不同用量竹炭对污泥堆肥过程温室气体排放的影响

采用城市污泥为堆肥基质,设置4个堆肥处理,分别为添加2.5%竹炭(S1,占污泥的质量分数)、添加5%竹炭(S2)、添加10%竹炭(S3)和未添加竹碳(CK),研究城市污泥堆肥过程中温室气体的动态变化特征及添加不同用量竹炭的影响.结果表明,CH_4排放主要在升温期和高温前期,占排放总量的99.01%~99.81%.当竹炭添加量低于5%时,CH_4排放量随添加量的增加而减少;竹炭添加量高于5%时,其排放量又明显增加.CO_2排放集中在升温期和高温期,占排放总量的75.65%~86.58%;添加竹炭可减少3.37%~13.48%的CO_2排放,但处理间不存在显著差异(P0.05).N_2O排放集中在升温期和降温腐熟期,添加竹炭能减少16.37%~41.52%的N_2O排放,竹炭添加量越多,减排效果越好(P0.05).S1、S2和S3处理CO_2排放当量(以干污泥计)分别为37.57、35.10和35.44 kg·t~(-1),比CK处理减少了14.81%~20.41%.添加竹炭能降低污泥堆肥温室气体排放,其中,以S2处理的减排效果较为显著.     

秸秆与化肥减量配施对菜地土壤温室气体排放的影响

采用静态箱/气相色谱法,2016年11月至2017年9月通过田间原位试验,设置了无物料还田(CK)、常规化肥(F)、秸秆还田配施100%化肥(100FS)、秸秆还田配施70%化肥(70FS)、秸秆还田配施60%化肥(60FS)、秸秆还田配施50%化肥(50FS),对比分析了在化肥减量的基础上,配施秸秆处理的菜地(莴笋-卷心菜-辣椒轮作)土壤CO_2、CH_4、N_2O动态变化特征及温室效应,研究秸秆与化肥减量配施对菜地温室气体排放的影响.结果表明,土壤CO_2、CH_4、N_2O排放具有一定的季节变化规律,排放高峰主要集中在4~8月,且在施肥灌水后均会出现气体的排放峰.秸秆与化肥配施较常规施肥(F)处理提高了土壤N_2O排放量,累积排放量及其排放系数,其中100FS处理的效果最为明显,辣椒季的累积排放通量明显高于莴笋季和卷心菜季,高达60.76 kg·hm~(-2)(P0.05),N_2O的排放系数(以N_2O-N/N计)为0.138 kg·kg-1,而秸秆与化肥减量配施较100FS处理可以降低氮肥的N_2O排放系数.与对照CK和F处理相比,70FS处理降低了土壤CO_2排放量和累积排放量,分别为55.28~1 831.62 mg·(m2·h)-1和7 502.13~25 988.55 kg·hm~(-2),而其他秸秆与化肥配施处理均增加了CO_2累积排放通量,尤其是60FS和50FS处理.对土壤CH_4排放而言,辣椒季的排放波动较大,除CK外,各处理的土壤CH_4累积排放量多为负值,表现为大气中CH_4汇;秸秆与化肥减量30%~50%配施处理均降低了辣椒季的土壤CH_4排放量和累积排放通量,而100FS处理提高了CH_4排放量和累积排放通量.与CK和F处理相比,除70FS外,100FS、60FS和50FS均显著提高了GWP.总体上,从温室气体排放角度,在常规化肥施用的基础上减量30%再与秸秆配施可以降低土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势,而对土壤N_2O减排效果不显著.     

污泥农田利用对番茄生长与N_2O释放的影响

该研究通过在番茄种植过程中分别添加800 kg N/hm~2新鲜污泥(SL)、秸秆堆肥产物(VS)和猪粪堆肥产物(VM),开展作物生长状况和温室气体N_2O排放特征的研究。结果表明,在施入的无机氮量相等情况下,对番茄生长的促进效果为VMVSSL。与对照相比,污泥或生物质堆肥都显著提高了土壤N_2O的释放(p0.05),且土壤N_2O的释放为VM(0.95 kg N_2O-N/(hm~2·a))VS(1.19 kg N_2O-N/(hm~2·a))SL(1.71 kg N_2O-N/(hm~2·a))。因此,可优先采用污泥与猪粪堆肥以在提高作物产量的同时减少温室气体的排放。     

