外源氮输入对土壤N_2O释放的影响研究进展

气候变暖是当今世界最大的全球性环境问题之一,哥本哈根会议之后,温室气体的减排受到国际社会的普遍关注。N2O是一种重要的温室气体,其全球增温潜势约是CO2的300倍。N2O对臭氧同温层有严重的破坏,并且它在大气中的寿命是已知温室气体中最长的。所以它对全球环境的影响是长期和潜在的。由于人类活动的影响,大气的N2O浓度持续增高。因此,关于N2O的研究备受关注,而土壤N2O气体排放一直是研究焦点。氮是土壤微生物养分来源,外源氮的输入,对主要由微生物驱动的N2O释放过程有着重要影响。文章以国内外相关研究为基础,对氮素输入土壤的方式、不同外源氮输入对土壤N2O排放的影响以及土壤N2O排放量的估算研究进行了综述,并提出了今后研究的方向和需要关注的问题。     

设施菜地N_2O释放特征及其土壤环境影响因素

设施菜地是农田生态系统N_2O排放的重要来源。本试验选取设施番茄菜地为研究对象,探讨在不同形态氮肥以及温度和季节变化时,N_2O的释放规律及影响其释放的相关主要因子。结果表明:施肥对N_2O排放影响显著,N_2O通量随施肥量增加而增加,且不同氮肥处理的N_2O释放速率为UN(酰胺态氮)AN(铵态氮)NN(硝态氮)。随着温度从5℃上升到30℃,N_2O排放峰值由73.07 mg·h-1·m-2增加到133.43 mg·h-1·m-2,但温度继续增加,N_2O排放量有所下降。此外,与无作物种植的设施菜地相比,番茄设施菜地的N_2O排放通量较低,该现象在施加NN时尤为明显,说明番茄对N_2O有一定的吸收作用。     

植被收割对滨海湿地沉积物中CO_2和N_2O释放的影响

为了揭示冬季滨海湿地植被收割对其沉积物中温室气体释放的影响,以长江入海口典型滨海湿地——崇明东滩为研究对象,观测季节性(冬季)植被收割(分别于收割后第0天、第10天、第30天、第60天采样)与不收割条件下芦苇(Phragmites australis)、米草(Spartina alterniflora)、芦苇-米草交互带和光滩沉积物中CO2与N2O的释放特征.结果表明:1米草和芦苇-米草交互带植被收割并未增加沉积物中CO2的释放(P0.05),但芦苇收割可能会增加N2O的释放(P0.05),说明植被收割对湿地沉积物中CO2和N2O释放的影响与植被类型密切相关.2与芦苇带相比,米草和芦苇-米草交互带沉积物中CO2累积释放量分别高出12%~57%和17%~43%,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O累积释放量分别比二者高出11%~81%和8%~95%.可见,米草和芦苇-米草交互带沉积物碳的呼吸损失明显高于芦苇带,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O逸失量相对较高.34种植被类型下,沉积物中N2O累积释放量为0.1~0.4 mg/kg,CO2累积释放量则高达1 024~2 645 mg/kg.因此,冬季滨海湿地植被收割不会显著增加N2O的温室效应,但选择性收割米草有望减少沉积物碳的呼吸损失.     

控制污水生物处理过程中N_2O的释放

文章通过对国内外污水生物脱氮过程中氧化亚氮(N2O)产生途径最新研究成果的总结,着重讨论了污水生物处理过程中N2O释放的控制措施。在硝化过程中,N2O由氨氧化菌(AOB)的中间产物羟胺(NH2OH)和硝酰基(NOH)的分解以及AOB还原亚硝酸盐的过程产生;反硝化过程中,N2O还原酶(N2OR)的活性受到抑制,使得N2O不能被及时被还原而导致N2O积累。基于上述N2O产生途径提出了控制N2O释放量的控制措施:控制曝气量避免好氧硝化过程中DO浓度过低和缺氧反硝化过程中存在DO;通过延长污泥龄、增大内回流比和分段进水等措施控制硝化和反硝化过程中的亚硝酸盐浓度:缩短初沉池停留时间或投加外碳源,并选取甲醇或乙醇等易降解有机物作为碳源。今后可通过深入研究N2O产生机理和优化污水处理厂N2O释放量的准确检测,充分认识污水处理厂中N2O的产生环节,进一步指导污水厂N2O的释放控制。     

