川渝地区农业生态系统NH3排放

基于县级农业活动水平数据及区域氮循环模型IAP-N方法,并根据地理特征、环境气候条件及地区行政区划将川渝地区划分成4个亚区,详细估算了1990~2004年川渝地区农业生态系统各氨排放源的排放及其时空分布状况.结果表明,1990~1994、1995~1999和2000~2004年3个时期,整个川渝地区农业生态系统氨(NH3)年均排放量(以纯氮量计)分别为626.7、670.5和698.8 Gg.a-1.氨排放年际变化呈增长趋势,各氨排放源贡献率的年际变化不大,2000~2004年川渝地区施肥农田、粪便管理系统和秸秆燃烧氨排放源的贡献率分别为53%、46%和1%,排放量分别为374.9、318.2和5.6 Gg.a-1.各地区的氨排放源结构有所不同,成都平原和重庆地区施肥农田氨排放贡献率最高,而川西南地区和川西北地区以粪便管理系统氨排放为主.川渝地区农业生态系统氨排放地理分布总体上呈"东高西低"现象,2000~2004年,重庆丘陵地区、成都平原地区、川西南山地区及川西北高原地区的氨排放量分别为165.6、408.8、85.9和38.8 Gg.a-1,氨排放强度分别为20、28、9.1和1.6kg.(hm2.a)-...     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型应用

基于田间原位测定结果,作者建立了不同水分管理方式下稻田N2O排放估算的统计模型.在模型验证和输入参数检验的基础上,本研究应用模型估算了20世纪50～90年代我国稻田水稻生长季N2O直接排放量.结果表明,由于水稻种植面积和氮输入量的增加、以及水分管理方式的变化,稻田N2O-N季节排放量从20世纪50年代平均每年9.55 Gg增加到了90年代每年32.26 Gg,同期伴随着水稻单产的增加.在20世纪50～90年代间,我国水稻生产的N2O-N排放量以平均每10 a 6.74 Gg的速度递增.20世纪50年代和90年代稻田N2O-N季节排放通量平均分别为0.32 kg·hm-2和1.00 kg·hm-2,相当于季节氮输入总量的0.37%和0.46%.本研究模型估算50～90年代间稻田N2O季节排放量的不确定性为59.8%～37.5%.就全国稻田的不同种植区域而言,长江中下游地区稻田水稻生长季N2O排放量占全国稻田N2O排放总量的51%～56%.20世纪90年代水稻生长季N2O排放量约占我国农田N2O年总排放量的8%～11%.相对于旱地作物而言,过去几十年水稻生产的发展在很大程度上减缓了我国农业生产的N2O排放.然而,随着水稻生产中节水灌溉的推广和氮肥施用量的增加,我国稻田N2O季节排放量预计将相应增加.     

农垦对草甸草原生态系统温室气体(CH4和N2O)的影响

2012~2013年在呼伦贝尔谢尔塔拉牧场对天然草甸草地和草地开垦农田后,不同农作物种植和管理措施下甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放进行了野外实地观测.结果表明,天然草甸草地和农田均为大气CH4的吸收汇、N2O的排放源.在生长季,天然草甸草地开垦增强了土壤的N2O排放量,但是对土壤CH4通量的影响却存在较大的不确定性.在相同的气象条件下,作物类型对生长季农田CH4和N2O排放通量都没有影响.在生长季,灌溉对干旱农田的CH4平均吸收通量没有显著影响,但降低了干旱农田N2O的平均排放通量.2012年和2013年农田CH4和N2O的差异主要是因为降雨量不同导致的年际差异.回归分析表明,N2O排放通量与土壤湿度呈线性相关,与土壤温度没有相关性,CH4的吸收通量与土壤温度呈线性相关,与土壤湿度呈线性负相关.土壤湿度是影响土壤CH4吸收和N2O排放的主要因素.     

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.     

