微生物和化学添加剂对畜禽粪便堆肥过程活性氮气体的减排研究

堆肥是将畜禽粪污进行资源化的有效手段之一,但是氮素的流失会造成堆肥产品质量的降低,排放的氨气(NH₃)和氧化亚氮(N₂O)会加剧空气污染和温室效应。为了减少堆肥过程中活性氮气体的排放、提高堆肥产物的氮素含量,选用猪粪和鸡粪作为原料进行室内模拟堆肥,设置接种微生物、加入化学添加剂或两者联用的试验处理。结果表明,加入化学添加剂的处理以及微生物和化学添加剂联用的处理能够显著减排活性氮气体,实现高效保氮的目的。在猪粪堆肥过程中,相对于未接种、未加入化学添加剂的对照,加入化学添加剂的处理、Bacillus sp. H3-1和化学添加剂联用的处理以及B. sp. H5-9和化学添加剂联用的处理NH₃减排11%～21%,N₂O减排4%～6%,堆肥产物中NH₄⁺-N含量增加6.7～7.7倍。在鸡粪堆肥过程中,相对于未接种、未加入化学添加剂的对照,加入化学添加剂的处理、B. sp. H1-10和化学添加剂联用的处理N₂O减排25%～26%,堆肥产物的N...     

冬季调水期南四湖水体温室气体溶存浓度及其影响因素

为了解冬季调水期南四湖表层水中温室气体的溶存浓度及其排放通量,采集南四湖各湖区和主要入湖河流的河口区表层水及气体样品,分析了水体的理化指标以及CO₂、CH₄和N₂O的溶存浓度,采用薄边界层扩散模型法估算了水—气界面排放通量,并探讨了影响调水期南四湖温室气体溶存浓度的主要因子.结果表明,调水期南四湖表层水中N₂O、CH₄和CO₂浓度分别为(23.0±6.13) nmol·L^-1、(0.15±0.10)μmol·L^-1和(52.4±11.4)μmol·L^-1,均处于高度过饱和状态,排放通量分别为(0.22±0.18)μmol·m^-2·h^-1、(3.95±2.73)μmol·m^-2·h^-1和(658±336)μmol·m^-2·h^-1;浓度和排放通量多与冬季其他湖泊相当...     

富营养化湖泊蓝藻打捞减污降碳效果模拟研究

环境污染物与温室气体排放具有高度同根同源特征,在环境治理过程中减污和降碳方面具有协同推进的潜力。针对富营养化湖泊藻源性生物质分解带来的氮磷二次释放和温室气体排放问题,利用水-沉积物柱实验体系,通过人为移除藻源性生物质的方式模拟了不同蓝藻打捞强度,分析了不同藻源性生物质移除强度对水体氮磷水平与温室气体(CO₂、CH₄和N₂O)排放通量的影响,评估了蓝藻打捞削减污染水平和控制碳排放效果。结果表明,当藻源性生物质移除33%(低强度)、66%(中强度)、99%(高强度)时,总氮分别下降26.1%、35.4%、53.8%,总磷分别下降50.9%、72.9%、78.2%,CO₂释放通量分别下降26.7%、39.4%、54.5%。CH₄释放通量分别下降58.1%、89.0%、91.5%,N₂O释放通量分别下降71.3%、90.4%、87.5%。此外,藻源性生物质的移除避免了水体溶解氧耗竭,改变了氧化还原条件,调控了碳氮分解过程,降低了高CO₂当量(...     

碳氮施加对农田黑土氮素转化和温室气体排放的影响

研究外源碳氮施加对土壤氮素转化和温室气体排放的影响可为土壤养分管理、温室气体减排提供科学依据。以东北农田黑土为对象,采用室内培养试验,在25℃和60%WHC水分条件下研究外源碳(葡萄糖和乙酸)、氮(硫酸铵)施加对土壤净氮转化速率和温室气体排放的影响。结果表明,对照处理土壤净氮矿化速率为0.03 mg·kg^-1·d^-1,单施氮肥抑制了土壤有机氮的矿化,净氮矿化速率降为-0.56 mg·kg^-1·d^-1,表现为对氮素的固定,而净硝化速率和N₂O排放速率分别显著增加至对照处理的33.3倍和4.69倍,但对CO₂排放速率没有显著影响。与单施氮肥处理相比,氮肥配施葡萄糖或乙酸处理显著降低了土壤中铵态氮和硝态氮含量,氮肥配施葡萄糖对铵态氮的影响程度大于氮肥配施乙酸处理。碳氮配施使得净氮矿化速率进一步降低,氮肥配施葡萄糖处理的净氮矿化速率为-5.97 mg·kg^-1·d^-1,显著低于氮肥配施乙酸处理(-5.00 mg·kg     

