秦淮河流域句容水库农业流域水体沉积物的反硝化作用

2007年5、8、11月和2008年2月,在秦淮河流域句容水库农业流域的河流和水库中,采用自行设计制作的无扰动采样器采集了沉积物柱样,使用乙炔抑制法进行培养试验,并测定了沉积物上覆水的温度(T)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO-3-N)和总溶解性氮(TDN)的浓度,以及沉积物有机质(OM)和全氮(TN)含量,研究了沉积物反硝化潜势的季节变化及其影响因素.结果显示,水体沉积物反硝化潜势存在显著的季节差异,河流沉积物的反硝化潜势范围在8.85～64.04pμg·m-2·h-1之间、水库沉积物的反硝化潜势范围在5.01～28.18μg·m-2·h-1之间.沉积物反硝化潜势的季节变化与上覆水的温度、NH4+-N、NO-3-N和TDN的浓度,及沉积物的OM和TN含量的季节变化有关.     

己二酸装置排放尾气中的N_2O测定方法的研究

研究了己二酸装置排放尾气中的N2O的测定方法和条件。建立了气相色谱法、TCD检测器和Paropak Q和GDX-103色谱填充柱测定方法。方法的检出下限为5 mL/m3;线性相关系数为0.9954。     

滨海湿地生态系统N_2O排放研究进展

滨海湿地作为陆地和海洋过渡区的重要组成部分,是陆源N的一个重要"汇",其N2O排放对于大气环境具有重要影响。综述了滨海湿地系统N2O通量特征、排放机制及影响因素的研究动态。当前滨海湿地N2O的排放研究主要集中在N2O排放规律、"源/汇"功能评估、硝化-反硝化作用机制及影响因素的探讨上。影响滨海湿地N2O排放的因素主要包括土壤理化性质、水文过程、生物群落及人类活动等。鉴于当前研究中存在的问题,其在今后研究中应亟需加强的领域包括:①长时间尺度N2O排放规律及"源/汇"功能评估;②多因子交互作用对N2O排放的影响;③植被本身N2O排放规律及影响机制;④N2O排放模型表征;⑤全球变化和人类活动对N2O排放的影响。     

沼泽湿地草甸N_2O排放通量日变化规律研究

利用静态暗箱/气相色谱法对三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)草甸进行N2O排放通量的日变化观测实验.结果表明,小叶章草甸土壤-植物系统和土壤的N2O通量均具有明显的日变化规律,小叶章草甸土壤-植物系统和土壤的N2O通量最大值均出现在16:00,最小值均出现在6:00,其变化趋势与气温.地表温度和5、10.15,20 cm地温均呈正相关关系.小叶章植株的存在,促进了土壤一植物系统N2O的排放,土壤-植物系统N2O日平均通量是土壤的1.81倍.小叶章草甸土壤-植物系统N2O通量日变化的变异系数大于土壤.     

农田生态系统N2O排放的数值模拟研究

综合大气化学等多学科最新研究进展,建立了农田N2O排放数值模式,模式较好地模拟了农田生态系统中N2O排放过程.利用模式分析了气象因子对N2O排放影响.结果表明:苏州稻田N2O排放量与生长期平均气温存在显著正相关,与总辐射和降水量相关不明显;功率谱分析表明N2O排放量存在7～9年的变化周期,与平均温度变化周期比较接近.模拟气候变化对N2O排放的可能影响表明:气温比目前升高1℃,苏州稻田N2O排放量将平均增加4.5%.     

氮肥和磷肥对稻田N2O排放的影响

通过模拟南方稻田施用不同量的氮肥和磷肥的实验来探讨N和P对稻田释放N2O的影响.结果表明,水稻田N2O排放通量的较大值主要出现在3次烤田期;氮肥和磷肥对土壤中产生N2O的贡献主要在水稻生长中后期,从第1次烤田起(移栽后34d),氮肥和磷肥都表现为对N2O排放有促进作用;而低氮对N2O排放的刺激作用没有高氮的作用明显,且N2处理(180kg/hm2)、N1处理(90kg/hm2)和N0处理(没有施肥)之间的平均N2O排放差异不显著.在水稻生长中后期(第1次烤田后),N3处理(270kg/hm2)和N4处理(360kg/hm2)的较高水平的氮肥加入能强烈刺激N2O排放.     