进水碳氮比对脱氮污泥羟胺氧化酶活性及N_2O产生的影响

在以A/O方式运行的SBR工艺中,研究了3种不同进水碳氮比下硝化与反硝化过程中污泥羟胺氧化酶(HAO)活性变化、N2O的产生/释放规律及两者之间的关联性.结果表明,当C/N=3.5与C/N=9.5时,HAO平均酶活性分别为(283.77±19.64),(348.87±17.94)U/g MLSS,而C/N=6.5条件下的平均酶活性仅为(246.45±23.30)U/g MLSS,总体上3个条件下缺氧阶段HAO活性均较好氧阶段高;反应过程中HAO的活性变化趋势基本与气态N_2O释放速率、溶解态N_2O及亚硝氮的浓度变化趋势成正相关,在C/N=9.5下好氧段HAO活性与后三者呈现完全一致的变化规律.N_2O主要产生于好氧阶段进行的硝化过程,尤其是羟胺氧化是N_2O产生的主要环节;碳源相对不充分的条件下(如C/N=3.5),缺氧段N_2O的释放与HAO活性关系密切;碳源相对较充分的条件下,缺氧段N_2O的产生与HAO酶活性无明显关联.推测可能是因为缺乏电子受体NO_2~-而导致HAO酶未参与反应;在N_2O产生较多的条件下,HAO活性相对也较高.     

废水污泥的农田利用

随着工业及城市的发展,“三废”量大幅度增加,对生态环境造成严重危害。为了使工业生产废水及城市生活污水的排放达到国家排放标准,控制环境危害程度,相继建起了城市生活污水处理厂及工业废水处理装置,在很大程度上控制了排放的废水污水对湖泊、江河、地下水的影响,但同时也出现了二次污染问题—污泥。对于污泥的处理曾     

碳磷比对SND过程污染物去除及N_2O释放的影响

以两个平行运行的SBR反应器为研究对象,研究了碳磷比对同步硝化反硝化过程中污染物去除及温室气体N2O释放的影响.结果表明:系统对COD和氨氮的去除率均能达到90%以上,总磷和总氮去除率随碳磷比的降低而提高,这是由于低碳磷比下聚磷菌得到富集,同时部分聚磷菌利用NO3-和NO2-为电子受体吸收磷,从而实现脱氮除磷的同步提高.系统的N2O释放量随碳磷比的降低而降低,低碳磷比下N2O释放量仅为高碳磷比的76%.低碳磷比下N2O释放量的减少主要是由于异养反硝化过程对N2O释放的贡献降低导致的.     

污水生物脱氮反硝化过程N_2O的释放影响研究

针对污水反硝化处理过程中N_2O释放不明确的问题,在序批式反应器中探究了不同电子受体及初始碳源浓度对N_2O的释放影响并探究相应机理。结果表明以乙醇为电子供体时,NO_3~--N作为电子受体能够减少N_2O的释放,N_2O的最大释放量仅为0.061 mg/L,是NO_2~--N为电子受体的0.1倍。N_2O为电子受体能够抑制N_2O的还原酶活性。当乙醇的初始浓度由50 mg/L增加至150 mg/L时,反应过程中未出现NO_2~--N的积累,但反硝化过程得到强化,NO_3~--N的浓度由40 mg/L下降至15 mg/L,N_2O的释放量由0.61 mg/L下降至0.32 mg/L。机理研究表明乙醇浓度提高减少N_2O释放的主要原因在于强化反硝化过程。     