土壤微塑料对微生物及温室气体排放影响研究进展

由于塑料制品被大量使用,微塑料已广泛存在于土壤环境中,因其具有尺寸小、难降解、可随食物链转移等特性,已成为近年来国内外研究的热点。基于已有研究,讨论了微塑料通过改变土壤理化性质、微生物酶活性和基因功能等方式影响微生物多样性和群落组成以及微塑料降解和代谢活性,并针对土壤微塑料影响CO₂、N₂O和CH₄这3种典型温室气体排放的效应进行详细论述。在综合现有研究进展后针对土壤温室气体排放机制、不同微塑料种类造成的影响、进一步加强实际土壤条件下微塑料认知等方面进行讨论。     

覆膜垄作对旱地雨养马铃薯田N2O排放的影响

旱地雨养马铃薯(Solanum tuberosum)田是一个重要的氧化亚氮(N₂O)排放源,是当前农业温室气体排放的研究热点之一。在马铃薯主粮化战略的推动下,马铃薯种植面积不断扩大,覆膜和垄作栽培是其中两种重要的种植方式,但其栽培下的马铃薯田N₂O排放规律尚不十分明确。选择内蒙古自治区武川县自然降水条件下的马铃薯田为试验对象,设置平作覆膜、垄作覆膜、平作不覆膜和垄作不覆膜4种处理,采用静态箱(暗箱)-气相色谱法监测N₂O的排放通量并分析其排放特征,运用实时荧光定量PCR技术(Real-time quantitative PCR,q-PCR)检测不同时期与N₂O排放相关的硝化菌和反硝化菌丰度,并测定相关的土壤要素,进而探究在覆膜和垄作条件下,影响雨养马铃薯田N₂O排放特性和规律的微生物机理。结果表明,雨养马铃薯田是N₂O排放源,其全生育期内平均N₂O累积排放量为N (0.47±0.08) kg·hm^-2。N     

污水生物处理过程氧化亚氮的形成机理及减量策略研究进展

在“碳中和”的大背景下，污水生物处理过程中氧化亚氮(N₂O)的释放已经引起了人们的广泛关注，探究N₂O的产生机理和寻找缓解N₂O释放的策略也成为研究的热点.分析污水处理过程中能够产生N₂O的微生物及其特性，以及硝化过程和反硝化过程N₂O的产生机理，并从N₂O释放影响因素的角度总结缓解污水生物处理过程中N₂O释放的策略.随着对N₂O产生和消耗的研究不断深入，N₂O缓解释放的策略不再局限于工艺参数优化，微生物群落结构调控和完全反硝化过程强化也成为N₂O减排策略研究的热点.生物处理硝化过程不能消耗N₂O，只能通过减少N₂O产生的方式来降低N₂O的排放；与硝化不同，N₂O是反硝化过程的中间产物，这也就意味着反硝化过程能够消耗N₂O，因此反硝化过程作为N₂     

太湖地区典型轮作与休耕方式对稻田水稻季N2O和CH4排放量的影响

轮作休耕是实现"藏粮于地、藏粮于技"的重要途径之一,目前在太湖稻田区域主要推广紫云英(Astragalus sinicus L.)-水稻(Oryza sativa L.)、油菜(Brassica napus L.)-水稻和休耕-水稻典型轮作与休耕方式。在太湖地区典型稻田水稻生长季设置了6个处理:(1)紫云英-水稻轮作,不施N肥处理,MRN0;(2)紫云英-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2,以纯氮计,下同),MRN300;(3)油菜-水稻轮作,不施N肥处理,RRN0;(4)油菜-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2),RRN300;(5)休耕-水稻轮作,不施N肥处理,FRN0;(6)休耕-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2),FRN300。通过田间试验,研究了不同轮作与休耕方式对水稻产量、氮肥利用率及稻田温室气体CH₄和N₂O排放的影响,从而为综合评价轮作休耕方式提供科学依据。田间试验结果显示,与不施氮肥处理相比,在不同轮作休耕方式下施氮300 kg·hm^-2,可增加53.7%—60.0%的水稻产量,以MRN300处理水稻产量最高,与RRN300和FRN300处理相比,水稻产量分别提高了1.6%和6.0%。在不施氮水平下,MRN0、RRN0和FRN0各轮作处理间N₂O排放通量和累积排放量均值差异不显著(P>0.05)。而在施氮300 kg·hm^-2下,紫云英-水稻轮作可降低N₂O排放通量和累积排放量,与RRN300和FRN300处理相比,N₂O排放通量分别降低了36.0%(P<0.05)和2.1%(P>0.05)。在同一施氮水平下,紫云英-水稻轮作CH₄排放通量和累积排放量最小,与RRN300和FRN300处理相比,MRN300处理CH₄排放通量分别降低了1.1%和6.7%,CH₄和N₂O的全球增温潜势(GWP)分别降低了3.3%和6.5%,单位水稻产量温室气体排放强度(GHGI)分别降低了4.6%和11.6%。综上,紫云英-水稻轮作对提高水稻产量,降低温室气体排放效果最好。     

