西双版纳不同演替阶段热带森林土壤N_2O排放的时间特征

氧化亚氮(N_2O)是导致全球变暖的一种重要温室气体。探明热带森林土壤N_2O排放动态及调控机制是全球变化及国际气候谈判的一个重要内容。为探明热带森林不同次生演替对土壤N_2O排放通量时间变化的影响,以西双版纳不同演替阶段热带森林[白背桐(Mallotus paniculatus)群落、崖豆藤(Mellettia leptobotrya)群落和高檐蒲桃(Syzygium oblatum)群落]为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O排放通量动态进行定位观测。探究这些变化与土壤温度和水分及理化性质之间的相互关系。结果表明:(1)不同次生演替阶段热带森林土壤N_2O排放通量存在显著差异,其大小顺序为:高檐蒲桃群落(462.4μg·m~(-2)·h~(-1))崖豆藤群落(378.93μg·m~(-2)·h~(-1))白背桐群落(310.68μg·m~(-2)·h~(-1));(2)不同次生演替阶段热带森林土壤N_2O排放通量月份变化趋势基本一致,均表现为6月显著高于12月,且各月份间差异显著;(3)土壤易氧化有机碳、水解氮、硝态氮和铵态氮显著影响土壤N_2O排放通量的时间变化,而土壤容重和pH值与土壤N_2O排放通量呈显著负相关。因此,土壤N_2O排放对西双版纳不同演替阶段热带森林群落具有敏感的响应,土壤温度、水分、易氧化有机碳、水解氮、硝态氮及铵态氮是土壤N_2O排放时间变化的主控因素。     

添加生物炭对东台滨海区杨树人工林3种温室气体排放的长期影响

为了解施用生物炭对杨树人工林土壤CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体排放的长期影响及其主要调控机理,以东台国有林场杨树人工林为对象,设置低生物炭添加量(D,40 t·hm~(-2))、中生物炭添加量(Z,80 t·hm~(-2))、高生物炭添加量(G,120 t·hm~(-2))及对照(CK,0 t·hm~(-2))4种不同处理,采用静态箱-气相色谱法对CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体的排放速率进行了多次测定,同时测定分析了土壤含水率、土壤酶活性等土壤理化及生化指标,为阐明生物炭对杨树人工林生态系统的长期影响提供理论依据。结果表明:(1)对照样地土壤CO_2排放速率变化范围为123.428-412.066mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著促进了土壤CO_2的排放(P=0.001、0.000),分别导致CO_2年平均排放速率增加了21%和20%;(2)对照样地土壤CH4排放速率变化范围为0.578-1.405 mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤CH_4的排放(P=0.000、0.000),分别导致CH4年平均排放速率降低了21%和33%;(3)对照样地土壤N2O排放速率变化范围为0.124-0.297mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤N2O的排放(P=0.003、0.000),分别导致N_2O年平均排放速率降低14%和37%;(4)土壤CO_2排放主要与土壤微生物量C(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、全氮(TN)、蔗糖酶活性(IA)呈显著正相关关系(P=0.000、0.000、0.013、0.000),与土壤微生物量N(MBN)、土壤微生物量P(MBP)呈显著负相关关系(P=0.000、0.000);(5)土壤CH4排放和N2O排放主要与MBN、MBP、土壤含水率(SMC)、蛋白酶活性(PA)、脲酶活性(UA)、IA呈显著正相关关系(PCH4=0.011、0.009、0.005、0.000、0.000、0.007;PN2O=0.021、0.024、0.002、0.000、0.001、0.019),与MBC、DOC、TN呈显著负相关关系(PCH4=0.000、0.003、0.002;PN2O=0.001、0.012、0.001)。综上,添加生物炭导致了土壤N、P养分有效性增加和蛋白酶、脲酶等相关酶活性降低,可能是本区域生物炭调控杨树人工林土壤3种温室气体排放的主要机制。     