垃圾渗滤液处理工艺中N_2O的释放规律及影响因素研究

为探讨垃圾渗滤液处理过程中N_2O的释放规律,以某垃圾焚烧发电厂渗滤液处理站为对象,通过现场采样监测和实验室分析,研究了该站渗滤液处理各单元N_2O的液面释放通量、溶解态浓度、年释放总量、释放系数及其影响因素。结果发现:该站处理N_2O的最大释放源是好氧池,释放量占比为73.35%;好氧池污水中溶解氧浓度和亚硝态氮浓度是影响N_2O释放的主要因素,水温、pH值、C/N等参数对N_2O释放通量的影响并不显著;N_2O的年人均释放系数为0.162~0.186 g/(人·a),N_2O的污水流量释放系数为1.755×10~(-3)~2.028×10~(-3)g/L,前者要小于IPCC报告中关于生活污水的对应数据,后者远高于IPCC报告中相应数据。这对完善我国温室气体排放的基础数据、促进垃圾渗滤液处理的节能减排和CDM项目开发,都具有借鉴价值。     

内蒙古农牧交错带土地利用变化对作物生长季N_2O排放量的影响

在内蒙古农牧交错带,选择4个邻近、不同开垦年限(5、10和50 a)的农田,分别记为C5、C10和C50,以及天然草地作为研究样地;利用静态箱法,在2008—2010年作物生长季(4—10月)进行野外原位试验,研究了土地利用变化对N2O排放量的影响.结果表明:草地与C5、C10、C50农田土壤的N2O排放量在2008—2010年作物生长季均存在显著差异,F分别为53.8、17.3和153.0(P均小于0.001),草地N2O排放量分别为87.6、91.8和211.0 mg/m2.在2008—2010年作物生长季,C5和C10农田土壤N2O排放量比草地低10%~50%;随着开垦年限的增加,N2O累积排放量增加,C50在作物生长季的N2O排放量比草地高10%~30%.草地和不同开垦年限的农田土壤在作物生长季内N2O排放量的58.1%受土壤w(NH4+-N)和含水量的综合影响(R2=0.58,P0.01).     

枯水期环渤海16条河流N_2O释放通量研究

研究了枯水期环渤海16条河流N2O溶存浓度及释放通量,分析了河流N2O与氮浓度的响应关系,讨论了河流的N2O释放系数。结果表明,枯水期16条河流TN浓度介于5.53~37.49 mg/L,均超过Ⅴ类水标准。河流N2O处于过饱和状态,其溶存浓度及饱和度变化范围分别为0.02~40.10μmol/L和203%~390 245%。N2O溶存浓度与NH4+、TN显著正相关,表明河流氮负荷增加会极大促进N2O的产生和释放。研究采用5种常用通量模型对N2O释放通量进行了估算。结果表明,不同模型间通量结果差异很大。BO04方法估算通量最大(均值217.27μg N2O-N/(m2·h)),分别是LM86模型结果的5.5倍、W92a的2.3倍、W92b的2.9倍及RC01方法的1.7倍。W92b通量均值与5种方法的通量均值较为接近。研究对16条河流N2O排放系数的计算结果表明,其整体变化范围介于0.002 9~0.008 0,均值为0.005 8,高于IPCC的建议值0.002 5。因此,文章建议加强河流N2O实测与估算通量的对比研究,以减少在缺乏实测通量时由于模型选择不当造成的通量误差。     

渗滤液灌溉土壤N_2O释放及氨挥发的研究

选用2种供试土壤(S1和S2),通过培养试验研究了渗滤液投加土壤后N2O释放、氨挥发及矿物氮的转化,并讨论了土壤理化性质对上述过程的影响.土壤pH值较大程度地决定了氨的挥发,仅投加渗滤液的碱性土S1在培养期的前5 d内测到氨挥发,通过氨挥发共损失了约3.0‰的渗滤液氮.投加同等含量的渗滤液后,不同土壤可导致N2O释放量近20倍的差异(P<0.01).土壤含水率(WFPS)影响了土壤中硝酸盐氮的生成速率,从而制约了N2O释放通量的高低.与WFPS为46%时相比,投加蒸馏水的土壤S1、投加渗滤液的土壤S1和土壤S2在WFPS为70%的条件下N2O的释放通量均值分别提高了6.5(P>0.05)、1.8(P>0.05)和2.2倍(P<0.05).渗滤液投加土壤在10 d培养期内,土壤S1和S2因N2O释放分别损失了41.1‰和2.3‰的渗滤液氮.为此,控制灌溉土壤的含水率(<70%WFPS),并选用酸性土壤可有效地控制渗滤液灌溉下N20的释放和氨挥发.     