澜沧江（云南段）水-气界面氧化亚氮释放通量时空分布特征及其影响因素研究

温室气体浓度上升导致全球气候变暖已成为国际社会关注的焦点。氧化亚氮(N₂O)作为痕量温室气体,在全球气候变暖过程中扮演着重要的角色。河流和水库被认为是N₂O释放的活跃区域,然而目前研究多集中在对单一河流或水库的监测,对大范围河库系统的N₂O研究仍相对欠缺。选取澜沧江(云南段)流域作为考察对象,在2022年4月、8月采用悬浮箱采集24个点位的水-气界面的气体样品,并于实验室通过气象色谱仪检测气样氧化亚氮浓度,探究该流域干支流N₂O释放通量的时空分布特征;同时,测定了水体水环境参数,解析其时空差异的环境影响因素。结果表明,1)在时间尺度上,澜沧江(云南段)旱季N₂O通量均值低于雨季。旱季N₂O通量均值为0.10 mg·m^-2·d^-1,雨季为0.18 mg·m^-2·d^-1,其中旱季干流均值为0.11 mg·m^-2·d^-1,支流为0....     

松嫩平原不同秸秆还田方式下农田温室气体排放及碳足迹估算

明确松嫩平原不同秸秆还田方式下的温室气体排放和碳足迹特征,对于制订本地区固碳减排策略、发展低碳农业和保障农业可持续发展具有积极作用。该研究基于松嫩平原黑土秸秆还田定位试验,在大豆-玉米-玉米典型轮作模式下,2013—2015 年监测不同秸秆还田方式下(秸秆不还田旋耕 CK、秸秆深施还田 DSR、秸秆覆盖免耕 SC)农田 N₂O 和 CH₄ 排放变化,利用生命周期法估算农资投入和田间操作引起的直接或间接碳排放量,分析碳足迹特征。结果表明,在松嫩平原大豆-玉米-玉米轮作模式下,秸秆深施还田和秸秆覆盖免耕不影响土壤 N₂O 和 CH₄ 排放。土壤温室气体排放、氮肥生产、磷肥生产和田间耕作是影响农田碳足迹的主要贡献因子,占农田碳足迹总量的 90%左右。2013—2015 年秸秆覆盖免耕处理农田碳足迹最低,较秸秆不还田旋耕和秸秆深施还田处理分别降低 4.5%和 5.1%,原因是秸秆覆盖免耕措施减少机械燃油产生的碳排放。秸秆深施还田和秸秆覆盖免耕处理可以提高大豆和玉米产量,平均分别增产 5.1%和 5.5%。综...     

Vacancy engineering of oxidized Nb2CTx MXenes for a biased nitrogen fixation

The artificial nitrogen(N₂) reduction reaction(NRR) via electrocatalysis is a newly developed methodology to produce ammonia(NH₃) at ambient conditions,but faces the challenges in N₂ activation and poor reaction selectivity.Herein,Nb-based MXenes are developed to remarkably enhance the NRR activity through the engineering of the stretched 3D structure and oxygen vacancies(V_O).The theoretical studies indicate that N₂ could be initially adsorb...     

基于OCO-2遥感数据的新疆维吾尔自治区大气XCO2空间化研究

二氧化碳(CO₂)是导致全球变暖最主要的温室气体,掌握准确的CO₂空间分布信息可以有效评估碳减排成效,对于推进碳达峰、碳中和工作具有重要意义。相比站点观测,碳卫星能够获取大尺度的CO₂分布信息,但是由于其幅宽较窄以及云覆盖的影响,大气CO₂卫星遥感数据存在大量缺值区域,不能获得空间连续的大气CO₂分布。以新疆维吾尔自治区为研究区,基于2019年OCO-2卫星大气二氧化碳柱平均干空气混合比(XCO₂)数据,结合气温、地形、植被、大气NO₂浓度等相关变量,综合对比了多元线性回归(MLR)、地理加权回归(GWR)、支持向量机(SVR)、随机森林(RF)、极端梯度提升树(XGBoost)和极端随机树(ERT)等方法在生成大气XCO₂空间连续数据中的表现。交叉验证结果表明,RF、XGBoost和ERT这3种集成学习模型精度明显优于SVR、GWR和MLR模型,其中ERT模型精度最高,决定系数R²为0.7...     