间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的影响

间隙灌溉模式下控释肥施用可减缓稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放交互排放效应,从而降低综合温室效应,然而有关间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物的影响鲜有研究。通过采集稻麦轮作系统田间原位试验新鲜土样,采用核酸定量技术研究间隙灌溉和控释肥施用耦合措施下稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的变化,以探讨此耦合措施降低稻麦轮作系统降低CH_4和N_2O排放的微生物机理。结果发现,除古菌外,稻季土壤细菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌群落丰度均高于麦季;间隙灌溉显著影响稻田产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌数量的季节变化;与尿素相比,施用控释肥增加了稻麦轮作系统细菌、古菌和产甲烷菌数量,降低了甲烷氧化菌、氨氧化菌、反硝化菌数量。稻季CH_4和N_2O的排放量与土壤微生物丰度之间存在显著相关性:CH_4排放量与古菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌数量均呈极显著正相关关系(P0.01),而与氨氧化菌数量呈显著负相关关系(P0.05);N_2O排放量与氨氧化菌、甲烷氧化菌、nirK型和nosZ型反硝化菌数量均呈显著正相关关系(P0.05),而与nir S型反硝化菌无显著相关性。研究表明,间隙灌溉和控释肥施用耦合措施通过影响稻麦轮作系统相关功能微生物的群落丰度进而减缓CH_4和N_2O气体的交互排放效应。     

生物可降解膜覆盖对水稻温室气体排放及产量的影响

为了探究生物可降解膜覆盖对水稻温室气体及产量的影响,选取南北稻区开展大田试验,利用静态箱-气相色谱法,监测生物可降解膜覆盖机插(BM)和不覆膜机插(CK)处理稻田的甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放通量并进行分析。结果表明:南北生态区BM处理均能显著降低稻田CH_4排放量,降幅分别为43.5%和52.4%,其减排效果主要体现在BM处理能够显著降低甲烷排放峰值,进一步分析与CH_4排放相关的土壤产甲烷菌((mcrA)和甲烷氧化菌(pmoA)丰度变化,发现南北生态区BM处理均能显著降低土壤产甲烷菌丰度,并提高甲烷氧化菌丰度,变化规律与CH4排放基本一致;对稻田N_2O排放量的影响,南北生态区存在差异,南方BM处理与CK相比,N_2O排放量显著减少47.9%,而北方N_2O排放量略高于CK。生物可降解膜覆盖机插种植能够提高土壤温度,尤其对于北方生态区增温效果更好,生育前期月平均增温达到2.9℃,能提高土壤微生物活性,且改变了土壤的理化性质及土壤养分含量,与CK相比,BM处理能增加土壤全氮和有机碳含量,北方生态区,在水稻成熟期分别显著增加14.8%和27.1%,南方生态区差异不显著;从产量上看南北生态区BM处理与CK相比均达到显著增产效果,南方增产4.1%,北方增产8.7%,且对稻田温室气体排放强度(GHGI)也有显著的抑制作用,降幅分别为46.6%和56%;生物可降解膜覆盖机插种植能够显著降低稻田温室气体的增温潜势(GWP),提高水稻产量,为水稻绿色高效生产提供新的途径。     

艾比湖湿地典型植物群落土壤剖面CO_2、CH_4和N_2O扩散通量研究

于2015年10月—2016年9月在艾比湖湿地鸟岛站,选取典型植物群落芦苇(Phragmites communis)、柽柳(Tamarix chinensis)和裸地对照组,每个月份通过气体原位采集系统对4个不同深度(0—10、10—20、20—40、40—60 cm)的土壤CO_2、CH_4和N_2O进行采集,利用气相色谱仪法分析其不同深度土层温室气体排放特征及其与环境因子的关系。结果表明,芦苇和裸地土壤剖面CO_2、CH_4和N_2O扩散通量呈现夏秋高于冬春特点,柽柳土壤剖面CO_2、CH_4和N_2O扩散通量季节变化小,而芦苇土壤夏季的CO_2、CH_4和N_2O扩散通量分别占年排放量的56.52%、86.90%和52.10%,但各季节之间无显著差异(P0.05)。芦苇、柽柳和裸地均表现出深层土壤CO_2和N_2O扩散通量高于浅层土壤的空间分布特征,20—40 cm土层显著高于其他土层,而土壤剖面CH_4扩散通量在各样地、各土层之间均无明显差异。土壤剖面CO_2、N_2O扩散通量在不同样地、不同土层之间存在显著的交互作用(P0.05),且不同样地之间芦苇土壤剖面CO_2、N_2O扩散通量显著高于柽柳和裸地。芦苇、柽柳和裸地土壤剖面CO_2、CH_4和N_2O与环境因子相关分析表明,土壤温度、土壤含水量、土壤有机碳对土壤CO_2、CH_4和N_2O扩散通量影响最大,其次为空气温湿度、土壤铵态氮和土壤硝态氮,而土壤盐分和土壤全磷对土壤CO_2、CH_4和N_2O扩散通量的影响则不明显。     

