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BIOB七月重点推荐文章：生物发电过程对湿地甲烷排放和细菌群落的影响及碳流向分析

已有 2041 次阅读 2022-7-20 16:09 |个人分类:期刊精选|系统分类:博客资讯

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研究背景

温室气体的产生和排放造成了全球气温的急剧上升，而其中甲烷的增温效应是CO2的28-36倍，因此控制甲烷的排放刻不容缓。人造湿地(CW)可以有效对污水进行处理，但是也会导致甲烷的排放，造成污染交换。因此研究人员对甲烷排放因素进行了探究，希望能够降低人造湿地的甲烷排放。然而针对甲烷排放的机理及微生物的影响鲜有报道，并且也缺乏控制人造湿地甲烷排放的有效控制策略。

最近西安科技大学刘慎坦和长安大学冯小娟团队利用微生物燃料电池(MFC)，在阳极室种植强耐缺氧型根茎型湿地植物，并采集温室气体，从而探索不同条件对于温室气体排放的影响、分析气体排放与电力产生之间的关系、总结控制甲烷排放的条件、探索碳的流向、分析不同条件下的菌落结构和分析甲烷排放机制。

研究内容

该研究所设计的CW-MFCs在阳极室选择了强耐缺氧型根茎型湿地植物，相比于无植物CW-MFC系统，植物CW-MFC系统的甲烷排放通量和输出功率分别增加了0.48 ± 0.02 mg/(m²·h)和1.07 W/m³，而当该系统处于开路条件时，甲烷排放通量相比于闭路条件提高了0.46 ± 0.02 mg/(m²·h)，这说明强耐缺氧型根茎型湿地植物有利于甲烷的排放，其效果在CW-MFC系统处于开路状态时最佳。研究还发现CW-MFC系统的甲烷排放量与其外部电阻成正比，当外部电阻由100 Ω提高至1000 Ω时，甲烷排放量增加了0.67 ± 0.01 mg/(m²·h)。

该研究还分析了不同条件下的菌落结构，基于Bray Curtis距离算法发现植物CW-MFC系统与无植物CW-MFC系统之间存在相似的电化学活性细菌(EAB)和产甲烷菌，而开路状态与闭路状态CW-MFC系统之间的距离较远，因此菌群差异较大。通过高通量测序分析，确定了闭路状态CW-MFC系统中微生物菌群的丰富度更高，因此EAB可以在厌氧条件下将生物碳转化为CO2从而促进了甲烷排放量的减少。通过固相、液相和气相对碳元素的形态和含量进行分析发现，大量碳源（TC=254.70 mg/L）主要通过微生物迁移转化消耗，因此CW-MFC中的碳转化可以通过环境因素驱动的微生物竞争来适当调节，这为控制湿地甲烷排放提供了新的方向和思路。

图一.png

图1. 生物发电装置与碳流向分析

文章信息

原文链接：

https://doi.org/10.1186/s40643-022-00558-8

引用方式：

Liu, S., Xue, H., Wang, Y. et al. Effects of bioelectricity generation processes on methane emission and bacterial community in wetland and carbon fate analysis. Bioresour. Bioprocess. 9, 69 (2022).

友情提示

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(https://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/submission-guidelines/fees-and-funding)

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华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室(部分赞助开放出版费)出版平台：SpringerNature；期刊代码：ISSN 2197-4365；创刊年份：2014

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