土壤微生物还原N2O机制及其研究进展

氧化亚氮(N_2O)的产生和消耗对气候变化有着重要影响。土壤是大气N_2O的重要来源,占全球N_2O总产量的60%左右,土壤表面的N_2O排放是N_2O产生和还原过程的结果。近年来发现土壤不仅能够产生和排放N_2O气体,还具有吸收和消耗N_2O的能力。土壤中N_2O通过被动扩散和气体对流在土壤结构中移动,然后经过物理、化学、生物等多种途径被消耗,相比较于其他消耗途径,由微生物介导的生物途径才能真正将N_2O还原转化为无害的N_2,这一过程只有反硝化菌中的nosZ基因编码的氧化亚氮还原酶(N_2OR)才能催化进行。近年来部分研究者揭示了一类新型nosZ基因(非典型nosZⅡ基因),其丰度和类型也影响着N_2O还原潜力。土壤微生物需要在适宜的环境条件下活动,土壤环境的改变也会影响土壤N_2O还原和消耗的能力。文章以土壤微生物消耗N_2O过程为核心,论述了土壤水分含量、土壤碳/氮含量、土壤深度、土壤类型、土壤pH值等关键因子对土壤中N_2O还原微生物活性的影响机理,以及对N_2O消耗能力和排放过程的调节机制。从而深入认识N_2O微生物消耗能力及其调控机制,并为控制土壤温室气体N_2O的排放、氮转化过程和提高氮素利用效率提供参考依据。     

洱海流域稻鸭共作对稻田温室气体排放和水稻产量的影响

稻季是水旱轮作生态系统温室气体排放的主要时期,探索有效措施实现稻季温室气体减排和水稻增产已成为当前研究的热点.稻鸭共作是减少稻季温室气体排放的有效措施之一,而确定合理的稻鸭共作密度对确保洱海流域水稻产量基础上实现温室气体减排具有重要意义.该研究通过设置不同稻鸭共作密度试验,采取密闭静态箱—气相色谱法研究了稻鸭共作对温室气体排放规律、排放量及全球增温潜势(GWP)的影响.结果表明:水稻生育期,CH_4和N_2O均在分蘖期和结实期出现排放峰;CH_4排放通量、累计排放量和总排放量大小均为常规处理(CT)低密度鸭处理(LDD)高密度鸭处理(HDD)空白处理(CK),而N_2O为HDDLDDCTCK.与CT相比,CK、LDD、HDD的CH_4排放总量分别降低45%、18%、25%,N_2O排放总量分别降低8%、增加11%和37%,温室气体综合增温潜势分别降低41%、14%、17%.田面水DO、NH~+_4-N、NO~-_3-N及土壤温度是引起温室气体CH_4和N_2O排放差异的主要因素.不同处理的水稻产量为LDDCKCTHDD.合理的稻鸭共作密度降低CH_4排放,增加N_2O排放,减缓全球增温潜势,提高了水稻产量.兼顾水稻产量和温室气体减排效果,LDD处理综合效益最好.     

水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响研究进展

淡水生态系统温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)排放是全球气候变化背景下的研究热点。水生植物作为淡水生态系统重要的组成部分,对水体生源要素的生物地球化学循环过程具有重要影响,进而影响水体温室气体产生与排放。本研究基于目前水生植物与水体温室气体排放关系的研究,探讨了水生植物对淡水生态系统温室气体排放动力学过程的影响,提出水生植物分布区可能是温室气体排放热点;水生植物种类、生活型的多样性增加了水体温室气体排放的变异性和不确定性,对监测和估算方法的准确性产生一定影响;进一步总结了水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响机制:1)机械作用,包括气体传输通道作用和浮叶植物的滞留作用; 2)水生植物光合/呼吸作用参与水体碳循环,同时水生植物凋落物分解为水体代谢提供新鲜碳、氮源,提高温室气体产生速率; 3)改变根际厌氧环境,影响根际CH_4和N_2O产生与排放; 4)水生植物群落改变水体生态因子分配格局,影响水体异养代谢等。基于当前研究现状,本文提出要进一步开展不同尺度或不同生境条件下水生植物种类、生活型和生长代谢等对水体温室气体排放动力学的影响研究,并从水生植物群落尺度构建温室气体排放动力学模型,优化监测方法与估算模型,为推进我国淡水生态系统温室气体排放研究提供理论基础。     

