中国农田主要温室气体排放特征与控制技术

全球气候变化已成为不争的事实,已经引起了各国科学家和政府的高度重视。人类活动向大气中排放的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等温室气体浓度的增加是导致气候变化的重要原因之一。农田土壤是这三种温室气体的重要来源。文章概述了农田土壤CO2、CH4和N2O三种主要温室气体的排放机制,系统总结了国内对这三种温室气体排放通量的观测研究,提出了相应的减排技术对策,并对目前的研究问题和未来的发展方向作了深入的探讨,以期为控制农田土壤温室气体排放、发展低碳农业提供参考依据。     

生物质炭对农田温室气体排放的作用效应及其影响因素探讨

气候变暖已成为当今全球关注的焦点。农田生态系统作为CO2、CH4、N2O等温室气体的主要排放源,在全球温室效应中起重要作用。近年来,由于生物质炭在改善土壤性质,提高土壤碳汇和控制农业温室气体排放方面的巨大应用潜力,特别是对土壤碳的增汇减排作用,已成为土壤学和环境科学的研究热点。目前,关于生物质炭在农田温室气体排放方面的影响研究主要集中在我国华中、太湖平原、成都平原等地。然而由于受空间地域、实验条件等因素的差异,众多学者开展生物质炭作用于农田温室气体排放的研究结果不尽相同,也未曾见有报道从影响因素的角度深入探讨其作用机制。综述对比了近几年来国内外关于生物质炭对农田温室气体排放的影响研究,并从生物质炭的种类、施炭量、应用的土壤类型以及耕作方式和施肥条件等因素探讨了生物质炭对农田温室气体排放的作用机制。旨在通过改变生物质炭的种类和施炭量等条件,从而为抑制农业温室气体的排放乃至缓解全球气候变化提供可靠的科学依据。综合各项研究发现,秸秆炭在抑制农田温室气体排放方面要优于其他种生物质炭;40 t·hm-2的施炭量是一个既能提高作物产量又能实现固碳减排目标的较好选择;单作物耕作方式和合理的保护性耕作技术有利于减少农田温室气体的排放;在肥料的施用选择上,施用氮磷钾有机肥比普通氮肥更能有效地减少农田温室气体的综合排放效应。然而,从微生物活性和群落结构变化的角度深入探讨生物质炭作用于农田温室气体排放的微观机理及其温室气体减排还仍需进一步的研究。     

土壤温室气体产生与排放影响因素研究进展

土壤是温室气体(如CO2、CH4和N2O)产生的重要源,土壤温室气体主要来自于微生物呼吸,植物根呼吸和土壤动物呼吸。土壤温室气体排放机制及其影响因素是研究全球碳氮循环的重要组成部分。研究表明,影响土壤呼吸的因素很多,土壤理化性质如温度、含水量、有机质含量、pH值、氧化还原电位(Eh)、土壤质地等因素都可以直接影响土壤微生物量及其生理生化过程,从而影响温室气体排放。其中,土壤温度,湿度、有机质含量是关键性因素。此外,地域气候、土地利用以及土地覆盖变化也可以通过改变土壤理化性质及呼吸底物来影响温室气体排放。文章重点论述了土壤温室气体排放机制,排放影响因素以及排放的日变化和季节变化规律。认为今后的研究方向应该是土壤微环境碳氮循环机制,土壤呼吸模型在尺度上的推延,以及注重中国陆地与近海生态系统碳固定及减少碳排放的对策和应用技术研究,特别在人工林碳固定及农业固碳减排方面加大研究力度等。     

崇明岛稻麦轮作生态系统主要温室气体排放特征及影响因素分析

采用静态箱——气相色谱法对崇明岛稻麦轮作生态系统主要温室气体CO2、CH4和N2O排放进行了田间原位观测,并分析了影响温室气体排放的主要因素.结果表明,崇明岛稻麦轮作生态系统中,CH4和N2O的显著排放仅出现在水稻生长季,且透明箱与暗箱测得通量季节变化趋势具有高度一致性;水稻田是CH4和N2O的排放源,是CO2的吸收汇;冬小麦生长季农田表现为CH4的吸收汇,是CO2和N2O的排放源.整个稻麦轮作周期内,CH4、N2O以及暗箱CO2(即呼吸排放CO2)通量与各温度因子呈现出显著或极显著正相关性;CH4通量与土壤含水率、土壤C/N比值均存在极显著正相关性.另外,稻田CH4通量与土壤有机质(SOM)含量之间存在极显著正相关性,与土壤NH+4-N含量呈显著正相关关系;而稻田N2O通量与NO-3-N含量存在极显著正相关关系.     