含水率与C/N耦合对驴粪堆肥过程中温室气体排放的影响

在全球气候变化背景下温室气体减排已成为当前研究热点之一。该研究通过研究含水率和C/N耦合对驴粪堆肥过程中的温室气体排放和全球增温潜势的影响,从中筛选出温室气体减排的含水率和C/N耦合模式,为实现堆肥过程中温室气体减排提供依据和参考。以驴粪堆肥为对象,采用静态箱-气相色谱法研究了不同C/N和含水率耦合,即W_1R_1(含水率:55%;C/N:25-1)、W_1R_2(含水率:55%;C/N:30-1)、W_1R_3(含水率:55%;C/N:35-1)、W_2R_1(含水率:60%;C/N:25-1)、W_2R_1(含水率:60%;C/N:30-1)、W_2R_3(含水率:60%;C/N:35-1)6种驴粪堆肥模式对温室气体排放和全球增温潜势的影响。结果表明,在堆肥过程中,堆温呈先升后降趋势,含氧量呈先降后升趋势,堆温和含氧量呈极显著负相关关系;低C/N、低含水率有利于堆温的升高。N_2O、CH_4、CO_2排放通量总体呈先升后降趋势,排放峰值分别出现在堆肥后24、8、16 d左右。6种堆肥模式下CH4、CO_2排放通量与堆温呈极显著正相关,CH4排放通量与含氧量呈极显著负相关。全球增温潜势大小顺序为W_2R_1W_2R_3W_1R_2W_1R_1W_2R_2W_1R_3。各处理均以CO_2累积排放量对全球增温潜势贡献最大,达到66.30%以上,N_2O贡献为2.07%-32.45%,CH4贡献低于1.54%。综合考虑堆温和全球增温效应,建议采用W_1R_3堆肥模式。     

高纬度冻土区林火干扰对土壤碳释放影响研究进展

全球变暖是当今最重要的环境问题之一,其主要原因是大气中二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)等温室气体浓度不断增加。高纬度冻土区是受气候变化影响最敏感的区域,同时又是受森林火灾干扰最严重的区域。林火干扰后多年冻土融化,导致多年沉积的土壤碳释放加剧,威胁区域碳平衡。因此,各国对林火干扰下冻土区土壤碳释放研究给予了高度重视。结合相关研究文献,文章在冻土区土壤碳释放规律、林火干扰(火烧强度、火烧频率、火后恢复)对冻土区土壤碳释放的影响,以及林火干扰对冻土区新生湿地土壤碳释放影响等方面进行较系统地综述。综述发现林火可能会增加冻土退化速率,从而迫使冻土层大量的有机碳以CH₄和CO₂形式释放出来,进而改变区域生态系统碳平衡。同时由于林火干扰下冻土融化形成新生湿地,从而改变了土壤碳释放方式。文章在基于现有文献的基础上,总结冻土区土壤碳释放的研究现状,针对高纬度冻土区林火干扰对土壤碳释放的影响从以下3个方面作了研究展望：(1)加强冻土区火烧迹地土壤碳释放的监测研究;(2)加强多...     

Oxidation of benzene to phenol with N2O over a hierarchical Fe/ZSM-5 catalyst

Catalytic oxidation of benzene with N₂O to phenol over the hierarchical and microporous Fe/ZSM-5-based catalysts in a continuous fixedbed reactor was investigated.The spent catalyst was in-situ regenerated by an oxidative treatment using N₂O and in total 10 reaction-regeneration cycles were performed.A 100% N₂O conversion,93.3% phenol selectivity,and high initial phenol formation rate of 16.49±0.06mmol_phenol g_catalyst^-1 h^-1     

生物炭对土壤氮循环及其功能微生物的影响研究进展

生物炭是生物质材料在部分或完全无氧条件下,经热裂解形成的高度芳香化的难溶固体。施用生物炭可改变土壤理化性质,强烈影响土壤微生物的栖息环境,影响土壤固氮微生物、硝化微生物和反硝化微生物的群落结构及活性,进而影响土壤氮循环的主要过程(固氮、硝化、反硝化等)。该研究综述了施用生物炭对土壤氮循环主要过程及微生物功能基因的影响,结果表明,施用生物炭改善了土壤的透气性,提高了土壤pH值,增加了土壤碳和养分的有效性,可使土壤固氮量提高15%～227%,土壤硝化速率提高28%～200%,但土壤氨挥发累积量减少20%～73%,土壤N₂O排放累积量减少11%～78%。此外,生物炭的施用提高了nifH、amoA的基因丰度,进而促进土壤的固氮作用和硝化作用。生物炭的施用还提高了土壤nosZ等基因的丰度以及N₂O还原酶的活性,有利于土壤反硝化作用(N₂O最终转化为N₂),抑制N₂O的排放,且这种效应随着生物炭施用量的增加而增强。此外,生物炭对土壤氮循环及其功能微生物的影响取决于生物炭原料和试验条件,不同...     