快速城市化区河流温室气体排放的时空特征及驱动因素

河流是大气温室气体重要的排放源,近十多年来全球城市化导致河流生态系统各要素发生改变,对河流水体温室气体排放产生影响.为研究快速城市化区不同土地利用方式下河流温室气体排放的时空特征及其影响因素,采用薄边界层模型法,于2014年9月(秋季)和12月(冬季)及2015年3月(春季)和6月(夏季)的晴天对重庆市区内梁滩河干、支流水体pCO_2、CH_4、N_2O溶存浓度进行监测.结果表明,梁滩河干、支流水体pCO_2范围为(23. 38±34. 89)～(1395. 33±55. 45) Pa、CH_4溶存浓度范围(65. 09±28. 09)～(6 021. 36±94. 36) nmol·L~(-1)、N_2O溶存浓度范围为(29. 47±5. 16)～(510. 28±18. 34)nmol·L~(-1); CO_2、CH_4和N_2O排放通量分别为-6. 1～786. 9、0. 31～27. 62和0. 06～1. 08 mmol·(m~2·d)~(-1);流域水体温室气体浓度空间格局与快速城市化带来的污染负荷空间梯度吻合,干流温室气体浓度与通量从上游向下游均呈先增加后降低,在城市化速度最快的中游出现峰值,其中城市河段CO_2和CH_4浓度约为非城市河段的2倍,同时支流水体自上游农业区向下游城市区呈显著增加;由于受到降雨、温度、外源输入的综合影响,河流CO_2排放通量呈秋季冬季夏季春季的季节模式,CH_4排放通量春季最高夏季最低,N_2O排放通量季节差异不显著.流域水体碳、氮含量均较高,水体CO_2的产生和排放不受生源要素限制,但受水温、pH、DO、叶绿素a等生物代谢因子影响; CH_4的产生和排放受水体碳、氮、磷含量和外源污水输入的共同驱动; N_2O的产生和排放主要受高N_2O浓度的城市污水排放影响.本研究认为流域快速城市化加快了河流水体温室气体排放,形成排放热源,因此城市河流温室气体排放对全球河流排放通量的贡献可能被忽视,在未来研究中应受到更多关注.     

中国城镇污水处理厂温室气体排放时空分布特征

城镇污水处理厂由于运行过程中能够大量产生二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O),而被视为重要的人为温室气体释放源.采用基于污染物削减量的排放因子法建立了2014年中国城镇污水处理厂温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)排放清单,并分析温室气体排放的时空分布和影响因素.结果表明,2014年中国城镇污水处理厂温室气体排放总量(以CO_2-eq计)为7 348.60 Gg,CO_2、CH_4和N_2O排放量分别为6 054.57 Gg、27.47 Gg(769.08 Gg,以CO_2-eq计)和1.98 Gg(524.95 Gg,以CO_2-eq计);各省份间排放量差异明显,华东地区排放量较高,西北地区排放量较低,西藏几乎没有排放,2005~2014年这10年间中国通过城镇污水处理厂排放的温室气体总量增长了229.4%,CO_2、CH_4和N_2O的涨幅分别为217.9%、217.9%和520.3%;地区经济的发展水平和污水处理量与当地城镇污水厂温室气体释放量相关性最大,人均蛋白质供应量与城镇污水厂N_2O产生量密切相关.     

江苏省温室气体排放研究

根据IPCC Guidelines(1995)提供的方法,对1990年江苏省温室气体排放清单统计计算,分析该地区能源、工业及农业CO_2、CH_4等温室气体排放量的状况.江苏省年人均排放CO_2为1970kg、CH_4为22.65kg、N_2O为0.11kg,与全国平均水平接近、为全球均值一半.能源消耗是江苏省各项活动中CO_2的排放主要因素,占总排放量的91.6%;CH_4的排放主要来自水稻田,占总排放量的44.1%.     

模拟酸雨对福州平原水稻田温室气体排放的影响

农田生态系统是温室气体的重要排放源,研究酸雨对水稻田温室气体排放及其综合增温潜势的影响,对我国酸雨背景下农田生态系统固碳减排具有重要的现实意义.本文以福州平原水稻田为研究区,通过模拟酸雨探讨其对水稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量及其综合增温潜势的影响.结果表明:模拟酸雨并未显著改变早、晚稻田CO_2、CH_4和N_2O排放的季节变化规律,但降低了其排放通量.与对照组相比,pH=4.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量依次降低11.54%、133.33%和22.22%,晚稻田CO_2和N_2O平均排放通量依次降低39.53%、156.00%,而CH_4平均排放通量与对照组差异不显著;pH=3.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量分别降低10.82%、75.00%、54.00%,晚稻田平均排放通量分别降低17.32%、20.00%和197.67%.综合增温潜势表明,CO_2的增温潜势显著高于CH_4和N_2O,是稻田生态系统中温室效应的主要温室气体,在pH=4.5和pH=3.5的酸雨作用下,早、晚稻田生态系统温室气体综合增温潜势均降低.     