A~2/O工艺中污泥基团内生成N_2O的微生态特性

污水生物脱氮过程中会释放一种强温室气体——N2O,为了从微观层面查明N2O的产生来源,利用N2O微电极对城市污水处理厂A2/O工艺中污泥基团内部N2O的产生特性及微环境条件进行了研究,并辅助利用NH+4、NO-3、NO-2、DO及p H微电极探究氮素迁移转化特征。结果表明,N2O主要是在缺氧池和好氧池释放,在缺氧池最多,且缺氧前段多于后段;好氧池DO浓度越低,污泥基团内部N2O的生成浓度越高,意味着释放的N2O越多;在厌氧池最少,污泥基团内N2O产生浓度仅为25μmol/L。由此可推断缺氧池中进行的反硝化反应和好氧池中的氨氧化作用是A2/O工艺N2O产生的两大来源。     

胶州湾河口潮滩沉积物中N_2O的产生和释放及其影响因素

分别于2007年12月、2008年5月、9月和11月、2009年2月在胶州湾周边潮滩采集柱状沉积物进行培养实验,测定硝化、反硝化速率和沉积物-水界面N2O交换通量,并对其影响因素进行了初步探讨.结果表明：胶州湾周边河口潮滩沉积物中的反硝化速率明显高于硝化速率,二者均呈现明显的季节变化.大沽河口潮滩沉积物反硝化速率变化范...     

磷石膏废渣对小麦生长及麦田N_2O排放影响与经济环境效益分析

磷化工业产生的大量废渣磷石膏污染环境、占用土地,尚未得到很好的治理和利用。文章研究磷石膏废渣资源化利用,探索其对小麦田氧化亚氮(N_2O)排放以及小麦生长以及产量的影响。结果表明:施用不同量的磷石膏废渣对小麦生长、产量以及麦田N_2O的排放量的影响有所不同。施用磷石膏2 100 kg/hm~2对小麦千粒重以及产量等都有显著影响,可增产达48.11%。同时在整个小麦生长季,与单施有机肥处理相比,施用磷石膏废渣2 100 kg/hm~2可减少麦田N_2O排放量达30.14%,且减排作用具有持续性,在小麦的拔节期、抽穗期以及灌浆期的减排效果尤为显著。与之相比施用磷石膏1050 kg/hm~2的各项效果都比较微弱。研究还表明施用45%复合肥900 kg/hm~2虽然也促进小麦生长,增加小麦产量,但在整个生长季会显著增加N_2O的排放54.70%。在施用磷石膏条件下,小麦的鲜重和产量与麦田N_2O排放呈现显著负相关,与麦田N_2O排放强度呈现显著正相关,即磷石膏在显著促进小麦生长的同时可以显著降低麦田N_2O的排放。以碳交易背景为基础,分析磷石膏减排剂的田经济环境效益,结果表明,施用磷石膏废渣2 100 kg/hm~2,麦田的收入与产出比由1∶9.93提高到1∶17.82,产出增加约79.46%,同时还能够累计减少N_2O的排放达161.71 kg/hm~2。每吨磷石膏废渣可以减少N_2O排放76.48 kg,折合减少CO_2排放22 944 kg,环境收益达到1 140.55元。磷石膏作为减排剂施用,不仅可以减少环境污染,还能促进小麦生长,减少N_2O排放,对发展生态农业并缓解温室效应具有重要的应用价值。     