免耕和秸秆覆盖对农田土壤温室气体排放的影响

农业土壤是重要的温室气体排放源,各种农业措施对温室气体排放产生重要的影响。免耕和秸秆覆盖作为两种重要的保护性耕作措施正在被越来越广泛的应用,但是其对土壤温室气体排放的影响还不明确,结果存在分歧。通过对免耕和秸秆覆盖措施下农田三种主要的温室气体（CO2、CH4和N2O）排放的相关研究进行对比分析,探讨两种保护性农业措施对温室气体排放的影响。研究表明,免耕减少土壤干扰,增加团聚体的稳定性,有利于难分解碳的形成,减少土壤CO2排放;与常规耕作相比,免耕有利于CH4氧化,增强甲烷氧化菌活性,降低CH4排放;免耕对N2O排放的影响与气候类型和土壤性质有密切的相关关系,在干燥的气候条件下,免耕增加通气条件差的土壤的N2O排放,对通气好的土壤影响不大。而在湿润的气候条件下,不同的土壤性质结论不一致。秸秆覆盖增加土壤CO2排放,并随着秸秆覆盖量的增加而增大;秸秆覆盖对CH4排放的影响有很大的不确定性,与覆盖方式和覆盖秸秆性质有密切联系;大部分研究认为秸秆覆盖增加N2O排放,但也有研究认为秸秆覆盖对N2O排放无影响或降低N2O排放量,秸秆覆盖对N2O排放机理复杂,需要进一步研究。通过综述发现随着保护性农业措施的推广,大量的研究集中在其对作物产量、土壤水分利用率、土壤性质等方面的研究;而保护性农业措施对温室气体排放的研究相对较少,特别是对三种温室气体的综合影响研究并不多见。因此,需结合不同土地类型,开展不同气候类型下免耕和秸秆覆盖对三种主要温室气体排放影响的综合研究,预测增温潜势,为不同气候带保护性农业措施下温室气体排放提供基础数据,并为制定合理的耕作和秸秆覆盖措施提供理论支持。运用同位素示踪等新技术明确秸秆覆盖对温室气体排放的直接和间接贡献率,结合不同研究区?     

不同水分条件下巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地夏季N_2O日排放特征

在气候变暖背景下温室气体排放特征的研究已成为全球变化的研究热点之一,而湿地生态系统与温室气体排放有着密切的关系。湿地N2O排放对水分变化的响应机制研究对干旱区高寒湿地的科学管理具有重要意义。以新疆天山中部巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究区,采用静态箱-气相色谱法,对处于不同水分条件下高寒湿地生态系统N2O排放特征进行研究。结果表明:(1)常年积水区、季节性积水区、常年干燥区生态系统N2O的日平均排放通量分别为1.27、0.99、0.98μg·m-2·h-1。生态系统日N2O累积排放量分别为常年积水区30.61μg·m-2、季节性积水区23.97μg·m-2、常年干燥区23.08μg·m-2。(2)季节性积水区生态系统N2O排放日变化表现为3峰曲线,其峰值分别出现在2:00(1.30μg·m-2·h-1)、11:00(1.28μg·m-2·h-1)和21:00(1.66μg·m-2·h-1),而常年干燥区生态系统N2O排放日变化表现为双峰曲线,峰值分别出现在9:00(1.40μg·m-2·h-1)和17:00(1.42μg·m-2·h-1)。(3)环境因素显著影响着湿地生态系统N2O排放,地表植被活体生物量与生态系统N2O累积排放量呈现显著正相关性,在常年积水区地下10 cm土壤温度与生态系统N2O排放通量相关性达到显著水平(F=8.326,P=0.018),在季节性积水区土壤含水量与生态系统N2O排放通量有显著相关性(F=4.787,P=0.043)。     