优化施肥模式对我国热带地区水稻-豇豆轮作系统N2O和CH4排放的影响

选择海南典型的水稻-豇豆轮作系统进行氧化亚氮(N_2O)和甲烷(CH_4)排放的原位监测,探究不同施肥模式下该系统土壤温室气体排放特征.试验设当地常规施肥对照(CON)、优化施肥量(OPT)、有机无机配施(ORG)、缓控肥替代优化(SCOPT)及不施氮对照(CK)共5个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个种植季土壤N_2O和CH_4排放,并估算增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI).结果表明,各处理水稻季N_2O累积排放量为0. 19～1. 37 kg·hm~(-2),相较于CON处理,优化施肥处理N_2O减排50%～86%;豇豆季N_2O累积排放量为1. 29～3. 55 kg·hm~(-2),除ORG增加14%,其他处理减排16%～59%.各处理水稻季CH_4累积排放量为4. 67～14. 23 kg·hm~(-2),CK、OPT和ORG处理分别较CON增加116%、22%和102%,而SCOPT减少了29%;豇豆季CH_4累积排放量为0. 03～0. 26 kg·hm~(-2),期间出现CH_4吸收.比较两个作物季和休闲期对农田土壤直接排放的温室气体GWP的贡献率,豇豆季在CH_4排放极低的情况下,仍有44. 7%～54. 5%的占比;两种温室气体比较中,N_2O对GWP的贡献率为66. 7%～77. 2%. SCOPT处理的GWP和两季作物GHGI均显著低于CON处理.3个优化施肥处理中,SCOPT的增产减排效果最显著,为最优的施肥方案.     

江苏省温室气体排放研究

根据IPCC Guidelines(1995)提供的方法,对1990年江苏省温室气体排放清单统计计算,分析该地区能源、工业及农业CO_2、CH_4等温室气体排放量的状况.江苏省年人均排放CO_2为1970kg、CH_4为22.65kg、N_2O为0.11kg,与全国平均水平接近、为全球均值一半.能源消耗是江苏省各项活动中CO_2的排放主要因素,占总排放量的91.6%;CH_4的排放主要来自水稻田,占总排放量的44.1%.     

中国城镇污水处理厂温室气体排放时空分布特征

城镇污水处理厂由于运行过程中能够大量产生二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O),而被视为重要的人为温室气体释放源.采用基于污染物削减量的排放因子法建立了2014年中国城镇污水处理厂温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)排放清单,并分析温室气体排放的时空分布和影响因素.结果表明,2014年中国城镇污水处理厂温室气体排放总量(以CO_2-eq计)为7 348.60 Gg,CO_2、CH_4和N_2O排放量分别为6 054.57 Gg、27.47 Gg(769.08 Gg,以CO_2-eq计)和1.98 Gg(524.95 Gg,以CO_2-eq计);各省份间排放量差异明显,华东地区排放量较高,西北地区排放量较低,西藏几乎没有排放,2005~2014年这10年间中国通过城镇污水处理厂排放的温室气体总量增长了229.4%,CO_2、CH_4和N_2O的涨幅分别为217.9%、217.9%和520.3%;地区经济的发展水平和污水处理量与当地城镇污水厂温室气体释放量相关性最大,人均蛋白质供应量与城镇污水厂N_2O产生量密切相关.     

通风策略对污泥生物干化过程中含氮气体和甲烷排放的影响

我国污泥生物干化过程中含氮气体(NH_3、N_2O、NO)排放的数据十分缺乏,尤其是NO,因其化学性质极其活泼,在以往的研究中甚少涉及.本研究以东北某大型污泥生物干化厂的连续流强制通风槽式污泥生物干化为研究对象,通过现场试验,考察不同通风策略下干化效率以及含氮气体、温室气体的排放特征.结果表明,当污泥初始含水率约50%时,采用前期供氧为主、中期温度控制为主、后期以除湿和散热为目的的通风策略,可以明显加快污泥干化速率(试验组在第11 d时的含水率为36.6%,对照组为42%),提升干化效果(最终含水率试验组为33.6%,对照组为37.6%),减少氨气累积排放量5%(试验组氨气累积排放为208 mg·m~(-3),对照组为219.8 mg·m~(-3));同时降低温室气体累积排放当量[试验组每吨干物料的温室气体排放当量(eCO_2)为3.61 kg·t~(-1),对照组为3.73 kg·t~(-1)].但NO累积排放量试验组比对照组高出15.9%(试验组为1.9g·m~(-2),对照组为1.6 g·m~(-2)).     