凤眼莲深度净化污水厂尾水生态工程中温室气体的排放特征

构建凤眼莲(Eichhornia crassipes)三级串联净化塘生态工程,对村镇污水处理厂尾水进行深度处理,采用自主研发的原位收集气体装置联合气相色谱法,于2015年8—11月采集并监测生态工程中排放的温室气体(CO_2、CH_4和N_2O),分析其排放特征,并探讨主要水体环境因子与气体释放之间的相关性。结果显示,生态工程对尾水TN和TP具有良好的净化效果,去除率分别达68.07%和64.21%;出水TN和TP浓度接近GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类标准。运行期间,生态工程中CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量分别为0.058、0.076和1.539 mg·m~(-2)·h~(-1),实验期内CO_2、CH_4和N_2O累积释放总量分别为1.273、1.685和33.59 kg。CO_2和CH_4排放通量呈现明显的季节变化特征,夏季释放通量远高于秋季,N_2O排放通量未表现明显季节变化特征;沿生态工程水流方向上,CO_2、CH_4和N_2O排放通量均呈现先升高后降低的变化趋势。相关性分析结果表明,CO_2和CH_4排放通量与水温呈显著正相关(P0.05),CO_2排放通量分别与pH值和DO呈显著负相关(P0.05),CH_4排放通量分别与pH值和DO呈负相关(P0.05);N_2O排放通量分别与TN和NO_3~--N浓度呈正相关(P0.05)。     

稻草还田方式对不同水分类型稻田土壤N_2O排放的影响

稻田是重要的N_2O排放源,而稻田N_2O排放与土壤水分和施肥密切相关。南方丘陵区是中国水稻的重要生产地,然而由于地形海拔的差异,稻田的水分条件相差很大。该地域典型的稻田水分包括持续淹水、中期晒田(除中期晒田和收获前落干外,保持淹水)以及耕灌雨养(灌水整地插秧,水稻分蘖盛期后不灌溉,依靠自然降水)。稻草还田为土壤微生物提供了大量的碳、氮基质,不同的稻草还田方式(深施、表施)会影响微生物对稻草中的碳、氮的利用,从而可能会影响N_2O排放。采用静态箱-气象色谱法研究了南方丘陵区稻田土壤在不同水分条件(持续淹水、常规灌溉和耕灌雨养)下,秸秆还田方式(无稻草、稻草翻耕入土、稻草覆盖)对N_2O排放的影响。当土壤有水层时,N_2O排放微乎其微;当水层落干后,N_2O排放快速上升。耕灌雨养的N_2O累积排放通量显著高于常规灌溉和持续淹水处理的N_2O累积排放通量。在耕灌雨养条件下,稻草翻耕入土处理下N_2O排放为2.566 kg·hm~(-2),比无稻草处理增加54%,而稻草覆盖处理对N_2O排放影响很小。在常规灌溉和持续淹水条件下,无论是否进行稻草还田,N_2O排放均很弱,仅为-0.003~0.030 kg·hm~(-2)。研究结果表明,水分是调控稻田N_2O排放的主要因子,在田间无水层条件下,稻草翻耕入土有促进N_2O排放的潜力。     

秸秆腐熟剂对秸秆还田稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对太湖地区稻田生态系统甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放进行田间原位观测,研究秸秆与秸秆腐熟剂(金葵子腐熟剂与宁粮腐熟剂)配施条件下秸秆还田稻田CH_4和N_2O的排放规律。结果表明,相对秸秆还田处理(S),配施秸秆腐熟剂处理(SJ和SN)提前出现CH_4排放峰值,而对N_2O排放的季节变化趋势无明显影响。秸秆配施金葵子腐熟剂处理(SJ)和宁粮腐熟剂处理(SN)CH_4累积排放量(以C计)分别为363和388 kg·hm~(-2),N_2O累积排放量(以N计)分别为0.18和0.20 kg·hm~(-2)。相对于S处理,添加腐熟剂处理CH_4累积排放量分别增加2.5%和9.6%,N_2O累积排放量分别减少33.3%和25.9%。同时,水稻产量分别增加7.5%和11.1%,温室气体排放强度(GHGI)分别减少5.1%和1.7%。该研究可为评估秸秆腐熟剂对秸秆还田稻田系统CH_4和N_2O排放的综合影响提供科学依据。     