种植方式对玉米田温室气体排放及产量的影响

为研究间作花生、秸秆还田等不同种植方式方式对大田玉米生长和温室气体排放的影响,该文在田间试验条件下,采用静态箱-气相色谱法分析温室气体排放通量,合理选择样方计算作物产量,测定果实品质。结果表明,与玉米单作相比,玉米间作花生田块CO_2、N_2O排放减少13%以上,玉米秸秆覆盖(YF)处理的CO_2、N_2O排放量分别减少23.7%、29.5%;N_2O的排放主要集中在生长前期。研究表明间作花生、秸秆还田能减少农田温室气体排放,提高作物产量,实现经济与环境效益协调发展,有利于可持续发展。     

水库建成与运行对温室气体排放的影响

碳中和是全球控制增温效应的主要手段,而准确估算碳排放是预测气候变化与实现碳中和的重要环节.水库是温室气体的重要排放源,由于受人为活动及水库运行方式的影响,水库温室气体排放量估算存在许多不确定性.本研究总结了水库主要温室气体（CH₄、CO₂和N₂O）的产生与排放过程,重点分析了水库温室气体产生与排放的主要影响因素,包括水库库龄、位置和大小及有机物、温度、溶解氧、流速、水深和风速等;并通过分析水库建成前后水文情势的改变,探讨了水库建成对温室气体排放的可能影响.在此基础上,进一步提出未来水库温室气体排放有待研究的4个方面：水库系统扩散及冒泡通量的时空异质性、水库不同区域温室气体排放的差异性、多沙河流水库温室气体排放规律、水库建成前后温室气体排放情况对比,从而为更全面地评估水库温室气体排放提供依据.     

亚热带河口潮滩湿地N2O排放对氮硫增强输入的响应

以亚热带区域闽江河口短叶茳芏中、高潮滩湿地为研究对象,于2014年7月至11月进行氮硫增强输入的实验,利用静态箱-气相色谱法测定潮滩湿地中N_2O排放通量,并同步测量相关的环境因子.结果显示,不同潮滩湿地N_2O排放通量对氮硫增强输入的响应存在差异,但总体上看均促进了N_2O的排放.与对照相比,NH_4~+-N输入使中、高潮滩排放通量分别提高了157.97%和236.36%;NO_3~--N输入使中潮滩提高了60.95%,而使高潮滩N_2O排放通量提高了246.77%;SO_4~(2-)-S输入分别使中、高潮滩N_2O通量提高50.68%和87.17%;而N-S复合输入则使中、高潮滩N_2O通量分别增加了84.20%和117.79%.不同的处理组对中、高潮滩的N_2O排放通量的促进作用分别表现为:NH_4~+-NN-SNO_3~--NSO_4~(2-)-S及NO_3~--NNH_4~+-NN-SSO_4~(2-)-S.氮硫增强输入改变了短叶茳芏潮滩湿地N_2O排放通量的变化规律,但除了NH_4~+-N处理对高潮滩N_2O排放通量的影响显著外,其他处理组的影响均未达到显著性水平.中、高潮滩湿地N_2O的排放通量与沉积物温度、含水率具有显著的相关关系,而与电导率相关性不显著.随着全球环境问题的日益严重,系统研究湿地生态系统N_2O排放的机制与规律,对于科学准确的估算全球温室气体排放量具有重要的意义.     

武汉市废弃物处理温室气体排放和控制对策

对武汉市2005、2010和2012年废弃物处理温室气体排放量进行了核算,结果表明2005、2010和2012年废弃物处理中生活垃圾填埋和废弃物焚烧产生的温室气体量最大,占折算为碳含量后的71.46%以上,是武汉市废弃物处理温室气体排放的重要来源。填埋产生的温室气体在2010年达到峰值,因填埋量减少、焚烧量增加导致焚烧产生的温室气体量增加。废水处理中温室气体的量相对较小,产生甲烷(CH_4)约0.44至0.67万t。废水处理中温室气体排放量随着污水收集率逐步提高而降低,而又随污水总量增加而增加。总体来说,废弃物处理中二氧化碳(CO_2)排放量逐年增加,CH_4先增加后降低,氧化亚氮(N_2O)逐年增加。此外,武汉市固体废弃物处理温室气体排放主要控制填埋量和焚烧量,而加强废弃物的收集和管理,以及技术提升、生态修复、增加植被碳汇将是武汉市废弃物处理温室气体控制和减排的重要措施。     