Efficient photoelectrochemical conversion of CO2 to syngas by photocathode engineering

The synthesis of renewable chemical fuels from CO₂ and H₂O via photoelectrochemical(PEC) route reprensents a promising room-temperature approach for transforming greenhouse gas into value-added chemicals(e.g., syngas), but to date it has been hampered by the lack of efficient photocathode for CO₂ reduction. Herein, we report efficient PEC CO₂ reduction into syngas by photocathode engineering. The photocathode is consisting of a planar p-n Si junction f...     

我国半干旱区滴灌水肥一体化马铃薯田土壤NH3挥发特征和强度及影响因素

氨(NH₃)挥发是农业生态系统氮肥损失的重要途经,然而,北方干旱半干旱地区水肥耦合马铃薯田土壤NH₃挥发规律缺少数据支撑.该研究利用通气法田间原位观测我国西北滴灌水肥一体化和传统沟灌施肥马铃薯田水肥耦合土壤NH₃挥发特征,设置滴灌施肥500 kg·hm^-2(DDF)、滴灌施肥1000 kg·hm^-2(DGF)、滴灌不施肥(DCK)、沟灌施肥500 kg·hm^-2(FDF)、沟灌施肥1000 kg·hm^-2(FGF)、沟灌不施肥(FCK)6个处理.结果表明,NH₃挥发速率峰值出现在施用氮肥后1—2周,不同水肥处理土壤NH₃挥发存在显著差异(P<0.01).2018年DDF、DGF、DCK、FDF、FGF、FCK土壤NH₃累积挥发量分别为21.50、28.14、7.20、37.06、66.25、11.88 kg·hm^-2;2019年,分别为9.42、15.25、7.24、34.73、76.81、8.56 kg·hm^-2.2018年和2019年,沟灌FDF处理的NH₃挥发损失率分别是滴灌DDF处理的1.76倍和11.89倍;沟灌FGF处理分别是滴灌DGF的2.60倍和8.54倍.滴灌DGF处理NH₃挥发强度比滴灌DDF处理分别增加27.03%和52.94%,沟灌FGF处理比沟灌FDF处理分别增加76.04%和118.37%.随施肥量增加,传统沟灌马铃薯田土壤NH₃挥发损失率和NH₃挥发强度的增量高于滴灌水肥一体化模式.NH₃挥发速率与土壤体积含水量、NH₄⁺-N和NO₃^--N呈极显著相关(P<0.01).和传统沟灌比较,滴灌水肥一体化技术降低马铃薯田土壤NH₃挥发损失率,减轻NH₃挥发强度,提高马铃薯水肥利用率,减轻环境污染.     

奶牛粪便翻堆式与槽式堆肥过程气体排放规律及养分损失原位监测

为探究奶牛粪便翻堆式与槽式堆肥过程中温室气体和氨气(NH3)排放规律及养分损失情况,采用原位监测的方法,通过静态采气箱和气体在线监测设备,分别对奶牛粪便翻堆式和槽式堆体开展为期36 d的气体监测.结果表明,翻堆式堆肥过程中甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)和NH3排放主要集中于翻堆阶段;槽式堆肥过程中CH4和NH3排放...     

长期施用牛粪对褐土抗生素抗性基因多样性的影响

为探明长期施用牛粪对土壤抗生素抗性基因多样性的影响,以山西寿阳褐土长期定位试验为依托,选择5个施肥处理：CK(不施肥)、N₂P₁M₁(N:120 kg·hm^-2;P:37.5 kg·hm^-2;牛粪：22 500 kg·hm^-2)、N₄P₂M₂(N:240 kg·hm^-2;P:75 kg·hm^-2;牛粪：45 000 kg·hm^-2)、N₃P₂M₃(N:180 kg·hm^-2;P:75 kg·hm^-2;牛粪：67 500 kg·hm^-2)和N₀P₀M₆(牛粪：135 000 kg·hm^-2),采集玉米生长中期耕层...