影响森林土壤N2O排放和CH4吸收的主要因素

利用正交试验设计法对长白山阔叶红松林土壤进行培养试验,考察了温度、水分、pH、NH^ 4及NO3^-对森林土壤N2O排放和CH4吸收的影响。结果表明：在本试验设计的因素、水平条件下,pH和温度对N2O排放速率和CH4氧化速率的影响是显著的。N2O排放速率和CH4吸收速率分别与5因素进行多元回归的结果显示：二者均与土壤pH和温度呈显著正相关关系。并且,在本实验条件下,N2O排放速率与CH4吸收速率间呈显著线性正相关关系。     

太湖地区湖水与河水中溶解N2O及其排放

水体是N2O排放的重要来源.2000-09～2001-09,每月2次采样(重复3次)连续监测太湖地区太湖和大运河水体N2O排放通量和水中溶解的N2O浓度,还同时监测不同深度水样中的N2O浓度.结果表明,太湖N2O-N的年均排放通量为3.53 μg/(m2@h),而大运河已高达122.5,μg/(m2@h).太湖湖水中溶解N2-O-N浓度为0.36μg/L,大运河河水中浓度高达11.31μg/L,浅水型水体是N2O排放的源.结果还表明,不同深度水中N2O浓度差异不明显,而时间差异显著.水面N2O的排放通量和水中溶解的N2O浓度呈显著正相关关系,二者又都与水温呈显著正相关.     

搅拌速率对异养反硝化过程N_2O产生过程的影响

为揭示搅拌速率对异养反硝化过程N_2O产生过程的影响,选用经全程和短程反硝化序批式反应器驯化的活性污泥,基于N_2O连续监测技术,研究了搅拌速率分别为200、300和400 r/min时不同进水C/N比条件下异养反硝化过程N_2O的产生特征。研究结果表明,搅拌速率变化对全程反硝化过程和短程反硝化过程N_2O产生的影响结果不尽相同。在全程反硝化过程中,N_2O的生成速率和降解速率随着搅拌速率的增加而增加;在短程反硝化过程中,N_2O的生成速率和降解速率不会随着搅拌速率的增加而增加;短程反硝化过程N_2O的产生量和排放量大于全程反硝化过程。在保证混合效果的前提下,异养反硝化过程应在尽可能低的搅拌速率下运行,可以使反硝化过程产生和排放的N_2O量达到最小。     

中国农业土壤N2O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N2O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N2O的排放量,并分析了气候变化和农业耕作措施对全国N2O排放的影响.结果表明,中国农田土壤的N2O排放总量为0.31(0.18-0.44)Tg(N)·a-1,化肥使用量的变化对N2O排放量的影响最大.     

脱甲河农业流域土壤沉积物氮素时空分布与N2O释放

为研究脱甲河农业小流域氮素输出特性,运用流动注射仪法和顶空平衡-气相色谱法于2015年4月—2016年1月对流域内4级河段(S1、S2、S3和S4)稻田-岸坡-河底沉积物土壤铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)及水体溶存氧化亚氮(N_2O)浓度进行了连续10个月的监测,并利用双层扩散模型法对水系N_2O排放通量进行了估算.结果表明:脱甲河流域稻田-岸坡-河底沉积物NH_4~+-N含量逐渐升高,NO_3~--N含量逐渐降低,其中,岸坡及河底沉积物土壤中的氮主要以NH_4~+-N形式为主,均值分别为(7.38±0.62)mg·kg-1和(16.49±1.70)mg·kg~(-1);稻田土壤和脱甲河水体中的氮主要以NO_3~--N为主,均值分别为(7.40±0.81)mg·kg~(-1)和(1.55±0.03)mg·L~(-1).水体溶存N_2O浓度范围在0.005~7.37μmol·L~(-1)之间,均值为(0.54±0.05)μmol·L~(-1);扩散通量在-1.11~1811.29μg·m~(-2)·h~(-1)之间,均值为(130.10±12.04)μg·m~(-2)·h~(-1),每年向大气输出的N_2O量为11.40 kg·hm-2.其中,在早稻生长初期和早晚稻收割、栽种交替时段N_2O输出量达到高峰.空间上,N_2O扩散通量表现为S1S4S3S2,S1级河段显著低于其他3级河段(p0.01).相关分析表明,脱甲河表层水体N_2O扩散通量与NH_4~+-N(r=0.87,p0.01)、NO_3~--N(r=0.80,p0.01)和水温(r=0.57,p0.01)呈显著正相关,流域内稻田-岸坡-河底沉积物及水体NH_4~+-N和NO_3~--N浓度间相关性不显著.脱甲河农业小流域氮素流失主要包括稻田-岸坡-河底沉积物中铵态氮、硝态氮及水体中N_2O,在水稻栽种期间出现高峰,存在较大氮素流失风险,因此,开展农业小流域氮素流失研究对区域氮素周转及农业生产活动具有重要的指导意义.     