Minimizing N_20 fluxes from full-scale municipal solid waste landfill with properly selected cover soil

Municipal solid waste landfills emit nitrous oxide(N_2O)gas.Assuming that the soil cover is the primary N_2O source from landfills, this study tested,during a four-year project,the hypothesis that the proper use of chosen soils with fine texture minimizes N_2O emissions.A full-scale sanitary landfill,a full-scale bioreactor landfill and a cell planted with Nerium indicum or Festuca arundinacea Schreb,at the Hangzhou Tianziling landfill in Hangzhou City were the test sites.The N_2O emission rates from all test sites were considerably lower than those reported in the published reports.Specifically,the N_2O emission rate was dependent on soil water content and nitrate concentrations in the cover soil.The effects of leachate recirculation and irrigation were minimal.Properly chosen cover soils applied to the landfills reduced N_2O flux.     

Cost-Effectiveness of Alternative Strategies in Mitigating the Greenhouse Impact of Waste Management in Three Communities of Different Size

Waste management is a significant source of methane (CH₄) emissions. CH₄ is second to carbon dioxide (CO₂) the most important anthropogenic greenhouse gas. In this article the methodology and results from a study on the reduction potential of alternative waste treatment strategies in mitigating the greenhouse impact are presented. The objective is to provide information to decision makers so that the greenhouse issue can be included in the decision making on waste management strategies. The potential cost-effectiveness of reducing the greenhouse impact of alternative waste treatment strategies in three communities of different size in Finland is assessed. The estimation of the greenhouse impact includes estimates of the greenhouse gas (GHG) emissions, the amount of carbon (C) stored at landfills (Csink) and the emission savings that can be achieved by using waste for energy production (assumed decrease in the use of fossil fuels). Landfill gas recovery with energy production was found to be the most-efficient way in reducing the greenhouse impact from large landfills. Burning of all the waste or the combustible fraction in municipal solid waste (MSW) was also an efficient method to reduce greenhouse gas emissions, especially if the energy produced can reduce the burning of fossil fuels. Emissions from transportation of waste are small compared with the emissions from landfills. Even if the transportion mileage is doubled due to increasing separation and recycling the greenhouse impact of transportation would be only 3–4 percent of the impact of landfilling the waste.     

生活垃圾分类对固体废弃物和温室气体协同减排的影响研究——以浙江省为例

通过垃圾分类解决垃圾处理问题、促进资源循环利用已成为普遍共识,生活垃圾分类对垃圾处理过程温室气体减排的协同作用日益凸显。废弃物处理是浙江省温室气体排放尚未达峰的领域之一,因此废弃物处理领域特别是生活垃圾处理领域的温室气体减排,对浙江省温室气体排放全面达峰至关重要。本研究基于生活垃圾处理过程温室气体排放核算方法,设定到2022年浙江省未全面推进生活垃圾分类和全面推进生活垃圾分类两个情景,预测和比较两种情景下生活垃圾产生量、分类回收量及处理过程产生的温室气体排放量。结果显示,通过推进生活垃圾分类,生活垃圾处理过程温室气体排放量减少24%,且焚烧处理过程减排效果更明显,可促成生活垃圾处理温室气体排放的提前达峰。基于上述结论,本研究最后针对生活垃圾分类工作及末端处理方式提出了三点建议。     

滴灌对农田土壤CO2和N2O产生与排放的影响研究进展

研究滴灌条件下土壤CO2和N2O的排放特征及其影响机制,有助于深刻了解灌溉方式变化对农田生态系统碳氮循环的影响,对农业灌溉管理措施的改进和农业温室气体减排具有重要的意义.本文综述了滴灌对农田土壤CO2和N2O排放的影响,从土壤水分、土壤温度、土壤养分和土壤结构等方面分析了滴灌条件下农田土壤CO2和N2O产生和排放的主要影响机制,在此基础上探讨了滴灌对大气温室效应影响的不确定性以及目前研究中存在的主要问题.     