长江上游农业源溪流雨季中N2O间接排放特征

农业源溪流与农田生态系统有着紧密的水文连接,其会随着农业非点源氮(N)污染的加剧而成为重要的N汇和氧化亚氮(N_2O)间接排放源.本研究采用静态暗箱-气相色谱法于2015年6~9月(所研究区域的雨季)原位测定了长江上游紫色土丘陵区农业源溪流的N_2O间接排放通量.结果表明,农业源溪流雨季中N_2O平均排放通量为12. 8μg·(m~2·h)~(-1),接近其所在区域内同季节农田的N_2O直接排放水平,是重要的农业N_2O间接排放源.该农业源溪流中N_2O间接排放系数值(EF5r=0. 01%)远低于IPCC的建议值(0. 25%)和重新计算的全球平均值(0. 20%),然而,全球EF5r的现有数据量仍十分有限、且有较大的空间差异,应加强对此类N_2O间接排放的研究,从而进一步修正EF5r的精度、减少N_2O间接排放估算的误差.本研究的N_2O间接排放通量与水中NO-3-N浓度正相关,反硝化是N_2O的主要产生过程.雨季中较强的降雨(如连续降雨日内降雨 9 mm)可促进溪流中NO-3-N浓度在雨后短期内急剧升高,进而激发水中N_2O间接排放通量的明显增加.     

华北平原玉米-小麦轮作农田N2O交换通量的研究

以华北地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,运用静态箱法对正常施肥及正常施肥结合秸秆还田农田N2O交换通量进行了连续1 a对比研究.正常施肥及正常施肥结合秸秆还田样地N2O全年的累积排放量分别为7.61 kg.hm-2和12.6kg.hm-2,其中秸秆还田引起N2O排放明显增加主要发生在玉米生长季节.两种处理样地在玉米季N2O的排放量占全年累积排放的57%～86%,表明华北玉米-小麦轮作体系中N2O排放主要集中在玉米季.各次施肥后10 d内N2O的累积排放量约占全年总排放量的71%～88%,显然现有化肥极大促进了华北农田N2O排放.     

秸秆还田对冬小麦-夏玉米农田土壤固碳、氧化亚氮排放和全球增温潜势的影响

旱地农田温室气体净排放(以全球增温潜势表示)主要取决于土壤固碳速率和氧化亚氮(N2O)排放量.基于长期定位施肥试验,综合分析2010～2017年表层(0～20 cm)土壤有机碳含量和2014～2017年N2O排放通量的观测结果,定量评价秸秆还田对关中平原冬小麦-夏玉米农田土壤固碳速率、N2O年排放量和全球增温潜势的影响...     

川中丘陵区农田源头沟渠玉米季中氧化亚氮排放及其影响因素

农田周边的排水沟渠不仅是农田养分迁移的重要通道,也是氮转化非常活跃的场所和潜在的氧化亚氮(N_2O)排放源.本研究以川中丘陵区农田源头沟渠为对象,在6~9月的玉米季(雨季),采用静态箱-气相色谱法对其N_2O排放开展原位观测.结果表明,在整个观测期有自然植被覆盖的沟渠生态系统(V)N_2O累积排放量(以N计)为0.43 kg·hm~(-2),而无自然植被覆盖的对照处理(NV,代表沟渠中的沉积物-水界面系统)则为0.07 kg·hm~(-2).该沟渠生态系统的N_2O平均排放通量[14.7μg·(m~2·h)-1]已达到本地区玉米农田直接排放的水平,表明玉米季中农田源头沟渠是不容忽视的N_2O源.川中丘陵区雨季丰富的降雨径流携带大量农田硝态氮进入沟渠,促进N_2O产生和排放,此外,植物的存在可大幅度提高农田沟渠的N_2O间接排放系数(V:0.05%vs.NV:0.01%).由于本研究的N_2O间接排放系数远低于2006年IPCC建议的缺省值(0.25%),如果仅采用IPCC缺省值来估算本地区沟渠生态系统的N_2O排放,可能导致较大误差.未来研究中应对原位观测多予以重视,为进一步修正其缺省值提供理论依据.     