地膜覆盖对稻-油轮作农田CH4和N2O排放的影响

以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的稻-油轮作农田为研究对象,采用静态暗箱/气相色谱法,对覆膜与常规(不覆膜)两种处理下稻-油轮作农田CH_4和N_2O的排放特征及影响因素进行了为期一年的原位观测.结果表明,两种处理下,CH_4和N_2O的排放均主要集中在各作物的生长前期,水稻季CH_4和油菜季N_2O的排放通量均具有较明显的季节变化;全年CH_4的排放通量介于-0.45~1.90 mg·(m~2·h)~(-1),N_2O的排放通量介于-46.1~2 040.7μg·(m~2·h)~(-1).地膜覆盖提高了CH_4和N_2O排放总量,其中覆膜处理全年CH_4排放总量为(27.22±4.48)kg·hm~(-2),相比常规处理(19.93±0.56)kg·hm~(-2)提高了26.22%;覆膜处理N_2O的年排放总量为(13.14±0.82)kg·hm~(-2),较常规处理下(11.27±2.77)kg·hm~(-2)增加了16.6%.覆膜显著提高了油菜季土壤含水率,而对全年各作物季土壤温度(地下5 cm温度和地表温度)没有明显的影响.覆膜处理下油菜季CH_4和N_2O的排放与土壤含水率呈负相关,幼苗期达显著负相关;两种处理下,各作物季CH_4和N_2O的排放与土壤温度的相关性均很小.研究表明,地膜覆盖影响作物各生育期内CH_4和N_2O的排放规律,改变了作物各生育期内2种气体排放占全季排放量的比例,促进了稻-油轮作农田CH_4和N_2O的排放.在100 a时间尺度上,覆膜处理下全年排放的CH_4和N_2O所引起的综合GWP(CO_2量)为4 213.00 kg·hm~(-2),较常规处理3 454.17 kg·hm~(-2)提高了22.0%,表明覆膜不是一种有效的碳减排措施.     

生物炭施用量对紫色水稻土温室气体排放的影响

为探究生物炭施用量对紫色水稻土温室气体排放的影响,通过盆栽试验,采用静态暗箱/气相色谱法,研究了不施肥对照(CK)、常规施肥(NPK)、10 t·hm-2生物炭+NPK(LBC)、20 t·hm-2生物炭+NPK(MBC)、40 t·hm~(-2)生物炭+NPK(HBC)这5种处理下温室气体的排放规律.结果表明:(1)生物炭施用显著降低了土壤CH_4排放通量,其排放通量大小顺序为:NPKCKLBCMBCHBC,各处理CH_4排放通量均呈单峰型曲线,峰值主要集中在水稻的生长后期,整个观测期CH_4的排放通量在-0.05~47.34 mg·( m~2·h)~(-1)之间;各处理CO_2排放通量变化较复杂,介于32.95~1 350.88mg·( m~2·h)~(-1)之间,除LBC和MBC处理呈双峰型曲线外,其余处理均呈单峰型,不同生物炭施用量处理均延后了CO_2排放通量峰值出现的时间;N_2O的排放通量在-309.39~895.48μg·( m~2·h)~(-1)之间,除LBC处理呈双峰型曲线变化外,其余处理均呈单峰型曲线;(2)与空白对照处理相比,生物炭处理均可显著降低CH_4的累积排放量,而促进了CO_2和N_2O累积排放量,CH_4、CO_2和N_2O的平均累积排放量从大到小分别为CKLBCMBCHBC处理、LBCMBCHBCCK处理和HBCMBC≈LBCCK处理;与常规施肥处理相比,不同施用量生物炭添加均可显著降低CH_4和CO_2的排放,且生物炭添加量越多,对CH_4和CO_2排放的减缓作用越明显,但是对N_2O排放的抑制作用尚不明显;(3)在100 a时间尺度上各生物炭处理可显著降低温室气体的综合增温潜势,表明生物炭配施化肥是一种有效的减排措施.     

