中国食物生产消费系统碳素动态变化及其环境负荷

基于物质流原理,分析了1995~2016年中国食物生产消费系统的变化情况,测算并评价了食物生产消费系统碳素流动变化及食物碳消费导致的碳素环境负荷变化.结果表明：食物农业生产系统中碳汇和碳排总量整体均呈上升趋势,且碳汇增速明显高于碳排增速;食物生产系统碳素环境负荷中畜禽养殖产生的碳素环境负荷呈下降趋势,农用物资、农业活动及食物加工运输相关产生的碳环境负荷呈快速上升趋势.食物消费系统中,居民食物碳消费发生变化,居民碳消费结构从“以粮食碳消费为主”的饮食结构转变为“以粮食、肉类、食用植物油碳消费为主”的多元饮食结构,农村居民人均食物碳消费量由95.24kg/（人×a）降低至71.62kg/（人×a）,城镇居民人均食物碳消费量由52.06kg/（人×a）升至65.16kg/（人×a）.分析食物消费系统碳素环境负荷,进入大气的碳素环境负荷占主体地位,其次是土壤和水体,近年来进入土壤和水体的碳素比例增加.分析表明减少食物生产消费系统碳素环境负荷的措施,包括引导居民优化饮食结构,减少生活污水与厨余垃圾产生量,提高厨余垃圾与粪便还田比例,将系统中产生的废弃物内部循环利用等.     

典型岩溶地区岩溶泉溶解性碳浓度变化及其通量估算

溶解性无机碳(DIC)和溶解性有机碳(DOC)是岩溶作用、碳汇与碳循环研究的重要指标.为增进对小流域岩溶泉DIC和DOC运移特征的认识,提升离散、有限的水质监测数据条件下碳通量的估算精度,研究了贵州普定陈旗岩溶泉DIC和DOC浓度的变化特征,采用LOADEST模型建立了估算DIC和DOC日通量的回归方程,并估算了陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度.结果表明,陈旗岩溶泉DIC和DOC的浓度分别为16. 47～42. 31 mg·L~(-1)和0. 87～6. 89 mg·L~(-1),它们分别随瞬时径流量的增加呈指数减小和增加.从LOADEST模型构建的回归方程可知,DIC日通量主要受径流量的影响,DOC日通量受径流量和时间的影响;陈旗岩溶泉DIC和DOC的估算通量分别为9 490. 01 kg·a~(-1)和1 704. 87 kg·a~(-1),陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度为3. 40 g·(m~2·a)~(-1). LOADEST模型是低频率水质监测条件下估算岩溶泉DIC和DOC通量的有效工具.     

基于降水化学的北京城乡大气污染物差异探析

降雨化学成份的变化间接反映大气污染特征,是研究大气环境及沉降物影响的重要途径.本文比较了2013与2014年雨季北京市区到郊县延庆4个样点上降雨成份的时空差异,并结合PMF模型分析了各主要离子的可能来源.结果表明,4个样点降雨pH中值分别为6.52、6.57、6.60、6.52,从市区到远郊略有增加.各离子浓度都是春秋季高,夏季低.降雨中各离子的雨量加权平均浓度(VWM)表现为:Ca~(2+)、NH_4~+、SO_4~(2-)较高,分别在100~400μeq·L~(-1)、100~350μeq·L~(-1)、150~500μeq·L~(-1)之间,Mg~(2+)、Na~+和NO_3~-分别在0~150μeq·L~(-1)、0~250μeq·L~(-1)、0~150μeq·L~(-1)之间,K~+和Cl~-较低,分别在0~45μeq·L~(-1)、0~90μeq·L~(-1)之间.NH_4~+、Mg~(2+)的VWM从市区到郊区递减,K~+、SO_4~(2-)-S、Na~+、NO_3~呈近郊区略有增大,远郊区全部减小的趋势.SO_4~(2-)是主要的致酸离子,Ca~(2+)、NH_4~+和Mg~(2+)对雨水中酸根离子的中和因子平均值分别为0.5、0.4和0.1.市区BNU点SO_4~(2-)-S(以S计)与Ca~(2+)的沉降量分别为55.66 kg·hm~(-2)·a~(-1)和24.10 kg·hm~(-2)·a~(-1),在远郊YQ点为26.03 kg·hm~(-2)·a~(-1)和10.84kg·hm~(-2)·a~(-1).NH_4~+-N与NO_3~-N的沉降量在4点的变化范围为7.27~14.05 kg·hm~(-2)·a~(-1)及2.50~5.07 kg·hm~(-2)·a~(-1).Mg~(2+)和Cl~-从市区到远郊分别在1.32~4.48 kg·hm~(-2)·a~(-1)及3.67~6.10 kg·hm~(-2)·a~(-1)之间变化.所有离子以湿沉降为主,沉降量与相应的降雨量变化较为一致.根据PMF模拟结果,4点的地面扬尘和建筑源污染均较高,市中心尾气污染最严重,近市区二次源污染严重,近郊区氮污染严重,远郊区受养殖场、垃圾源等的NH_3排放影响较大.     