控释肥与尿素配合施用对稻季土壤CH_4和N_2O排放的影响

为明确控释肥和尿素配合施用对稻季土壤CH_4和N_2O排放的影响,通过田间原位试验,采用人工密闭箱法,观测氮肥(尿素单施、控释肥与尿素配合施用)及不同施氮水平(0、80、160、240 kg·hm~(-2))下水稻生长季土壤CH_4和N_2O的排放通量,以寻求综合温室效应最小的施肥管理措施。结果表明:水稻生长季N_2O排放总量、水稻产量均随氮肥施用量的增加而增加,而CH_4排放总量、综合温室效应与氮肥施用量之间没有显著相关性。控释肥与尿素配合施用对水稻生长季CH_4和N_2O排放及水稻产量的影响因氮肥施用量的不同而不同。与尿素单施相比,不同施氮水平下配合施用控释肥能有效降低N_2O排放总量3.6%~49.6%,其中,烤田期是控释肥发挥减排作用的关键时期。与尿素单施相比,在80 kg·hm~(-2)和160 kg·hm~(-2)施氮水平上,配施控释肥分别增加CH_4排放总量48.1%和27.5%及稻田综合温室效应45.0%和22.8%,而水稻产量无显著差异;在240 kg·hm~(-2)施氮水平上,配施控释肥处理土壤CH_4排放总量降低4.2~15.1%,水稻产量增加5.7%~13.9%,且综合温室效应降低7.5%~19.8%。在240 kg·hm~(-2)施氮水平上,与尿素∶控释肥为3∶7、1.5∶8.5、0∶1的配施处理相比,尿素∶控释肥为4.5∶5.5配施处理的综合温室效应最小,且水稻产量最高。因此,施氮量为240 kg·hm~(-2),尿素和控释肥按4.5∶5.5比例混合施用可作为稻田控释肥推荐施用方式。     

硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响

为明确硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响,采用静态箱-气相色谱法和荧光定量PCR技术研究了双氰胺(Dicyandiamide,DCD)和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(Nitrapyrin,CP)两种硝化抑制剂的配施(处理为:覆膜施用尿素,PM;覆膜施用尿素配施DCD,PM+DCD;覆膜施用尿素配施CP,PM+CP)对覆膜栽培下稻田CH_4和N_2O排放及其相关功能菌群落丰度的影响。结果表明:整个水稻生长期,配施DCD(PM+DCD)显著降低N_2O季节总排放(P0.05),降幅达24%,提高CH_4季节总排放(P0.05);配施CP(PM+CP)同时降低CH_4和N_2O的季节总排放,降幅均为11%。CH_4排放主要集中在水稻分蘖盛期,此阶段,配施DCD显著提高产甲烷菌群落丰度,降低甲烷氧化菌群落丰度(P0.05),而配施CP则降低产甲烷菌群落丰度,显著提高甲烷氧化菌群落丰度(P0.05),这可能是由于配施DCD提高了CH_4排放总量而配施CP降低了CH_4排放。在N_2O排放集中时期(水稻生长前期),配施DCD和CP均降低了氨氧化菌群落丰度,显著提高了反硝化菌群落丰度的趋势(P0.05)。配施DCD(PM+DCD)、配施CP(PM+CP)和覆膜栽培(PM)处理的碳交易成本GWP-cost分别为831、735和822 yuan·hm~(-2);温室气体排放强度GHGI分别为0.69、0.61和0.70 t·t~(-1);产量分别为9.20、9.24和9.00 t·hm~(-2)。因此,综合考虑温室气体效应和经济效益,覆膜栽培稻田模式下,配施CP可以保证增产和减排,值得推广。     