菌渣-发酵床废弃垫料堆肥中温室气体排放及与微生物的关系

堆肥是处理农业废弃物最适宜的技术之一,但堆肥产生的有害和温室气体排放导致环境污染问题.本研究以生猪养殖发酵床废弃垫料及菌渣为原料,利用强制通风静态堆肥技术研究垫料和菌渣不同配比及添加EM菌剂对堆肥过程温室气体排放和微生物区系的影响.结果表明,不同堆肥处理温室气体排放通量以堆肥前20 d较大,堆肥中后期降低;微生物总量和种类在不同堆肥处理间没有发生显著性变化;CO_2和N_2O排放速率与细菌、真菌和甲烷氧化菌间具有显著的正相关关系.整个堆肥期间,以菌渣为主料并添加EM菌剂的堆肥处理温室气体减排效果最佳,相对其他3个处理温室气体减排0.7%~10.2%.由此认为,以菌渣为主料和通过添加EM菌剂的堆肥方式可以作为降低菌渣-发酵床废弃垫料堆肥过程温室气体排放的策略.     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型建立

我国水稻生产中往往采用多种水分管理方式,如持续淹水、淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉等. 水分管理方式的不同会引起水稻生长季N2O排放的显著变化. 本研究收集和整理了2005年以前17篇国内外文献报道的有关我国稻田N2O季节排放通量的71组田间原位测定资料,每组资料包括稻田氮肥施用的种类和施用量、水分管理方式、N2O季节排放量等数据,旨在建立不同水分管理方式下水稻生长季N2O直接排放量的估算模型. 分析结果表明,持续淹水稻田N2O季节排放量与施氮量无明显相关关系,在淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,两者呈极显著线性正相关关系. 持续淹水稻田N2O季节排放总量相当于施氮量的0.02%. 基于普通最小二乘法(OLS)分析技术建立的线性回归模型估算结果表明,淹水-烤田-淹水的水分管理方式下稻田肥料氮的N2O排放系数为0.42%,但N2O季节背景排放量不显著. 在淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,水稻生长季肥料N的N2O排放系数和N2O-N背景排放量分别为0.73%和0.79 kg·hm-2. 残差分析和效能分析显示模型具有较好的适切性. 综合3种水分管理方式,我国稻田水稻生长季N的N2O排放系数和N2O-N背景排放量平均分别为0.54%和0.43 kg·hm-2. 相对于旱作农田而言,水稻生长季肥料N的N2O排放系数较低,意味着水稻生产较旱地作物可能更有利于减缓我国农业N2O排放. 本研究建立的模型可以用于我国稻田水稻生长季N2O直接排放量的估算.     

新疆城市废弃物处置温室气体排放研究

人为活动产生温室气体的来源之一是城市废弃物处理。参考《省级温室气体清单编制指南(试行)》,结合城市废弃物处置状况,研究新疆2010年废弃物处理的温室气体排放。结果表明:2010年新疆城市废弃物处置过程温室气体总排放量为3 570 230.74 t(eq.CO2),其中固体废物填埋处置是重点排放源,排放量约为2 744 006.79 t,废弃物焚烧处置过程排放量最少,仅为179.67 t,废水处置过程排放量为826 044.28 t。研究结果为新疆碳减排工作提供依据,并为其他城市的碳排放清单核算提供借鉴和参考。     

2015年中国地区大气甲烷排放估计及空间分布

CH₄是仅次于CO₂的重要温室气体,也是重要的化学活性气体.定量估算我国甲烷的排放量及分析其空间分布特征,对于控制温室气体排放,减缓温室效应具有重要意义.本文以2015年中国官方统计年鉴资料为基础,利用IPCC排放清单指南、国内外排放因子研究结果及动力学模型方法,从能源活动（煤炭开采和油气系统）、农业活动（反刍动物、稻田排放和秸秆露天燃烧）、自然源排放（自然湿地和植被排放）、废弃物处理（固体废弃物、工业污水和生活污水）和人工湿地等几个主要方面,对中国地区的CH₄排放进行定量估计.结果表明：中国地区2015年CH₄排放总量为61.59 Tg,其中以农业活动和能源活动为主要排放源,排放量分别达到20.42 Tg和20.39 Tg,占总排放量比例分别约为33.2%和33.1%.CH₄自然源考虑了植被和自然湿地排放,排放量为11.77 Tg,占比为19.1%;废弃物处理产生的CH₄排放量为8.64 Tg,占比为14.0%;人工湿地排放量为0.37 Tg,占比为0.6%.从空间分布来看,CH₄排放具有较明显的不均匀性,大值区主要集中在华北、西南及东南地区,而西北地区的排放量则相对较低,主要与各地的资源环境、人口密度和经济情况密切相关.