清水江流域岩石风化特征及其碳汇效应

岩石风化产生的碳汇是全球碳循环的重要组成部分,文中对清水江流域主要离子组成进行分析测定,通过主成分分析、化学物质平衡法和扣除法估算流域岩石风化速率及对大气CO_2的消耗量.结果表明,流域河水溶质主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩风化,并以碳酸盐岩风化为主.碳酸盐、硅酸盐、大气CO_2对河水溶质的贡献率分别为58.28%、17.38%、17.74%.流域岩石化学风化速率为109.97 t·(km~2·a)~(-1),与乌江接近,高于全球流域均值.流域岩石风化对大气CO_2的消耗通量为7.25×10~5mol·(km~2·a)~(-1),岩石风化对大气CO_2的消耗量为12.45×10~9mol·a~(-1),其中,碳酸盐岩风化消耗量占63.13%,为7.86×10~9mol·a~(-1),硅酸盐岩风化消耗量占36.87%,为4.59×10~9mol·a~(-1).SO_4~(2-)、F~-、NO_3~-的相关分析及空间分布特征表明,人为活动对清水江流域河水溶质的影响不容忽视,其贡献率为4.87%.     

黄土高原降雨驱动下流域碳输移特征及其碳流失评估：以羊圈沟坝系流域为例

通过对黄土高原典型坝系流域雨季碳沉降与径流碳输移过程的研究,探讨降雨径流过程对流域碳流失的驱动机制,并进一步评估流域碳侵蚀通量.结果表明,羊圈沟坝系流域湿、干季碳沉降月通量为3.33 kg·hm~(-2)、2.18 kg·hm~(-2),干湿季碳沉降存在一定变化且对流域碳输出贡献较小.流域8月碳输出量为944.89 kg·km~(-2),其中DOC、DIC输出量分别占55.39%、44.61%;9月碳输出量为300.29 kg·km~(-2),DOC、DIC输出量分别占23.03%、79.97%,不同降雨强度径流的碳流失量不同,总体溶解性无机碳输出比重较大.羊圈沟小雨强降雨事件中径流溶解性碳输出量为156.98 kg·km~(-2),中等雨强降雨事件中径流碳输出284.60 kg·km~(-2);该流域雨季月均碳流失模数为1.89 kg·(km~2·mon)~(-1),经评估得出研究区域年碳流失模数为2.70kg·(km~2·a)~(-1).     

水稻光合同化碳在土壤中的矿化和转化动态

作物光合碳是"大气-植物-土壤"碳循环的重要组成部分,是农田土壤有机碳的重要来源,然而其在土壤碳库中的矿化和转化动态尚不清楚.应用室内模拟培养实验,研究水稻收获后输入土壤的光合同化碳在土壤碳库中的矿化及其转化特征.结果表明,100 d的培养期内,原有有机碳的平均矿化速率在4.44~17.8μg·(g·d)-1之间,而光合碳(新碳)的矿化速率则在0.15~1.51μg·(g·d)-1之间.光合同化碳的输入对土壤活性碳库(DOC、MBC)的转化产生显著影响,在培养期内,14C-DOC的转化量为1.89~5.32 mg·kg-1,转化速率的变化幅度为0.18~0.34 mg·(kg·d)-1,原有DOC则在61.13~90.65 mg·kg-1,减少幅度为4.10~5.48 mg·(kg·d)-1;14C-MBC和原有MBC的转化量分别为10.92~44.11 mg·kg-1和463.31~1 153.46mg·kg-1,转化速率变化幅度分别为0.80~2.87 mg·(kg·d)-1和41.60~74.46 mg·(kg·d)-1,说明水稻光合碳的输入对MBC的周转要大于DOC的周转.而且,与原有有机碳相比,输入的"新碳"易被微生物矿化分解,100 d的培养期内,有13.5%~20.2%的新碳被矿化分解,而仅2.2%~3.7%的原有有机碳被矿化分解,光合同化碳的输入对维持稻田土壤的碳汇功能具有重要作用.     