地膜覆盖对稻-油轮作农田温室气体排放的影响

以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的稻-油轮作为研究对象,采用静态箱/气相色谱法,对覆膜和对照(不覆膜)处理下稻油轮作CO2、CH4和N2O排放特征进行了为期1 a的原位观测.结果表明,稻-油轮作农田CO_2、CH_4和N_2O排放通量均呈现出明显的季节变化,且2种处理下这3种温室气体的季节变化模式相似.覆膜处理下稻-油轮作农田全年CH_4排放量为(46. 14±13. 40) kg·hm~(-2),相比于对照处理下的(18. 61±2. 05) kg·hm~(-2),提高了147. 93%(P 0. 05),但覆膜对CO_2和N_2O的排放影响并不显著,覆膜及对照处理下CO2年排放量分别是(-47. 54±2. 11) t·hm~(-2)和(-47. 60±2. 19) t·hm~(-2),N2O年排放量分别是(18. 94±4. 74) kg·hm~(-2)和(23. 14±3. 68) kg·hm~(-2).覆膜和对照处理下GWP值分别为-41. 16 t·hm~(-2)和-40. 95 t·hm~(-2),表现为大气温室气体的吸收汇,但差异并不显著.     

污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体与氨气排放特征

目前我国污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体(N2O、CH4)与氨气(NH3)排放数据极其缺乏,难以满足温室气体减排和氮素保存的需求.本研究通过原位观测,首次开展污泥堆肥及其土地利用全过程温室气体和氨气排放特征的研究.结果表明,基于机械翻堆条垛(turning windrow,TW)工艺的全过程温室气体排放因子(eCO2/干污泥,196.21 kg·t-1)是基于强制通风+机械翻堆条垛(aerated turning pile,ATP)工艺的1.61倍.N2O主要来自土地利用过程,CH4主要来自堆肥过程.ATP工艺的温室气体排放当量(eCO2/干污泥,12.47 kg·t-1)远低于TW工艺(eCO2/干污泥,86.84 kg·t-1).TW工艺的氨气排放因子(NH3/干污泥,6.86 kg·t-1)略高于ATP工艺(NH3/干污泥,6.63 kg·t-1).NH3是全过程最主要的N素损失形式,其中TW和ATP堆肥工艺因NH3排放造成的氮素损失相当,均约占堆料TN损失量的30%.而N2O和CH4带来的N、C元素的损失可以忽略不计.这些结果表明ATP是一种环境友好的污泥堆肥工艺.     

城市污泥不同处理处置工艺路线碳排放比较

随着碳中和目标的提出，城市污泥高效资源化利用成为研究热点，为从碳排放角度对污泥处理处置技术路线进行科学比较，对4种典型污泥处理处置路线进行碳核算.基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)提供的方法，结合我国污泥特性，以每t干污泥(DS)为核算对象，核算边界从污泥浓缩开始，到最终作为产品输出或能量回收为止，分为直接排放、间接排放和碳补偿这3种类型计算总碳排放量.结果表明R4路线(重力浓缩+热水解+厌氧消化+板框压滤脱水+运输+土地利用)总碳排放量(以CO₂/DS计，下同)为99.41 kg·t^-1,是最为低碳的污泥处理处置工艺路线，若避免其厌氧消化CH₄逸散排放，该路线现阶段已能够实现碳中和.对碳排放量较大单元，如热干化1 049.24 kg·t^-1,深度脱水960.99 kg·t^-1,卫生填埋786.24 kg·t^-1,焚烧635.52 kg·t^-1,好氧堆肥614.17 kg·t^-1,热水解544.67 ...     

