13C在草原土壤呼吸区分中的应用

区分草原土壤呼吸的主要目的在于准确估算草原生态系统土壤碳蓄积和碳源、 汇潜力,为预测气候变化提供科学依据。论文主要论述了稳定同位素¹³C在草原土壤呼吸区分方面的应用。主要在以下几个方面进行了阐述:①碳同位素区分土壤呼吸的两种主要标记方法——脉冲标记法和持续标记法,其中脉冲标记法包括单次脉冲标记法和重复脉冲标记法,持续标记法包括FACE实验标记法和¹³C自然丰度标记法,也介绍了利用核爆产生的¹⁴C标记;②应用碳稳定同位素区分土壤呼吸的理论依据和计算方法;③土壤呼吸稳定同位素组成的取样方法和测定,包括静态箱-Keeling Plot法、 静态箱平衡状态法和动态箱连接红外分析仪法等;④指出了减小静态箱-Keeling Plot法测定土壤呼吸碳同位素值的误差需采取的措施。     

锡林河流域典型草原碳素生物小循环研究

应用生物地球化学分室方法研究了内蒙古锡林河流域2个典型草原群落——羊草草原和大针茅草原的碳素生物小循环,研究表明:①生长季禁牧的羊草草原植物分室碳素净固定量为165.50 gC.m-2,土壤分室碳素净排放量为174.36 gC.m-2,系统碳素净固定量为-8.86 gC.m-2,基本处于平衡状态,植物分室的碳输入和碳输出也近于平衡状态;②生长季禁牧的大针茅草原植物分室碳素固定量为130.04 gC.m-2,土壤分室碳素净排放量为128.28 gC.m-2,系统碳素净固定量为1.76 gC.m-2,基本处于平衡状态,植物分室的碳输入和碳输出在降水量大的年份以输入为主,在降水量小的年份近于平衡状态;③水热等生境条件较适宜的羊草草原碳素周转量比大针茅草原要大得多,水分是典型草原碳素循环量的主要影响因素。     

羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸的差异分析

应用静态暗箱-气相色谱法对羊草草原和贝加尔针茅草原的生态系统呼吸CO2通量进行了测算,分析了生态系统呼吸的影响因素,比较了2种草原生态系统呼吸的差异并分析了产生差异的原因.观测期间羊草草原生态系统呼吸CO2通量平均为(12.03±2.10)mg·(m2·min)-1,显著低于贝加尔针茅草原[(20.09±4.41)mg·(m2·min)-1];而羊草草原生物量显著大于贝加尔针茅草原(p0.001).羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸都与温度(箱内气温、5cm和15cm地温)具有显著的指数函数关系.通过偏相关分析发现,在地温作为控制变量时,生态系统呼吸与土壤Eh、pH间不再具有显著的相关性,Eh、pH对CO2通量的影响可能是由地温变化间接引起的,而CO2通量与活体生物量呈现出了一定的相关性,与凋落物生物量无显著相关性.2种草原的CO2通量都可以用温度指数模型进行很好地模拟,基于地温的模拟效果(R2为0.568～0.639)显著好于基于箱内气温的(R2为0.323～0.426).地温是2种草原生态系统呼吸最重要的影响因素,它掩盖了地上部植物体对生态系统呼吸的影响.在该区域,土壤呼吸占生态系统呼吸比例较高,贝加尔针茅草原较高的有机质含量导致了其生态系统呼吸CO2通量较高.     

基于国内水泥生产现状的碳排放因子测算

水泥生产过程中碳排放因子的测算是计算水泥碳排放量的基础,为了准确测算我国水泥行业熟料煅烧阶段碳酸盐矿物分解释放CO2的碳排放因子,就需要对水泥生产线上相关样品做成分测定和综合分析.通过对国内近百条代表性较强的水泥生产线上的生料、熟料、水泥、石灰石、燃煤等样品进行钙、镁、烧失量、碳酸盐等化学成分的定量分析,并考虑新型干法窑和立窑两种生产工艺类型的差别,分析测算了基于国内水泥生产的工艺碳排放因子.结果表明:生料碳酸盐法测算碳排放因子的结果较熟料法的结果低约10kgCO2/tcl;不同窑型的碳排放因子存在明显差异,新型干法窑的碳排放因子多集中在500~520kgCO2/tcl,立窑碳排放因子多集中在480~500kgCO2/tcl;多数熟料含有少量碳酸盐.生料碳酸盐法不涉及燃煤灰分的化学成分,可以规避燃煤灰分成分的影响,测算碳排放因子采用生料碳酸盐法较准确,并且应基于不同窑型,同时考虑碳酸盐分解率问题.     