长期施肥对棕壤有机碳储量及固碳速率的影响

利用棕壤肥料长期定位试验,研究了不同施肥条件下棕壤有机碳在0~60 cm土层的含量和储量特征以及土壤固碳速率.试验共设6个处理,即氮磷肥有机肥配施(M_2NP)、氮肥有机肥配施(M_2N)、单施有机肥(M_2)、单施氮肥(N)、氮磷肥配施(NP)和不施肥处理(CK).结果表明:经过31年长期不同施肥,各处理土壤有机碳(SOC)含量和储量的剖面分布均呈现随土层深度增加而显著降低的规律.本试验条件下M_2NP、M_2N、M_2、NP、N、CK处理的耕层有机碳富集系数分别为0.465、0.455、0.407、0.48_2、0.393、0.471,表明耕层土壤对有机碳的保持强度最强.在0~60 cm土层土壤有机碳储量表现为M_2NP、M_2NM_2、NPNCK,有机肥和化肥配施能够显著提高土壤有机碳含量和储量.与试验前相比,CK处理各土层土壤有机碳含量和储量均显著降低.各处理碳库管理指数(CPMI)表现为M_2NPM_2NM_2NNPCK.分析不同施肥处理土壤固碳速率可知,与试验前相比,CK处理表现为碳的净释放,固碳速率达-401.4 kg·hm~(-_2)·a~(-1);固碳速率最高的为M_2NP,M_2N,分别达到489kg·hm~(-_2)·a~(-1)、440._2 kg·hm~(-_2)·a~(-1).综合结果表明,化肥、有机肥配施所产生交互效应更有利于棕壤有机碳储量的增加及固碳速率的提高.     

厦门城市化进程中的居民食物碳消费及其环境负荷

随着城市化进程的不断推进,城市对全球生态系统碳循环的影响越来越显著,其中城市家庭食物碳消费对全球城市生态系统碳循环的贡献日益突出,已成为城市生态系统碳循环的研究热点之一.以厦门市为例,通过分析1988～2010年居民食物碳消费的动态变化和家庭分布特征,评价并预测了由食物碳消费导致的环境负荷.结果表明,1988～2010年全市人均食物消费量和人均食物碳消费量分别下降了6%和25%,但由于厦门市人口的快速增长,食物消费和食物碳消费的总量均不断增加,分别增长了116%和70%.居民食物碳消费总量的增加导致环境负荷量不断上升,由9.88万t增长至16.62万t,特别是进入土壤的碳通量近年来快速增加.预测显示2011～2024年间厦门市居民食物碳消费总量以及环境负荷量仍将继续上升,2025年将有所下降,人均食物碳消费量则从2011年起持续下降.对厦门市居民家庭食物消费的分析表明,家庭户均食物碳消费主要受到家庭收入、食物消费费用、家庭用餐人数的影响,食物碳消费较高的家庭通常平均家庭用餐人数3人、平均食物消费费用约3 125元.月-1,户均食物碳消费为1 134.91 kg,人均食物碳消费量为378.30 kg,高食物碳消费的家庭人均食物碳消费量是低食物碳消费家庭人均消费量的4.84倍.     

缺水地区人类活动净氮输入与河流响应特征——以海河流域为例

人类活动净氮输入(NANI)是影响河流氮输出的重要因素,研究两者的响应关系对制定氮污染的削减策略具有重要意义.基于NANI核算模型,评估了海河流域人为氮输入强度,并采用实测数据估算了同期的河流氮输出,最终得到干旱缺水区河流氮输出对NANI的响应特征.结果表明,海河流域2008—2012年均NANI输入强度为13258 kg·km~(-2)·a~1,化肥施用、食品与饲料输入、大气沉降和农作物固氮分别占76%、17%、5%和2%;在空间分布上,黑龙港运东子流域的NANI负荷最高,达到24238 kg·km~(-2)·a~(-1),最小的是永定河子流域,为5320 kg·km~(-2)·a~(-1);海河流域主要河流的氮通量与子流域NANI输入呈现显著正相关关系(p0.05),NANI变化可解释67%的河流氮通量变化.然而,仅2%的NANI由河流输出,这一比例低于其他地区研究成果,表明缺水地区河流作为氮输出的功能被削弱,河流不是流域氮输出的主要途径.     