不同施氮处理下旱作农田土壤CH_4、N_2O气体排放特征研究

依托甘肃农业大学布设在定西市李家堡镇的长期施氮定位实验,对不同施氮农田CH4和N2O气体通量,采用静态箱-气相色谱法进行小麦生育期的连续观测,并对影响通量变化的环境因子同期观测.结果表明:5个施氮处理下(0、52.5、105、157.5、210 kg·hm-2),旱作农田土壤在小麦全生育期内表现为CH4累积通量的汇和N2O累积通量的源;且不施氮处理时,CH4累积吸收通量最大;施氮量为210 kg·hm-2时,土壤CH4的累积吸收通量所受抑制最大,即土壤CH4累积吸收通量随施氮量升高而降低.相反,不施氮处理时,土壤N2O的累积排放通量最小,施氮量为210 kg·hm-2时,土壤N2O的累积排放通量最大,土壤N2O累积排放通量随施氮量的增加而增大.综合分析,施氮量增大会抑制全生育期旱作春小麦田土壤CH4吸收通量,提高土壤N2O的排放通量.因此,合理控制施氮量有利于生育期旱作农田土壤减排.CH4平均吸收通量随土壤温度的升高而降低,随土壤水分的升高而升高;相反,N2O平均排放通量随土壤温度的升高而升高,随土壤水分的升高而降低.5~10 cm层次的土壤温度与CH4平均吸收通量呈极显著线性负相关,与N2O平均排放通量呈显著正相关.5~10 cm层次的土壤水分与CH4平均吸收通量呈极显著线性正相关,与N2O平均排放通量呈显著负相关.     

Effects of aeration method and aeration rate on greenhouse gas emissions during composting of pig feces in pilot scale

The aim of this study was to uncover ways to mitigate greenhouse gas(GHG) emissions and reduce energy consumption during the composting process. We assessed the effects of different aeration rates(0, 0.18, 0.36, and 0.54 L/(kg dry matter(dm)·min)) and methods(continuous and intermittent) on GHG emissions. Pig feces and corn stalks were mixed at a ratio of 7:1. The composting process lasted for 10 weeks, and the compost was turned approximately every 2 weeks. Results showed that both aeration rate and method significantly affected GHG emissions. Higher aeration rates increased NH3 and N2O losses,but reduced CH4 emissions. The exception is that the CH4 emission of the passive aeration treatment was lower than that of the low aeration rate treatment. Without forced aeration,the CH4 diffusion rates in the center of the piles were very low and part of the CH4 was oxidized in the surface layer. Intermittent aeration reduced NH3 and CH4 losses, but significantly increased N2 O production during the maturing periods. Intermittent aeration increased the nitrification/denitrification alternation and thus enhanced the N2 O production. Forced aeration treatments had higher GHG emission rates than the passive aeration treatment. Forced aeration accelerated the maturing process, but could not improve the quality of the end product. Compared with continuous aeration, intermittent aeration could increase the O2 supply efficiency and reduced the total GHG emission by 17.8%, and this reduction increased to 47.4% when composting was ended after 36 days.     

市政污水厂典型A2O工艺低碳运行的系统性评估

在“碳达峰、碳中和”的目标下，系统评估典型A²O工艺运行的碳排放当量及其组成，对我国市政污水厂的低碳运行具有重要的指导意义.以焦作市第一污水厂2020年的运行资料为研究案例，基于相关指南，引入水温因素构建阿伦尼乌斯公式模型用于核算直接碳排放过程，从电能消耗、药剂投加和污泥运输这3个方面核算间接碳排放过程.结果表明，CH₄和N₂O日排放强度为(115±56)kg·d^-1和(30±18)kg·d^-1;生化处理工段的能耗和药剂间接碳排放占比分别达到48.4%和51.3%; 2020年污水厂总计碳排放当量(以CO₂eq计)为2.17×10⁴t,单位污水碳排放当量(0.63±0.07)kg·m^-3;不同碳排放占比的大小顺序为：污水能耗(36.5%)>污水药剂(26.6%)>N₂O直接(15.4%)>污泥药剂(9.6%)>污泥能耗(6.7%)>CH₄直...     

翻堆频率对猪粪条垛堆肥过程温室气体和氨气排放的影响

我国畜禽粪便堆肥过程中有关温室气体(CH4、N2O)和NH3排放的基础数据十分缺乏,难以满足我国畜禽粪便温室气体减排的需求.本研究以猪粪为研究对象,通过现场试验和原位观测,考察翻堆频率对猪粪条垛堆肥过程中温室气体和氨气排放的影响.结果表明,翻堆频率对猪粪条垛堆肥过程的温室气体(CH4、N2O)和氨气排放均具有显著影响,不仅提高了温室气体和氨气的排放,而且加大了氨气排放所占总氮损失的比例(对照组42.2%、试验组70.05%).与N2O相比,CH4是猪粪条垛堆肥过程中CO2排放当量的主要贡献者.