农田N2O排放研究进展

农田土壤是大气中N2O的重要来源，与1990年相比，2000年我国氮肥用量升高了40％，因此，迫切需要对我国农田土壤N2O的排放通量作出新的估算。土壤理化性状的空间变异和不同生态条件下进行长期的、多点的农田N2O原位监测数据的匮乏成为提高N2O排放测定精度的制约因素。目前，航空采样法-驰豫涡动技术(微气象学方法)能够成功克服空间变异，且已经被成功应用在农业生态系统N2O排放的定量化观测上；另外Century-NGAS和DNDC模型是目前应用较广泛的机理模型，但应用不同模型所获得的N2O排放量相差较大。因此，今后农业土壤N2O排放的工作重点应集中在如何提高N2O原位观测精度，寻找合适的机理模型和提出相应的减排措施。     

中国农田N2O排放的分析估算与减缓对策

介绍了2种不同方法分析估算的中国农田N2O的排放结果，并讨论了减缓农田N2O排放的对策。用田间测量数据和IPCC第二阶段方法学估算的中国农田1995年N2O的直接排放量（以N计）分别为398和336Gg。应用IPCC第二阶段方法学分别计算了1949年等10个年份进入中国农田的不同氮源的数量变化，表明化学氮肥施用量的增加是中国农田N2O排放量逐年上升的主要因素。田间观测结果表明，水田是N2O不可忽视的源。中国水田N2O排放量约占中国农田总排放量的22％，水稻生长季水田N2O排放量约占农田总排放量的9％。根据中国农作制，施肥和农田水分管理方面的特点，调整N：P：K肥料的比率，缩小全国氮肥施用量的地区性差异及应用硝化抑制剂和包膜缓释氮肥，将有助于减少农田N2O的排放量。     

中国农田固碳减排发展现状及其战略对策

自20世纪80年代以来,农田固碳减排的动态变化日益成为全球的研究热点,它对于正确评价农业产业对全球气候变化的影响具有重要的理论意义。采取农业分区的方法,将我国划分为4个不同的农业区,并从区域植被覆盖、地理气候、品种、土壤性质、种植制度和施肥情况等方面,综合分析了各区域农田固碳减排的基本现状。通过对我国农田固碳减排的各个影响因素进行系统阐述,探明了耕作措施、水田种植面积、秸秆还田、施肥情况、轮作制度、土地利用方式和农田生态系统等是影响我国农田固碳减排的主要关键因素。同时,针对目前我国农田固碳减排的基本状况,提出了适合我国农田固碳减排的主要对策。文章认为,应从加强农田碳循环和土壤碳汇效应、合理调整农田土地利用结构、加强农田管理技术体系创新、加强农田生物固碳减排技术研究和注重降低农业生产温室气体的排放等方面开展系统研究,从而进一步增强农田的土壤固碳能力和减少温室气体的排放,达到我国农田固碳减排的最终目的。     

不同施氮措施对冬小麦农田土壤温室气体通量的影响

农田生态系统是大气中温室气体重要的排放源,其温室气体排放量占全球人为活动产生总量的10%-12%,减少农田生态系统温室气体的排放,对于减少温室气体排放总量,缓解全球变暖具有积极的作用。以河南省平顶山市冬小麦农田为研究对象,设置5种施氮措施,分别为:尿素+脲酶抑制剂(U+HQ)、尿素+硝化抑制剂(U+DCD)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+HQ+DCD)和包膜尿素(PCU),并以尿素(U)为对照,采用静态暗箱-气相色谱法测定分析了冬小麦栽培关键阶段N_2O、CO_2和CH_4通量及其累积通量。研究表明,3种温室气体通量均随小麦生长呈先降低后升高再降低的趋势。与U相比,其他4种施氮措施均减少N_2O累积通量,减排效果呈U+DCDPCUU+HQU+HQ+DCD的规律,其中U+DCD及PCU减排效果较显著,降幅分别为44.44%和20.99%(P0.05);除U+HQ外,U+DCD、U+HQ+DCD和PCU均显著降低了CO_2的累积排放量(P0.05),减排效果呈U+HQ+DCD (42.29%)PCU (40.84%)U+DCD (34.78%)U+HQ (6.07%)的规律;其他4种施氮措施均显著降低了CH4的累积吸收量(P0.05),其中U+DCD和U+HQ+DCD降幅较大,分别为48.21%和49.40%(P0.05)。与U相比,其他4种施氮措施均显著降低了温室气体全球增温潜势,减排效果呈PCUU+HQ+DCDU+DCDU+HQ,降幅分别为38.29%、36.64%、36.03%、6.54%(P0.05)。不同施氮措施对小麦产量有显著影响(P0.05),呈U+DCDU+HQUPCUU+HQ+DCD的规律。综合分析表明,普通尿素配施硝化抑制剂可以有效降低温室气体排放并提高冬小麦产量。     