不同灌溉方式对华北平原冬小麦田土壤CO2和N2O排放通量的影响

节水灌溉是现代农业的发展趋势,为研究节水灌溉措施对农田土壤温室气体排放的影响,采用静态箱暗箱法研究了微喷水肥一体化(微喷)与传统漫灌方式下华北平原西部2013~2014年冬小麦田土壤CO_2及N_2O排放通量的变化特征及微喷方式下垂直微喷管不同距离的3个空间位置土壤CO_2、N_2O排放通量的空间变化.利用根排除法分析土壤呼吸组分,并估算不同灌溉方式下农田碳收支状况.结果表明:1微喷与漫灌方式下小麦田土壤CO_2排放通量平均值分别为418.19mg·(m~2·h)~(-1)和372.14 mg·(m~2·h)~(-1),两种灌溉方式间CO_2排放通量无显著差异,累积排放量分别为2 150.6 g·m~(-2)及1 904.6 g·m~(-2).2返青期-成熟期微喷方式下距离微喷管不同距离的3个位置土壤CO_2累积排放量表现为距离微喷管近的土壤CO_2排放量最大,但无明显差异.3微喷和漫灌方式下,小麦生长季土壤异养呼吸排放量(以C计)分别为468.49 g·m~(-2)和427.31 g·m~(-2),净初级生产力(以C计)分别为1 988.21 g·m~(-2)和1 770.54 g·m~(-2),生长生育期小麦田碳汇(以C计)分别为1 519.72 g·m~(-2)和1 343.24 g·m~(-2).4微喷与漫灌处理小麦生长季土壤N_2O排放通量的平均值分别为50.77μg·(m~2·h)~(-1)和28.81μg·(m~2·h)~(-1),两种灌溉方式间N_2O排放通量无显著差异,累积排放量分别为272.67 mg·m~(-2)及154.08 mg·m~(-2).5小麦返青期-成熟期微喷方式下3个空间位置土壤N_2O排放通量表现为距离微喷管越远,N_2O累积排放量越小,但处理间无显著性差异.可见,小麦田由传统漫灌转变为微喷节水灌溉后,农田土壤CO_2和N_2O排放通量均有增加,但农田碳汇强度也增加了.     

中国农业土壤N_2O排放量估算

采用针对农业土壤痕量气体排放估算开发的、基于N2 O的产生、传输和消耗机理的反硝化分解模型 (DNDC模型 ) ,在建立的有关中国气候、农业土壤和农业生产的分县数据库基础上 ,估计了我国目前农业土壤N2 O的排放量 ,并分析了气候变化和农业耕作措施对全国N2 O排放的影响 .结果表明 ,中国农田土壤的N2 O排放总量为 0 31(0 18— 0 44 )Tg(N)·a - 1,化肥使用量的变化对N2 O排放量的影响最大 .     

具有N_2O控逸能力的异养硝化-好氧反硝化菌株的筛选鉴定

利用BTB平板培养基以及硝化-反硝化性能测定,从实验室驯化成熟的SBR反应器中筛选出3株异养硝化-好氧反硝化菌.其中WYLW1-6菌株的硝化-反硝化性能尤为突出,经16S rDNA基因序列分析和Biolog测定,该菌株属于蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus).在摇瓶培养时,对该菌株设计L4(23)的正交试验,结果发现,菌株WYLW1-6投加到水中后启动迅速,且生长适应性强,优选条件下,其氨氮最大去除率可达95.21%.用发酵罐对其扩大培养测定N2O逸出量,表明该菌脱氮效果良好,NH4+-N去除率达到97.19%,TN去除率为96.63%,N2O逸出量为1.849 2 mg,其中N2O-N量为1.176 8 mg,N2O-N量占水中脱除TN量的0.598%.菌株WYLW1-6能够独立完成生物脱氮的全过程,高效脱氮的同时N2O逸出量低.该菌可用于构建一个低NO逸出的高效脱氮菌系,从而实现NO生物控逸.     