稻秸的不同组分对水稻土甲烷和二氧化碳排放的影响

在水稻土中添加稻秸(稻草)的不同组分后对其甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)的排放特征及土壤的微生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)进行了观测,并分析其相关关系,以探讨稻秸的不同组分对CH_4和CO_2排放的影响,揭示秸秆还田稻田温室气体排放的机制和来源机理,以期为合理进行秸秆还田,减少温室气体排放提供科学依据。采用室内恒温培养试验,向水稻土中添加稻秸的4种不同组分(原稻秸、腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸),培养期间定期采样分析CH_4和CO_2的浓度及MBC和DOC的动态变化。结果表明:添加稻秸各组分后,在培养的前20 d各处理CO_2排放速率较高并出现排放高峰,在20 d后基本趋于稳定。整个培养期间,CO2排放量高低顺序为:稻秸处理(2.82 g·kg~(-1))可溶性有机物处理(2.24 g·kg~(-1))去活稻秸处理(1.97 g·kg~(-1))腐解稻秸处理(1.86 g·kg~(-1));整个培养期间,各处理CH4排放速率呈现波动变化,CH_4排放量高低顺序为:原稻秸处理(83.58 mg·kg~(-1))去活稻秸处理(75.94 mg·kg~(-1))腐解稻秸处理(57.66 mg·kg~(-1))可溶性有机物处理(20.08 mg·kg~(-1))。CO_2排放速率与DOC、稻秸组分C/N呈显著相关;CH_4排放速率与MBC呈显著相关。稻秸组分施入水稻土后均能显著提高土壤CH_4的排放速率和排放量,对土壤原有有机碳存在激发效应,以原稻秸激发效应最大;不同外源有机物对土壤有机碳的激发效应不同;CO_2的排放主要集中在稻秸中易分解物质的快速分解阶段;在稻秸的易分解物质的快速分解阶段和难分解物质的缓慢分解阶段,均有CH_4产生,缓慢分解阶段产生的CH_4不容忽视。     

粪食性金龟功能群对草原牛粪分解过程中温室气体排放的影响

粪食性金龟作为生态系统的工程师,在动物粪便分解和有机质转移中具有重要作用。通过在内蒙古典型草原区设立粪分解隔离实验,设置无粪金龟处理(T0)、泥蜉金龟(Aphodius sordecens)处理(T1)、小驼嗡蜣螂(Onthophagus gibbulus)处理(T2)、2种粪金龟组合处理(T3)和仅土壤对照处理(CK)5个处理,测定各处理牛粪分解过程中二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放通量后计算得到CO_2总量,并分析温室气体排放通量与环境因子之间的关系。结果表明,CK处理牛粪分解产生温室气体主要为CO_2(2 106 mg·m~(-2)·h~(-1)),而CH_4(2.769 mg·m~(-2)·h~(-1))和N_2O(0.019 mg·m~(-2)·h~(-1))较少。与T0处理相比,T1处理CO_2总量(2 657 mg·m~(-2)·h~(-1))显著增加(P0.05),而T2处理(2 422 mg·m~(-2)·h~(-1))和T3处理(2 398 mg·m~(-2)·h~(-1))CO_2总量无显著差异(P0.05)。不同粪食性金龟功能群对温室气体排放的影响随粪便分解时间和环境条件而异,在新鲜粪便期,T2处理温室气体排放显著减少(P0.05),而T1和T3处理变化不显著(P0.05);在粪便干燥期,粪金龟对温室气体排放影响不显著(P0.05)。温室气体排放通量与土壤温度呈显著正相关(P0.001),中等湿度条件下甲烷(P0.001)和二氧化碳(P0.01)通量较高。适当的温度和湿度条件会促进草原牛粪分解过程的温室气体排放,2种粪食性金龟均可在不同时期影响粪便分解过程中温室气体排放量。     

碳源与底物对不同层次土壤产生N2O能力的影响

底层土壤的反硝化作用是土壤排放N_2O的重要来源,同时也是影响浅层地下水硝酸盐含量的重要因素.通过一系列室内培养试验.研究了一种农用土壤不同土层在碳源和NO_3含量不同情况下产生N_2O的能力。结果表明,试验用土壤的不同土层均具有进行反硝化作用产生N_2O的能力.底层土壤产生N_2O的能力大于根区土壤:单独添加葡萄糖、NO_3或同时添加葡萄糖和NO_3.对土壤N_2O和CO_2释放的影响与土壤层次和观测时间有关;向土壤添加葡萄糖和NO_3,各个土层释放N_2O的能力均显著提高;从产生N_2O和CO_2能力的角度而言,不同层次土壤的微生物区系间存在较大差异。采用短期(24h之内)饱和泥浆好气培养法,可以区分土壤微生物区系在产生N_2O方面的差异。     