Effect of biochar addition on short-term N<Subscript>2</Subscript>O and CO<Subscript>2</Subscript> emissions during repeated drying and wetting of an anthropogenic alluvial soil

Agricultural soils are an important source of greenhouse gases (GHG). Biochar application to such soils has the potential of mitigating global anthropogenic GHG emissions. Under irrigation, the topsoils in arid regions experience repeated drying and wetting during the crop growing season. Biochar incorporation into these soils would change the soil microbial environment and hence affect GHG emissions. Little information, however, is available regarding the effect of biochar addition on carbon dioxide (CO₂) and nitrous oxide (N₂O) emissions from agricultural soils undergoing repeated drying and wetting. Here, we report the results of a 49-day aerobic incubation experiment, incorporating biochar into an anthropogenic alluvial soil in an arid region of Xinjiang Province, China, and measuring CO₂ and N₂O emissions. Under both drying–wetting and constantly moist conditions, biochar amendment significantly increased cumulative CO₂ emission. At the same time, there was a significant reduction (up to ~20 %) in cumulative N₂O emission, indicating that the addition of biochar to irrigated agricultural soils may effectively slow down global warming in arid regions of China.     

施肥及秸秆还田处理下玉米季温室气体的排放

以华北地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,在玉米整个生长季,运用静态箱法针对正常施肥及正常施肥结合秸秆还田处理进行了为期3年N2O排放通量的连续观测,并开展了1季CO2和CH4交换通量的研究.在玉米整个生长过程中施肥阶段N2O的排放量占到了总排放量的83%—96%,表明现有化肥的使用明显导致了农田N2O排放增加.与控制地相比,施肥和耕种可导致玉米田CO2排放明显增加,且正常施肥及秸秆还田样地CO2排放主要集中在苗期至吐丝期.控制地、正常施肥样地及施肥结合秸秆还田样地CH4的累积排放量均为负值,说明旱地土壤是CH4的一个汇.秸秆还田在一定程度上增加了玉米季N2O和CO2的排放量,但对CH4的吸收有所抑制.正常施肥样地和秸秆还田样地全球净增温潜势分别为-1392.8 kg C.hm-2和-179.2 kg C.hm-2,表明华北农田在现有耕作方式下是大气温室气体的一种重要汇.     

中国燃煤电厂碳排放量计算及分析

人类活动造成的温室气体排放已经对自然生态造成了巨大的影响。如果无法有效解决气候变化问题,到2030年将有超过1亿人因此而失去生命,且全球经济增长将削减3.2%。有效地控制和减少温室气体的排放是人类急需解决的问题。目前中国温室气体排放总量已经超越美国成为全球第一大温室气体排放国,中国的能源结构决定了中国燃煤发电是中国CO2主要排放源之一,因此实现燃煤发电碳减排对降低中国碳排放总量,减少温室气体排放具有重要意义。准确地计算燃煤电厂产生的碳排放量是进行碳排放权交易、低碳火电厂在经济上具有可行性,最终实现燃煤电厂碳减排的前提条件之一。本研究根据世界资源研究所提供的计算工具首先界定了本研究对于碳排放计算的范围,其次阐述了不同电厂应针对其使用的燃煤进行工业分析的精细化程度不同而采用不同的计算方法,最后对两组不同机组类型的中国火电厂进行了碳排放量计算和对比分析。根据以上分析得出了大容量、高参数的燃煤发电机组相比小容量发电机组不仅能提高能源利用效率,同时也能相对减少因生产电能而产生的CO2排放。其次,燃煤电厂CO2排放中煤炭固定燃烧占有绝对比例,脱硫及外购电力所占比例较小,但排放的绝对总量并不小。再次,由于大容量、高参数机组与小容量发电机组相比在生产单位电能所消耗的燃煤量更少、其排放的废弃中的CO2浓度相对较高,应此更适合安装碳捕捉系统,有助于提高捕捉效率,降低捕捉CO2的成本。因此,建议在未来建设碳捕捉系统时应优先选择大容量、高参数机组。本研究的创新点在于在上述研究的基础上考虑单个燃煤电厂的煤质、考虑电厂脱硫、外购电力的因素,根据电厂对煤质不同程度的工业分析采用不同的计算方法,目的在于更?     