氮素调控对冻融过程中土壤N2O排放的影响

应用室内冰柜模拟冻融过程,研究了不同氮素形态(铵态氮、硝态氮和酰胺态氮)和浓度(40、200和800 mg/L)对潮土N2O排放通量的影响.结果表明,随土壤冻结时间的延长N2O排放通量缓慢降低,土壤融化初期出现一个土壤N2O排放通量高峰,而后随土壤逐渐融化的进行N2O排放通量缓慢升高.3种氮素浓度条件下,铵态氮、硝态氮和酰胺态氮冻融过程中土壤平均N2O排放通量分别为119.01、205.28、693.95μg.(m2.h)-1,611.61、1 084.40、1 820.02μg.(m2.h)-1和148.22、106.13、49.74μg.(m2.h)-1,而对照处理仅为100.35μg.(m2.h)-1.随氮素浓度的增加,铵态氮、硝态氮源土壤N2O累积排放通量分别比对照增加17.49%、40.09%、425.67%和563.38%、915.28%、1458.6%,且施加的浓度越高累积排放量越大,但达到稳定N2O排放通量的时间向后推移.随浓度增加酰胺态氮处理土壤N2O排放通量随浓度增加而降低.建议潮土越冬水中铵态氮和硝态氮浓度应分别小于200 mg/L和40 mg/L,酰胺态氮的浓度不限,从而减少土壤N2O的排放.     

Simulation of temporal and spatial change of N2O emissions in the Yangtze River Delta

A biogeochemical model(DNDC) is combined with a plant ecological model to estimate N2O emission from rice paddy fields in the Yangtze River Delta region. The model is driven by local meteorological, soil, and physiological data and is validated for 1999 and 2000 at a site in the region, which showed that the simulated N2O emissions agree fairly well with the observed data. This adds some confidence in the estimated N2O emissions during 1950 and 2000 in the Hangzhou Region. A significant correlation between the N2O emissions and the population for the Hangzhou Region is found, which is due to a combination of increased application of fertilizers and cultivated area.Such a correlation can not be established for the whole Yangtze River Delta region when the data of both urban and rural are as areincluded. However, when the data from the heavily urbanized areas are excluded, a significant correlation between population and N2O emissions emerges. The results show clearly that both the temporal and the spatial N2O emissions have significant positive relationship with population under traditional farming practice. These results have implications for suitable mitigation options towards a sustainable agriculture and environment in this region.     

沼泽湿地CO2、CH4、N2O排放对氮输入的响应

利用静态暗箱-气象色谱法，选取小叶章沼泽化草甸进行野外原位试验，研究氮输入对沼泽湿地CO2、CH4和N2O等3种温室气体排放的影响,结果表明：氮输入对沼泽湿地CO2和CH4排放有明显影响，其季节排放总量分别是对照处理的1.3和2.5倍，但对CO2和CH4的季节变化模式无明显影响；氮输入对N2O的排放强度和季节变化模式均有显著影响,CO2排放通量与5cm深土壤温度存在显著的正相关关系，与地表温度和1.5m气温存在指数关系，而CH4和N2O排放与温度之间没有显著的相关性．在20、100和500年时间尺度上氮输入处理的CH4和N2O全球增温潜势（GWP）分别比对照处理增加了150％、150％和80％，表明氮输入在长、短时间尺度上都是增强CH4和N2O的温室效应的。     

单级自养脱氮工艺氨氮去除途径研究

以SBBR单级自养脱氮系统的污泥为对象,采用不同的人工模拟废水为反应器进水,通过批式试验的方式研究了单级自养脱氮系统内的中间产物及氮素平衡情况,并探讨了氨氮的去除途径.结果表明,以仅含氨氮的人工模拟废水为进水,在未投加有机碳源的条件下,系统内62％的氨氮被转化为NO^-₂、NO^-₃、NH₂ＯH、N₂Ｈ₄、NO、NO₂、N₂Ｏ和N₂等一系列氮化合物,其中N₂占90.07％.单级自养脱氮系统内的氨氮是由多种途径去除的.4.5％的氨氮是在吹脱等物化作用下去除的,不超过3.73％的氨氮是通过传统的硝化反硝化途径去除的,53.77％的氨氮是由自养脱氮途径去除的,自养脱氮反应起主要的脱氮作用,且自养脱氮反应可以通过2条代谢途径来实现.但在足够NO₂存在并且缺氧的条件下,单级自养脱氮系统内的出水氨氮浓度与空白反应器相当,NH⁺₄并没有被亚硝化单胞菌以NO₂为电子受体氧化为NO^-₂和N₂等化合物而得以去除,可能是因为系统内不存在该类型的亚硝化功能菌.     