生物炭与有机肥配施对菜地温室气体强度的影响

采用盆栽模拟研究方法,设置对照(CK)、只施氮肥(U)、氮肥与有机肥配施(UM)、氮肥与生物炭配施(UB)以及氮肥、有机肥与生物炭配施(UMB)共5个处理,探究生物炭与有机肥施用对菜地N_2O、CH_4与CO_2排放以及全球增温潜势(GWP)、温室气体强度(GHGI)、N_2O-N排放系数的影响.结果表明,整个观测期间,N_2O排放变幅较大,达0.02-1 559.77μg m~(-2)h~(-1),CH_4排放变幅较小,为-0.09-0.25 mg m~(-2)h~(-1).与N_2O、CH_4相比,处理间CO_2排放通量具有更为相近的波动规律. UB与UMB能显著降低N_2O排放,其中UMB抑制效果最佳,仅为U处理的14.1%. 5个处理间CH_4累积排放量无显著差异,表明氮肥、有机肥与生物炭均非影响CH_4排放的主要原因. UB与UMB间累积CO_2排放量无差异,但二者均显著高于U与UM处理,证明生物炭施用促进了CO_2释放.菜心与苋菜产量均以UMB最高,两种蔬菜产量分别比U处理高25.6%与29.5%. GWP与GHGI均以UMB最低(除对照外),分别为919±266 kg/hm~2与0.04±0.01 kg/kg. UMB的N_2O-N排放系数最低(0.37%),仅为U处理的11.5%.综上所述,生物炭与有机肥配施处理在不降低蔬菜产量的基础上,既能抑制N_2O排放,降低GWP、GHGI与N_2O-N排放系数,又能降低化学氮肥投入量,是值得推荐的施肥措施.考虑到生物炭施用显著促进CO_2排放,需要进一步探究生物炭与有机肥配施的综合净温室效应.(图1表2参45)     

天津市海河温室气体排放特征与影响因素研究

河流生态系统是内陆水体温室气体重要的排放源,城市河流由于受人为活动干扰较大其温室气体排放特征及控制因子与自然河流不同。为探讨人为活动对城市河流温室气体的排放的影响,选择天津市海河为研究对象,于2019年12月(冬季)及2020年7月(夏季),对水体温室气体溶存浓度及扩散通量进行监测,分析海河温室气体排放时空特征及关键驱动因素。结果表明,冬季海河水体CH_4、CO_2、N_2O平均浓度分别为(0.32±0.42)μmol·L~(-1)、(102.19±64.07)μmol·L~(-1)、(63.78±34.21)nmol·L~(-1),其平均通量分别为(5.54±9.72)μmol·m~(-2)·h~(-1)、(865.85±394.74)μmol·m~(-2)·h~(-1)、(965.87±844.63) nmol·m~(-2)·h~(-1)。夏季海河水体CH_4、CO_2、N_2O平均浓度分别为(0.72±0.81)μmol·L~(-1)、(75.00±57.87)μmol·L~(-1)、(19.43±6.23) nmol·L~(-1),其平均通量分别为(27.99±29.60)μmol·m~(-2)·h~(-1)、(3 281.88±3 425.55)μmol·m~(-2)·h~(-1)、(558.73±298.67) nmol·m~(-2)·h~(-1)。在海河水体中CO_2浓度和通量呈现出上游大于下游的空间特征,而CH_4、N_2O浓度和通量呈现出上游小于下游的空间特征。海河二道闸的存在及人为调控对海河上下游水质及温室气体排放影响较大。在季节特征上,除CO_2通量、CH_4浓度和通量外,均呈现冬季大于夏季的季节分布特征。海河水体中DO、NO_3--N、DOC和CODMn是控制海河中温室气体浓度和通量的关键影响因子。海河水体中温室气体的产生不仅与水体中微生物功能有关,还与富含氮、磷等营养物质的工农业废水和生活污水的排放有关,人为活动影响和决定了海河温室气体排放模式及主要控制因子。     

