессов метанового цикла в болотной почве показана на рисунке 1. Важнейшей плоскостью является уровень почвенногрунтовых вод УПГВ, отделяющий газонасыщенный слой от влагонасыщенного. С точки зрения окислительновосстановительных условий выше УПГВ расположен аэробный горизонт, а ниже анаэробный. Можно выделить также небольшой несколько см микроаэробный горизонт, который близок к максимальной влагонасыщенности, но не полностью анаэробен за счет молекулярной диффузии растворенного кислорода. Как было сказано выше, процессы метаногенеза могут протекать только при низких значениях Ей, и локализованы в анаэробном горизонте. Субстраты метаногенеза ацетат или СН2 поставляются за счет разложения мертвой биомассы торфа, либо в виде прижизненных корневых выделений экссудатов высших растений. Образующийся метан может находиться в затопленном торфе в двух формах растворенной в торфяной жидкости или газообразной, в составе защемленных газовых пузырей. Эти пузыри образуются тем или иным способом в аэробном слое и не содержат кислорода их газовый состав, как правило находится в равновесии с окружающим растворам согласно закону Генри. Перемещение растворенного и газообразного метана из анаэробнго горизонта к поверхности может происходить различными путями. Постепенно или довольно быстро газовые пузыри достигают уровня почвенногрунтовых вод, и их содержимое высвобождается в воздушнопоровое пространство аэробного горизонта, откуда весьма быстро попадает в атмосферу путем диффузии в газовой среде, конвекции или выбрасывается избыточным давлением. На полностью затопленных участках болота т. УПГВ выше поверхности торфа газовые пузыри высвобождаются непосредственно в атмосферу. Растворенный метан, помимо возможности массообмена с пулом газообразного метана пузырей, перемещается к поверхности диффузионно, за счет концентрационного градиента. Наиболее стабильной, но наименьшей по абсолютным значениям формой диффузии является молекулярная диффузия метана в водном растворе. В силу низкой растворимости СН4 в воде коэффициент его диффузии в растворе также невелик. Существенно большие потоки вещества обусловлены различными формами облегченной диффузии через запертые газовые пузыри в отличие от пузырькового транспорта, когда движется сам пузырь, диффузионный представляет собой перемещение молекул метана внутри неизменного по форме и положению пузыря, турбулентное перемешивание при горизонтальном токе почвенногрунтовых вод, облегченная диффузия вдоль макроагрегатов торфа. Особой формой облегченной диффузии является васкулярный транспорт, т. Этот вид транспорта пристально изучается в связи с высоким вкладом в общий метановый поток и широкой вариабельностью, связанной с качественным и количественным растительным составом и морфофизиологическим состоянием растительного покрова. Перемещаясь по вертикали к поверхности, метан попадает в микроаэробный и аэробный горизонты, в которых, как правило, ярко выражена метанотрофная активность. Существует мнение, что пузырьковый метан менее подвержен окислению за счет более быстрого проскока метанотрофной зоны. Васкулярный транспорт, с одной стороны, также позволяет метану миновать окисленный горизонт ii . . , с образованием в ней микроаэробиоза. Это приводит к явлению корневого окисления, т. i, i, . i . Таким образом, общая эмиссия метана в атмосферу складывается из нескольких принципиально разных потоков. Прямая оценка величин эмиссии из болотных почв в глобальном масштабе задача необычайно сложная и на нынешний день невыполнимая i, . Существующие методы измерения эмиссий см. При этом лишь доли процента от общей площади заболоченных территорий охвачены теми или иными методами непосредственного измерения эмиссий. Экстраполировать эти данные на прочие территории можно лишь зная закономерности эмиссии и контролируя основные факторы, лежащие в основе этих закономерностей.