冻融条件下土壤N_2O排放研究进展

随着全球气候变化以及突发性气候事件频繁发生,温室气体逐渐成为公众普遍关注的问题.作为温室气体的重要组成之一,土壤N_2O气体排放也一直都是研究的焦点.但长期以来开展的土壤N_2O监测大多在作物生长季节,随着研究的深入和领域的拓展,很多试验和数据证实冻融条件下土壤N_2O的排放不容忽视.冻融条件下土壤N_2O排放主要受土壤水分形态和分布,土壤团聚体形成或破碎,土壤微生物种群和数量,以及N_2O产生途径变化等因素影响.从以上几个方面综述了国内外冻融条件下土壤N_2O排放的研究进展.结合作者相关研究结果认为应加强以下重点领域研究:土壤团聚体形成或破碎导致微生物可利用的有机碳的包被或释放,冻融过程微生物种群变化引起对不同氮素形态的利用效率差异.解决这些问题将可以进一步丰富土壤温室气体产排领域的研究内容和理论体系.     

秸秆生物质炭土地利用的环境效益研究

农田土壤有机碳矿化释放CO2是农业温室气体排放的重要途径,促进土壤碳截获对于减缓全球温室效应具有重要意义。生物质炭具有改良土壤性质、促进土壤团聚体的形成、对土壤微生物生态具有调控作用等特性。因此,生物质炭对增强土壤碳截获能力及减少土壤CO2气体排放可能具有重要作用。采用实验室盆栽的方式,以黑麦草为目标植物,对农业秸秆生物质炭土地利用的环境效益进行了研究。实验结果表明：农业秸秆制生物质炭应用于农田土壤能产生多方面的环境效益。与对照相比,添加1%~4%生物质炭处理的土壤活性有机质质量分数均增加了25%以上,土壤呼吸度降低了23%~50%,同时,添加生物质炭对植物的生长也有促进作用。添加4%秸秆炭的处理的黑麦草生物量增加了68%。此外,秸秆生物质炭的添加对土壤中的养分具有较好的持留功能,与比照相比,添加生物质炭处理的土壤淋出液中氮和磷质量浓度显著降低,说明生物质炭能够有效减少水冲刷造成的氮磷流失,降低农业面源污染。     

垃圾填埋场的甲烷减排及覆盖层甲烷氧化研究进展

温室效应导致的全球变暖是备受瞩目的环境问题之一,其中垃圾填埋场产生填埋气是全球温室气体的重要来源。文章从垃圾填埋场的CH4产生、CH4减排技术和覆盖层CH4氧化行为及其影响因素等方面对国内外研究现状进行总结,为全面认识垃圾填埋场的CH4减排提供参考。目前,填埋场CH4减排技术包括填埋层原位减排、资源化利用和末端控制技术等,其中准好氧填埋技术和生物覆盖层甲烷氧化技术是适合我国现阶段大量中小型填埋场CH4减排要求的技术。填埋场覆盖层的特性如温度、含水率、有机质含量、pH值、孔隙率、CH4/O2比、植被和无机氮等都会影响其甲烷氧化能力,是填埋场覆盖层甲烷氧化能力研究和调控的主要参数。     

红壤丘陵区冬闲稻田CH4和N2O排放通量的研究

CH4和N2O是与全球气候变化密切相关的2种主要温室气体,其排放规律以及减排措施已成为当前研究的热点。休闲期抛荒稻田普遍存在于我国西南和南方地区,而对于其CH4和N2O排放规律的研究还比较少。本实验选取江西红壤丘陵区进行观测,于稻田休闲期采用静态箱-气相色谱法进行原位观测,旨在探讨休闲期CH4和N2O的排放规律,可为制定减排措施提供一定的依据。研究结果表明:红壤丘陵区冬闲稻田CH4和N2O平均排放通量(以CH4和N2O-N计)分别为0.03mg.m-2.h-1和3.27μg.m-2.h-1。冬闲期CH4和N2O平均排放通量与土温、降雨量无明显线性关系(P>0.05)。冬闲稻田排放CH4和N2O的综合温室效应(以CO2-eq计)为7.58 g.m-2,其中,CH4和N2O产生的温室效应(以CO2-eq计)分别为2.33和5.25 g.m-2。N2O排放量是冬闲稻田温室气体观测中不可忽视的部分。