新型覆土材料的CH_4氧化能力与N_2O释放能力

在垃圾卫生填埋处理技术中,覆土材料的选择对处理成本和技术都至关重要.探究了新型覆土材料(矿化垃圾+牛粪+木屑)的CH4氧化能力,并进一步分析了温度、含水率、初始φ(CH4)和好氧厌氧等环境因素对CH4氧化能力的影响.结果表明:1新型覆土中矿化垃圾的填埋龄不同,其CH4氧化能力也有所差异,填埋龄较久的覆土B(10 a)、C(15 a)在培养时间内对CH4去除率和氧化速率均明显高于覆土A(5 a);2当温度为30℃、含水率为35%时,新型覆土的CH4氧化能力最高;3用米歇尔-门坦方程表征CH4降解的过程,R2(相关系数)为0.993,CH4氧化速率最大值为5.21μmol/(g·h),半速常数为5.48%;4厌氧环境中新型覆土具有CH4氧化能力,而厌氧环境中CH4去除率相对好氧环境更慢,培养20 d后,厌氧环境CH4去除率为83%;5当土壤孔隙含水率分别为46%、70%时,覆土干湿交替导致的N2O和CO2释放量远小于CH4氧化量,故N2O增温效应可忽略.由矿化垃圾+牛粪+木屑组成的新型覆土材料的CH4氧化速率最大值比现有覆土材料高1~2个数量级,其可应用于不同类型填埋场,特别是降雨较多的南方垃圾填埋场,可有效减缓垃圾填埋气CH4的释放影响.     

污水生物脱氮过程中N_2O的释放途径和影响因素

为了更好地理解和掌握污水处理过程中N 2O的释放规律,结合近年来已经发表的研究结果,就传统的污水生物脱氮过程(全程硝化反硝化过程)和新型污水生物脱氮过程(同步硝化反硝化、短程硝化反硝化和厌氧氨氧化)中N2O的释放途径以及影响因素进行了综述。通过综述发现,硝化和反硝化过程均有可能导致N2O的释放,且硝化过程更易产生N2O;与传统的脱氮过程相比,同步硝化反硝化等新型脱氮过程产生N2O的概率更大;影响N2O释放的因素主要有DO浓度、NO-2浓度、进水氨氮负荷、SRT和COD/N等运行工况和细菌种类及其活性。最后,展望了该领域的研究方向。     

N_2O对全球变暖和臭氧层破坏的影响

随着大气污染的加剧,将不可避免地导致全球规模的环境破坏。例如,氮氧化物和硫氧化物可造成酸雨、氟里昂可导致臭氧层破坏、二氧化碳等可导致全球温度上升(温室效应)。但是,大气、水或气候的变化并不是由一种或两种物质单独造成的,而是由多种化学成分复杂作用的结果。这些成分对某些现象有害,而对另外现象可能有利。为了切实掌握今后全球环境变化的模式,首先应严格区分当前科学上已经证实的事实和对未来的各种推测。具体说,应正确掌握有关全球规模的各种化学成分的化学性质、物理性质、其发生源及消失过程、环境中的浓度及分布状态,以及今后的增减情况。     

西北旱区农田土壤N_2O排放空间变化特征及影响因素探讨

旱地农田土壤被认为是重要的N_2O排放源,但排放通量及影响因素仍存在不确定性。对西北干旱半干旱地区农田土壤N_2O的排放分析表明,全区N_2O排放通量相对较低,20世纪80—90年代呈波动式增长。N_2O排放的空间格局总体呈现从东南向西南逐渐减少的趋势。陕西地区排放量为75.58 t?a-1,贡献了全区50%的N_2O排放。过量的氮肥施用、较高的降水量以及明显的增温效应是陕西南部N_2O排放增强的主要原因。     

农业废弃物对土壤中N_2O、CO_2释放和土壤氮素转化及pH的影响

用一种丹麦农业土壤作为供试材料，在室内培养条件下探讨了施用４种常见农业废弃物（猪粪泥浆、牛粪泥浆、黑麦秸秆、小麦秸秆）对土壤中Ｎ_２Ｏ、ＣＯ_２释放和土壤氮素转化及ｐＨ的影响。试验结果表明，施用４种农业废物均会明显增加Ｎ_２Ｏ、ＣＯ_２释放量。培养２周后，土壤中Ｎ_２Ｏ的释放量分别为：猪粪＞牛粪＞黑麦秸秆＞小麦秸秆；ＣＯ_２的释放量为：黑麦秸秆＞小麦秸秆＞牛粪＞猪粪。施用４种农业废物均会显著促进ＮＯ_３－Ｎ的转化和ＮＨ_４－Ｎ、ＮＯ_２－Ｎ的累积。施用４种废物均会改变土壤ｐＨ，其中施用秸秆的２个处理中ｐＨ显著降低，但施用牲畜粪便的２个处理中ｐＨ则稍微升高。