川渝地区农业生态系统氧化亚氮排放

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氧化亚氮(N2O)的排放及其时空分布状况.结果表明,川渝地区1990~1994、1995~1999、2000~2004年农业生态系统N2O年平均排放量(以纯氮量计)分别为52.3、58.2、62.0 Gg/a,其中55%来自农田直接排放.3个时期农田直接排放量分别为29.6(7.6~63.3)、33.0(8.4~71.8)、34.0(8.5~75.8)Gg/a,农田直接排放通量分别为4.73、5.39、6.11 kg/(hm2.a).农田旱作是农田N2O直接排放的主要源,水旱轮作对农田N2O直接排放的贡献也很大.川渝地区农业生态系统N2O排放量以及农田N2O排放通量,1995~1999年期间比1990~1994年期间增长幅度较大;2000~2004年期间,农田N2O排放通量增长速度未呈现减缓趋势,但由于耕地面积减少,农田N2O排放量增长呈现停滞状态.川渝地区农业生态系统N2O主要排放地区分布在成都平原和重庆地区,各区域的N2O排放源贡献各...     

渤海湾典型闸控入海河流水体N2O释放研究

为探究弱水动力条件下, 典型滨海地区水体N₂O释放通量及其主控因素, 于2019年7月和8月(夏季)和11月(冬季初期)对以大清河-独流减河-北大港湿地为代表的渤海湾弱水动力条件河流开展水样采集与分析工作.结果表明: N₂O浓度变化范围为0.4~184.5nmol/L, N₂O饱和度的变化范围为7.2%~2740%, 其中近90%的样品处于过饱和状态, 表明该研究区是潜在的N₂O释放源.N₂O水-气界面释放通量为-0.3~6.7μmol/(m²·h), 夏季水体N₂O的释放通量高于冬季.降雨前后N₂O浓度出现明显波动, 相同点位降雨前后N₂O浓度的变化值为-15.2~63.9nmol/L, 独流减河上游农业区N₂O浓度的平均增加量(22.1nmol/L)显著高于下游(1.3nmol/L), 降雨驱动了流域氮素的运移, 促进了水体N₂O释放.相关性分析表明, 水体N₂O的浓度受反应物浓度、水体盐度共同调控.通过计算得到该滨海地区弱水动力条件下河流N₂O的排放因子为0.0073, 表明气候变化委员会(IPCC)默认值0.0026可能低估了该地区间接N₂O释放.     

温度对农田N2O产生与排放的影响

以华东太湖地区的水稻－冬麦轮作农田为研究对象,采用基于箱法－气相色谱法的自动连续观测系统,对整个轮作周期的Ｎ２Ｏ排放和温度进行了同步自动连续观测,同时,在实验室开展了一系列的模拟实验,以研究Ｎ２Ｏ产生与排放过程的温度效应,实验研究结果表明,在土显度适宜的一定温度范围内,Ｎ２Ｏ排放对温度的依赖性可用指数函数Ｆ＝Ａｅ＾ａｔ来描述,轮作周期内显著Ｎ２Ｏ排放发生的频率随温度的变化呈正态分布,６７％的排放量     

曝气灌溉条件下土壤N2O排放特征及影响因子分析

为了明确曝气灌溉下土壤N₂O排放特征及主要影响因子,实验设置了2个灌水量（70%和90%田间持水量）和2个增氧水平（5,40mg/L）,采用静态箱法和qPCR技术对土壤N₂O通量及土壤关键功能基因进行测定,研究不同灌水量和增氧水平对土壤充水孔隙度、溶解氧、氧化还原电位（Eh）、矿质氮及氨氧化古菌（AOA）、氨氧化细菌（AOB）和反硝化基因（narG和nosZ）的影响.结果表明：培养过程中,各处理N₂O排放通量均呈现先增加后降低的趋势,于灌溉后1d达到峰值;曝气量和灌水量的增加可显著增加土壤N₂O的排放通量和排放峰值.灌溉造成土壤含水量增加的同时,降低了土壤溶解氧和Eh;曝气可提高土壤溶解氧和Eh,改善土壤通气性（P<0.05）,而对土壤充水孔隙度无显著影响.土壤充水孔隙度、Eh、NO₃^--N含量是曝气灌溉下驱动土壤N₂O排放的主要理化因子.曝气显著增加了AOA的基因拷贝数,且N₂O排放与AOA的基因拷贝数呈显著正相关关系（P<0.05）.研究结果为进一步明确曝气灌溉对土壤N₂O排放的影响机制和曝气灌溉模式下农田N₂O排放管理提供支撑.     