黄河三角洲养殖塘水-气界面CO_2、CH_4和N_2O通量特征

随着经济的增长和人口的增加,沿海地区养殖业迅速发展,故养殖区水-气界面的CO_2、CH_4和N_2O交换通量对大气中温室气体浓度的影响不容忽视。以黄河三角洲神仙沟(桩11)南部的养虾塘为研究对象,于2013年6月—2014年4月,采用漂浮箱-气相色谱法对养殖塘白天水-气界面CO_2、CH_4和N_2O通量进行观测,并同步测定养殖塘部分环境因子。结果表明,黄河三角洲养殖塘CO_2、CH_4和N_2O的通量范围分别为-71.140 3~7.278 6、-0.005 8~0.016 5、-0.002 0~0.007 9 mg·m~(-2)·h~(-1),均值分别为-36.347 5、0.005 9、0.002 7 mg·m~(-2)·h~(-1),整体上表现为从大气吸收CO2的汇和向大气排放CH_4和N_2O的源。养殖塘温室气体通量存在明显的季节变化特征,在温度较高的夏秋季,CH_4和N_2O排放通量较大。相关性分析结果表明,温度、盐度、SO_4~(2-)、Cl~-和磷水平对养殖塘温室气体具有一定的影响,且盐度与N_2O通量、SO_4~(2-)浓度与CO_2通量之间的相关性达到显著水平。黄河三角洲养殖塘温室气体通量与自然水体和其他地区养殖塘存在较大差异,其中,地理位置的差异、养殖方式、杀菌剂的使用等环境因子和人为因素的作用显著。此外,养殖塘作为受人为干扰严重的水体,表现为多因子共同作用的结果,这一结论还有待于进一步的研究。研究结果对于综合评价水产养殖对区域气候变化的影响,深化人类活动对全球变暖的影响认识具有一定意义。     

不同地区稻田土壤甲烷氧化碳同位素分馏特征及其影响因素研究

稻田CH_4氧化是CH_4排放的自然调节,受多种因素的影响。中国水稻种植区分布广,不同地区的气候环境条件以及水肥管理措施,都会影响稻田CH_4氧化及碳同位素分馏过程。因此,对比研究不同地区稻田甲烷氧化和同位素分馏规律,甄别其影响因子,有助于进一步认识稻田甲烷氧化规律,也可为稻田温室气体减排调控提供科学依据。文章基于稳定性碳同位素的方法,结合室内好氧培养试验,测定了全国主要水稻产区(四川、湖南、江西、浙江、广东和辽宁)典型稻田土壤的CH_4氧化过程,确定了CH_4氧化碳同位素分馏系数α_(ox),研究了不同稻田土壤在不同水分条件下的CH_4氧化和同位素分馏的差异及规律。结果表明,四川资阳以及湖南宝洞峪的水稻土壤CH_4氧化潜力相对偏低,平均为其他地区土壤的六分之一。同时,不同地区稻田土壤CH_4氧化同位素分流系数(~(13)C)α_(ox)差异较大,且与CH_4氧化潜力呈显著负相关。在85%WHC(soil water holding capacity)和1∶1水土质量比时,相关系数分别为-0.85(P=0.032)和-0.82(P=0.047)。进一步研究发现,土壤CH_4氧化潜力与土壤活性铁含量呈显著正相关,在85%WHC和1∶1水土质量比时,相关系数分别为0.86(P=0.042)和0.90(P=0.035);而αox则与土壤活性铁含量呈显著负相关,85%WHC和1∶1水土质量比时,相关系数均为-0.92(P=0.026)。由以上结果可知,土壤水分和土壤活性铁是影响CH_4氧化潜力和碳同位素分馏的重要因素,而有关其作用机制仍需进一步的研究。     

有风条件下典型城市绿地对近地面大气温室气体含量分布的影响

以河南省新乡市典型城市公园作为研究对象,对公园周边道路、绿化带及公园内绿地等不同环境中近地面大气的CO_2、CH_4、N_2O含量进行监测,以探讨有风条件下城市绿地系统对近地面大气温室气体含量及分布的影响。结果表明,研究区域内CO_2、N_2O的含量分布受风的影响较为明显,2种风速条件(6.5 m·s~(-1)和5.5 m·s~(-1))下CO_2均表现出向下风向迁移的趋势,而N_2O趋向于向风向左侧积累。对比不同监测层次低层大气温室气体平均含量发现,城市公园内部CO_2含量低于道路和绿化带,风速较大(6.5 m·s-1)时各层次CO_2、N_2O含量低于风速较小环境,但不同风速条件下CO_2平均含量差异不显著;N_2O含量受风速的影响主要表现在公园中心处变化显著(P=0.005),在风速较大时该点N_2O含量低于周围研究区域(P0.05),低风速时期公园中心处N_2O含量增加,但与其他监测区域无显著差异。2种风速条件下CH_4平均含量在道路与公园中心处变化显著(P0.001),高风速条件下公园中心CH_4平均含量高于其他研究区域,而低风速时含量最低。综合研究结果表明,风条件改变了温室气体在公园景观系统中的传输,而绿地结构进一步影响了温室气体的扩散和累积,绿化带对道路源温室气体输送具有一定阻滞效应,使得公园内的综合增温潜势低于周围道路,说明该公园绿地系统具有调节局地微气象条件的生态功能。     