黔中喀斯特石漠化地区土壤温室气体浓度的时空分布特征

2006~2007年对喀斯特石漠化地区土壤剖面中CO2、N2O和CH4的浓度分布进行观测.结果表明,土壤剖面中CO2、N2O和CH4浓度分别介于530.2~31512.6、0.27~0.67和0.1~3.5μL.L-1.总体上,自地表向下,CO2和N2O浓度逐渐增大,CH4浓度则为逐渐减小,但在阴冷潮湿的10、11月和1月,15cm以下土层中CO2和N2O浓度随着深度的增加逐渐减小,CH4浓度则明显增加.土壤温度、水分同时影响剖面中CO2、N2O和CH4的时空分布,但影响效应以及作用的土层深度有所不同.相关分析结果表明,土壤中CO2和N2O浓度的时空分布显著正相关(r为0.780~0.894,p0.05~0.01),相关关系受环境因子的影响;CO2和CH4的时空分布则呈显著负相关关系(r=330,p0.01);N2O和CH4的空间分布为互逆关系,但只在土壤水分较大月份达到显著水平(r为-0.829~-0.956,p0.05~0.01).     

小兴安岭毛赤杨沼泽CH4、N2O排放规律及其对人为干扰的响应

选择小兴安岭山区毛赤杨（Alnus sibirica）沼泽为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法,研究两个生长季内（2007年和2008年）沼泽湿地在自然状态下CH4、N2O排放通量的变化规律及其主要影响因素,以及在不同采伐干扰（皆伐、45%择伐）方式下,CH4和N2O排放通量的变化过程.结果表明,2007年CH4和N2O平均排放通量分别为1.03 mg·m-2·h-1和58.56μg·m-2·h-1,2008年分别为20.57 mg·m-2·h-1和17.41 μg·m-2·h-1; CH4排放高峰期均发生在夏、秋两季,N2O排放规律不明显.皆伐沼泽和45%择伐沼泽CH4平均排放量分别为597.06、237.05 μg·m-2·h-1,N2O平均排放量分别为35.84、114.51μg·m-2·h-1;与天然沼泽相比,CH4排放量明显下降,N2O排放通量明显升高.水位是CH4排放的主要影响因子,但当水位达到一定高度时不再成为限制因子,土壤温度与CH4排放相关性显著,相对较低水位与相对较高土壤温度有利于N2O排放;积水水位是影响沼泽不同年份CH4和N2O通量排放差异的主要影响因子,采伐引起的土壤温度和水位的变化是干扰地与对照地CH4和N2O排放产生差异的主要原因.     

人工湿地污水处理系统中氧化亚氮的释放规律研究

利用静态箱-气相色谱法研究了潜流和表面流人工湿地系统中N2O的释放规律和相关的氨氧化细菌.结果表明,潜流和表面流人工湿地的N2O平均通量分别为296.5μg.(m2.h)-1和28.2μg.(m2.h)-1,总体上均表现为大气N2O的排放源,前者的N2O平均释放通量高于农田、森林、草原和沼泽湿地等生态系统,潜流方式促进了N2O的释放.潜流和表面流人工湿地N2O通量有较大的月份差异和明显的日变化特征,最高值出现在7月,分别为(762.9±239.3)μg.(m2.h)-1和(91.9±20.3)μg.(m2.h)-1,一天中的极大值和极小值分别出现在中午和凌晨.温度和芦苇的生长情况对N2O通量有一定的影响.人工湿地系统进水端,较高浓度的污水和充足的碳、氮源,促进了硝化和反硝化过程,使得N2O通量均高于出水端.克隆结果表明,人工湿地污水处理系统中与N2O产生相关的氨氧化细菌主要为Nitrosomonas和Nitrosospira.