氧化亚氮在森林和草原中的地-气交换

采用箱式法,建立了一套完整的测定森林草原土壤Ｎ２Ｏ排放方法,并对我国北方的自然环境中Ｎ２Ｏ排放作了观测,得出其最大排放通量为２３μｇ／（ｍ＾２·ｈ）。并发现森林草原土壤当温度低于１５℃时对Ｎ２Ｏ有吸收行为,其最大吸收通量为１８．９８４μｇ（ｍ＾２·ｈ）。     

氨氧化过程中稻壳生物炭抑制酸性农田土壤N2O排放

为探明在土壤环境有利于氨氧化作用发生的条件下,稻壳生物炭对酸性农田土壤N₂O排放的影响,将生物炭分别按质量比0%（对照）、2%、5%和10%与土壤充分混匀,开展为期17d的室内静态土壤培养实验,研究土壤N₂O排放速率的日变化以及整个培养期间的N₂O累积排放量.同时,测定了培养终态土壤样品的pH值、NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N和溶解性有机碳（DOC）含量,分析稻壳生物炭对土壤N₂O排放影响的机理.结果表明,不同稻壳生物炭添加量均显著抑制了酸性农田土壤的N₂O排放（P<0.001）,且以5%和10%处理的抑制作用最明显;与对照处理相比,2%、5%和10%处理的N₂O累积排放量分别减少了87.68%、94.59%和96.90%.培养前后土壤pH值、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量的变化表明,稻壳生物炭显著促进了土壤的硝化作用,尤其是5%和10%处理.线性回归分析表明,土壤N₂O排放速率与NO₂^--N含量显著正相关（P<0.01）,且NO₂^--N含量对N₂O排放速率的解释程度为45%.由于稻壳生物炭促进了土壤的硝化作用,使NO₂^-更易转化为NO₃^-,减少了NO₂^-积累,进而减少了通过硝化菌反硝化作用途径产生的N₂O.培养结束时,5%和10%处理的DOC含量显著高于对照处理,但培养过程中,稻壳生物炭并未显著促进土壤有机碳矿化.     

不同氮污染特征河流N2O浓度、释放通量与排放系数

以铁岭市22条河流为研究对象,分析了河流N_2O溶存浓度、释放通量及排放系数.根据氮素的主要赋存形态及氮素浓度,22条河流可分为铵态氮污染(铵态氮平均浓度5.86 mg·L~(-1))、硝态氮污染(硝态氮平均浓度3.05 mg·L~(-1))和氮限制(溶解性无机氮平均浓度1.04 mg·L~(-1))河流这3种.总体上,N_2O溶存浓度介于17.03~9 028.60 nmol·L~(-1),均值为546.75nmol·L~(-1),饱和度均值为6 256%;河流水-气界面N_2O释放通量介于17.21~15 655.3μg·(m~2·h)~(-1),均值为949.36μg·(m~2·h)~(-1).铵态氮污染河流断面N_2O浓度和释放通量显著高于硝态氮污染和氮限制断面(LSD,P0.05).根据IPCC方法计算了河流N_2O排放系数(EF_(5r)),结果表明3种类型河流EF_(5r)呈现极为明显的差异,EF_(5r)变异系数达到445%.硝态氮污染河流EF_(5r)均值为0.000 5,显著低于IPCC建议值(0.002 5);但铵态氮污染河流硝态氮浓度较低,导致EF_(5r)计算均值高达0.445 6,为IPCC建议值的180倍;氮限制河流EF_(5r)均值为0.005 0,为IPCC建议值的2倍.因此,在计算EF_(5r)时应充分评估河流的氮污染状况.本文根据河流氮污染特征,结合不同类型河流N_2O产生机制,对EF_(5r)进行了分类计算,探讨了EF_(5r)的修正计算方法.建议针对氨氮污染和氮限制河流采用[N_2O]/[NH_4~+]方法计算EF_(5r);如不考虑河流氮污染特征,建议采用[N_2O]/[DIN]方法计算EF_(5r).