人工湿地作为一个多功能的特殊生态系统表现出的环境反馈作用也是多方面的。目前，温室气体（CO₂、CH₄和N₂O）引起的全球变暖已成为各国政府和科学家共同关注的热点问题，其中，关于人工湿地污水处理过程中温室气体释放的研究主要集中在人工湿地中的温室气体释放机理、特征及其影响因素等方面。

当前，全球气候变暖已成为全球面临的重大环境问题。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，过去100年（1906-2005）间全球平均地表温度升高了0.74℃，且监测表明，全球气候变暖很可能（90%）是由人为温室气体增加所引起的。温室气体是指能够强烈地吸收地面和大气散射的长波红外辐射的一些气体，其中，CO₂、CH₄、N₂O为《联合国气候变化框架公约的京都议定书》明确规定的强制减排的主要温室气体。

1温室气体的源与汇

目前，国内外关于大气中CO₂、CH₄和N₂O的源与汇进行了大量研究工作，但由于研究方法所限，或是低估了已知源的强度，或是某些释放源尚未被发现，大气中温室气体释放源（吸收汇）的问题尚未得到解决。世界气象组织（WMO）指出，自18世纪晚期以来，大气中增加的CO₂的浓度主要与人类活动有关，40%的CH₄为自然源（主要来自于湿地中有机碳的厌氧分解），其余60%的来源于人类活动，而释放到大气中的N₂O有1/3左右来源于人类活动。CO₂、CH₄和N₂O释放的人为源主要包括：化石燃料和生物质燃烧，畜牧养殖，农业和工业生产，废弃物处置（固体废物填埋和污水处理)。

天然湿地生态系统作为碳源（汇）和N₂O源，在全球温室气体源汇转化过程中有着重要的地位和作用。湿地作为碳汇是指将CO₂转化为有机物质，并形成稳定的有机土壤复合物；据估计，全球湿地碳储量可达450Pg，碳累积速率为8~480g-C/m2/y，占全球土壤总有机碳库的三分之一。湿地作为碳源是指厌氧状态下CH₄的排放及好氧状态下有机物氧化作用而导致CO₂的排放；据文献报道，湿地CH₄平均排放量为109~145Tp/y左右，占全球甲烷排放量总源的20~26%。湿地具有较高的N₂O排放速率，是N₂O的源或汇，其N2O平均通量为21~657Tmg/m2/y。

当前，以去除有机物及氮、磷等营养物质为主要目的的污水处理设施，在其去污过程中势必产生CO₂、CH₄、N₂O，使其成为一个连续的温室气体发生器。据《联合国气候变化框架公约》研究报道，污水处理过程中释放的温室气体占全球人为温室气体总释放量的0.18%。由此可见，人工湿地作为模拟天然湿地的特殊污水处理系统，其去污过程中温室气体释放问题不容忽视。

2人工湿地温室气体的释放研究

（1）人工湿地温室气体的释放机制

①CO₂和CH₄释放机制

人工湿地可通过植物光合作用固定大气中的CO₂，但人工湿地植物固定的部分有机物又通过自身呼吸作用和微生物的氧化分解作用以CO₂的形式进入大气。此外，在好氧环境下，一方面，系统微生物对有机物的分解代谢过程生成CO₂，并提供微生物生命活动所需要的能量。另一方面，微生物合成代谢过程中的内源呼吸过程也将一部分细胞质氧化分解，产生CO₂。湿地系统生成的最终通过水大气、植物大气及基质大气等传输途径释放向大气。

人工湿地中CO₂和CH₄的释放机制

人工湿地释放是系统中生成、氧化和传输释放三个过程相互作用的结果。CH₄的生成主要有两条途径：厌氧发酵和还原，其中起作用的主要是以下4种微生物:1)水解微生物区系:将聚合物水解成单体(如：葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等），这类微生物包括好氧细菌、厌氧细菌和兼性细菌；2)发酵微生物：将单体化合物以及在发酵过程中产生的中间态化合物酸化，该类群的微生物包括兼性细菌和严格的厌氧菌；3)综合营养型和专性产醋酸的微生物区系：将以往的代谢产物转化成醋酸；产甲焼菌将简单的物质转化为甲烷。CH₄的氧化途径主要有两种，1）高亲和力氧化，这类氧化在CH4浓度接近大气甲烷浓度时即可发生；2）低亲和力氧化，这类氧化在CH4浓度高于40*106时才会发生。由湿地系统向大气的传输途径也包括水-大气、植物-大气及基质-大气等三个阶段：甲烧传输过程主要是分子扩散过程和气泡扩散过程；甲院由植物到大气的传输主要包括简单分子扩散过程，在通气组织中气体对流过程以及渗流过程。

②N₂O释放机制

人工湿地中N₂O主要是通过微生物的摘化和反硝化作用释放向大气。目前多数学者认为N₂O是不完全硝化作用和不完全反硝化作用的产物。

下图为人工湿地中N₂O的主要释放过程。摘化过程是指NH₄⁺在好氧条件下被氧化NO₃^-为的过程，包括亚硝化和确化两步，分别由氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌完成。过程中参与反应的酶主要有氨单加氧酶、经氨氧化还原酶和亚硝酸氧化还原酶。由图可看出，既不是硝化反应的中间产物也不是最终产物，因此推测它应该是这一过程的副产物，且的生成主要集中在亚硝化过程。

人工湿地中N₂O的释放机制

生物反硝化过程是在缺氧或厌氧条件下，将NO₃^--N和NO₂^--N还原为N₂的生物反应过程。反硝化过程分四个阶段进行，参与催化的酶包括：硝酸盐还原酶、亚确酸盐还原酶、一氧化氮还原酶和氧化亚氮还原酶。由图可见，与N₂O硝化过程不同，是反硝化过程的中间产物。在上述反硝化过程中，NO₂^--N、NO、与N₂O等中间产物以及最终产物都有可能出现。