内蒙古羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸区分的研究

利用根生物量回归法对内蒙古锡林河流域羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸进行了区分.结果表明,根呼吸占土壤呼吸的比例在13%~52%之间,平均为(24±3)%;土壤微生物呼吸占土壤呼吸的比例在48%~87%之间,平均为(76±3)%.土壤呼吸与根生物量的线性相关性不稳定.根呼吸活力与根冠比具有负指数相关关系(R2=0.661,P=0.20),与0~10、10~20、20~30和30~40 cm土壤含水量均有极显著的正指数相关关系(P<0.000 1).根呼吸与根呼吸活力具有极显著的指数相关关系(R2=0.848,P=0.01),根呼吸对土壤呼吸的贡献量与根呼吸活力具有显著的指数相关关系(R2=0.818,P=0.01).     

温度和水分对羊草草原土壤呼吸温度敏感性的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原土壤呼吸进行测定,研究了温度和水分条件对土壤呼吸温度敏感性系数Q_(10)值的影响.结果表明羊草草原土壤呼吸与5cm地温具有很好的指数关系(r~2=0.338～0.858,P<0.001～0.08),Q_(10)介于1.15～2.25之间,均值为1.72.Q_(10)值与5 cm地温呈负相关关系(r~2=0.407),而与0～10 cm土壤水分含量呈显著的二次函数关系(r~2=0.872,P<0.05).在较低含水量时Q_(10)值随着水分含量的上升而增大,当土壤水分含量较高时转而减小.以往大多数研究认为Q_(10)值与土壤水分含量呈正相关关系,这可能是土壤水分跨度不足造成的,极端的水分条件对Q_(10)值具有重要影响.     

中国水泥碳排放测算的影响因素分析与不确定度计算

作为水泥生产大国和CO_2排放大户,中国水泥行业的CO_2排放在国际上受到越来越广泛的重视,然而不同的研究结果之间存在不同程度的差异.为了定量研究中国水泥碳排放测算的影响因素,对碳排放因子的测算、运营边界的界定及水泥熟料或水泥成品的产量这3个影响因素做了详细分析,并对碳排放因子的不确定度做了定量计算.结果发现,影响中国水泥碳排放测算的最主要因素是碳排放因子,而该因素又与生产工艺、燃料和熟料水泥比等密切相关.本研究结果比IPCC、EDGAR、CDIAC和WBCSD/CSI等研究结果均低,并且差异逐年显著,以水泥碳排放来自碳酸盐分解的部分为例,2000年相差约65 Mt,而2012年差值接近450 Mt.计算表明,中国水泥碳排放不确定度为12%~22%.因此,水泥碳排放测算的影响因素较多,在计算中国水泥碳排放量时不可照搬国外研究的参数.     

草原土壤的碳氮分布与CO2排放通量的相关性分析

利用静态暗箱法,对内蒙古锡林河流域的贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、克氏针茅(Stipa krylovii)等草原群落样地的CO₂排放通量进行了测定;同时采集各样地的不同层次土壤混合样,分析其中有机碳和全氮的含量,探讨其与CO₂排放的相关性.结果发现:不同样地群落的CO₂排放与其土壤中不同层次的有机碳和全氮含量呈高度正相关,相关系数(R)均0.8以上,说明在环境因子相对稳定的情况下,土壤有机碳和全氮含量直接或间接地决定生态系统CO₂排放通量的变化.另外,土壤不同层次的有机碳和全氮含量随深度增加递减,其中70%以上集中在0～30cm土层中,说明它们主要是来自地表有机质的分解;在0～100cm的土层中,土壤有机碳和全氮的总含量从贝加尔针茅草原、大针茅草原、羊草草原和克氏针茅草原依次减少,表明降水量、蒸发量和干燥度是影响土壤有机碳、全氮分布的重要因子.     

基于碳酸盐分析的水泥碳排放因子测算

为了优化水泥碳排放因子的测算方法,论文基于生料碳酸盐法以及工艺/燃料排放(新型干法窑)、无机碳/有机碳排放(立窑)的碳排放分类对熟料和水泥碳排放因子进行了分析和测算。结果表明:基于抽样调查样品的测试数据,新型干法窑的工艺碳排放因子约为520.00 kg CO_2/tcl,燃料碳排放因子约为288.06 kg CO_2/tcl,熟料碳排放因子约为808.06 kg CO_2/tcl,立窑的无机碳排放因子约为504.18 kg CO_2/tcl,有机碳排放因子约为343.67 kg CO_2/tcl,熟料碳排放因子约为847.85 kg CO_2/tcl;由于新型干法窑和余热发电等技术的普及以及熟料水泥比降低等因素,中国水泥碳排放因子有逐年降低的趋势,从2001年到2012年,水泥碳排放因子从767.13 kg CO_2/tce降到550.80 kg CO_2/tce;水泥碳排放构成中的工艺排放、燃料排放和电力消耗间接排放约各占58.57%、29.79%和11.64%。