不同时间序列林火干扰对兴安落叶松林区土壤性质及温室气体通量的影响

林火是森林生态系统的重要干扰因素之一。在内蒙古大兴安岭兴安落叶松(Larix gmelinii)林区,分别选取2014年、2006年、1995年、1986年的火烧区,以临近未过火区作为对照,研究在火烧发生0、8、19、28年后,4个不同时间序列下林火干扰对土壤温室气体通量和土壤性质的影响。结果表明:火烧发生0、8、19、28年后,土壤p H分别较对照增加了7.7%、2.0%、3.4%、4.0%;土壤有机质含量分别较对照降低了63.8%、26.6%、35.3%、11.3%,土壤全氮含量分别较对照降低了53.2%、19.7%、21.7%、16.2%;土壤有效氮含量在火烧发生0年和8年后分别较对照降低了28.1%和9.5%,火烧发生19年后较对照增加了16%;火烧发生28年后土壤有效氮含量与对照无显著差异。CH_4平均吸收通量在火烧发生0、8、19年后,较对照分别下降了51.0%、45.0%、7.1%,火烧发生28年后与对照相比差异不显著。火烧发生当年,CO_2通量较对照增加了64.5%,其他3个时间序列火烧对土壤温室气体通量的影响结果不一。火烧发生当年,N_2O排放通量较对照增加了69.2%,达到最高排放量139.3μg·m-2·h-1。火烧发生8、19、28年后土壤N_2O排放通量分别较对照减少了5.6%、14.6%、37.9%。温室气体通量和土壤性质的灰色关联分析表明,CH_4和CO_2通量与土壤有机质含量关联度最大,N_2O排放通量与土壤全氮含量关联度最大。火灾发生当年土壤CH_4的吸收下降,土壤CO_2和N_2O的排放增加,随着植被的演替和土壤生态系统的逐步恢复,火灾发生区与未过火区之间的土壤性质及温室气体通量的差异逐渐变小。     

小麦-玉米周年耕作方式与增施有机肥对夏玉米土壤有机碳库及温室气体排放的影响

合理的耕作与施肥方式对农业可持续性与减缓全球气候变化有重要意义。借助从2010年开始的大田耕作与增施有机肥长期定位试验平台,采用二因素区组设计,设置小麦深耕+玉米免耕(DT)、小麦浅耕+玉米免耕(ST)、小麦免耕+玉米免耕(NT)、小麦深耕有机肥+玉米免耕(DTF)、小麦浅耕有机肥+玉米免耕(STF)和小麦免耕有机肥+玉米免耕(NTF)6个处理,研究华北平原冬小麦(Triticum aestivum L.)-夏玉米(Zea mays L.)周年不同耕作与增施有机肥对夏玉米有机碳库、产量与温室气体排放特征的影响。结果表明:增施有机肥,0—20cm土层,成熟期土壤总有机碳、易氧化有机碳与颗粒有机碳含量表现为NTFSTFDTF;20—40 cm土层,土壤总有机碳、易氧化有机碳在STF处理表现较高,分别为14.23 g·kg~(-1)和4.04 g·kg~(-1),颗粒有机碳在DTF下表现较高,为3.50 g·kg~(-1);40—60 cm土层,STF处理的土壤总有机碳与颗粒有机碳在成熟期表现较高,分别为8.99 g·kg~(-1)和0.89 g·kg~(-1);产量在DTF处理达到最高,为12 170 kg·hm~(-2);DTF处理增加了玉米土壤N_2O、CH_4和CO_2的排放,分别比DT处理增加了69.58%、83%和26.1%,NT与NTF处理能够有效地降低温室气体排放量、综合增温潜势与温室气体排放强度,NTF处理综合增温潜势与温室气体排放强度分别比DTF处理降低63.29%和57.22%。综合考虑耕作与施肥方式对玉米有机碳库、产量和温室气体的影响,短期监测来看,采用小麦免耕增施有机肥+玉米免耕的一年两熟制能够在保持玉米较高产量的同时固定土壤碳与降低温室气体排放。