不同退化程度羊草草原碳收支对模拟氮沉降变化的响应

2009~2010年,选择内蒙古温带典型草原区2个不同退化程度羊草群落为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置0g·(m2·a)-1(CK)、10 g·(m2·a)-1(MN)这2个氮处理水平,模拟研究了大气氮沉降水平变化对植物净初级生产力(NPP),土壤呼吸(Rs)以及整个群落碳收支(NEE)的定量影响,比较了不同退化程度草地群落NEE对等量氮添加的响应差异.结果表明,对于轻度退化羊草草原(样地A),MN处理生长季平均地上生物量(AGB)两年分别比CK增加21.5%及46.8%,而对于中度退化羊草草原(样地B),氮添加在2009年降低了植物AGB及地上NPP(ANPP),在2010年则表现为正效应;两年氮添加均增加了样地A与样地B的根系生物量(BGB)以及样地B的地下NPP(BNPP),但降低了2010年样地A的BNPP;氮输入增加并未明显改变Rs的时间变化规律.与CK处理相比,样地A的MN处理两年土壤微生物呼吸年累积通量较CK分别增加了14.6%与25.7%,而样地B则分别降低了10.4%与11.3%;样地A与样地B两年均表现为大气的碳汇,碳汇强度(以碳计)分别为59.22 g·(m2·a)-1与166.68 g·(m2·a)-1以及83.27 g·(m2·a)-1与117.47 g·(m2·a)-1.相对于CK,样地A两年碳汇增加量分别为15.79 g·(m2·a)-1与82.94 g·(m2·a)-1,样地B分别为74.54 g·(m2·a)-1与101.23 g·(m2·a)-1,单位氮输入量在初始氮水平低的草地群落能获得更大的增汇效应.     

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 ...     

秸秆还田对冬小麦-夏玉米农田土壤固碳、氧化亚氮排放和全球增温潜势的影响

旱地农田温室气体净排放(以全球增温潜势表示)主要取决于土壤固碳速率和氧化亚氮(N2O)排放量.基于长期定位施肥试验,综合分析2010～2017年表层(0～20 cm)土壤有机碳含量和2014～2017年N2O排放通量的观测结果,定量评价秸秆还田对关中平原冬小麦-夏玉米农田土壤固碳速率、N2O年排放量和全球增温潜势的影响...     

垃圾分类对碳减排的影响分析：以青岛市为例

城市生活垃圾(MSW)处理单元是重要的温室气体排放源,垃圾分类可以实现垃圾减量化和提高资源化利用率,但对于温室气体减排的影响还鲜见报道.以青岛市内4区为研究对象,基于生命周期评价方法,研究了垃圾分类前后不同生活垃圾处置模式下的温室气体排放情况.结果表明,垃圾分类可以显著降低处置全过程中的温室气体排放,模式1(混合收集+填埋)、模式2(混合收集+焚烧)、模式3(垃圾分类+厨余垃圾厌氧消化和其他焚烧)和模式4(垃圾分类+厨余垃圾厌氧消化、可回收垃圾资源化和其他焚烧)垃圾处理全过程净碳排放量(以CO₂/MSW计)分别为686.39、-130.12、-61.88和-230.17 kg·t^-1.提高厨余垃圾回收效率并不能显著降低碳排放.随着垃圾回收效率的提高,碳减排量呈线性增加,可回收垃圾回收效率每提高10%,其净碳排放量降低26.6%(16.5 kg·t^-1).适度分离餐厨垃圾、提高可回收垃圾回收效率和降低厨余垃圾厌氧消化沼气泄漏率是目前减少生活垃圾温室气体排放和社会成本的可行策略.     

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...     

海南省淘汰落后产能政策的污染物协同减排效应评价

结构减排是我国污染物减排的主要措施,是海南省推进产业结构升级、实现建成"全国生态文明建设示范区"的必然选择.为评价该政策产生的环境效应,采用海南省2006~2013年"十一五"和"十二五"期间淘汰落后产能数据,运用排放因子法,估算各年份由于淘汰水泥、炼铁、炼钢、造纸和实心黏土砖落后产能带来的多种污染物协同减排效应.结果表明,研究期间氮氧化物(NO_x)、二噁英类污染物、大气汞累计削减量分别达到2 826.0 t·a~(-1)、10 462.5 mg·a~(-1)和280.8 kg·a~(-1).淘汰落后产能对海南省NO_x减排的影响不是很显著,但对降低新型污染物二噁英类和大气汞的排放起到有效的源头控制作用,累计效应显著.该研究为评估淘汰落后产能政策对常规污染物和新型污染物协同控制效应提供了方法和思路.     

基于Urban-RAM模型的上海居民生活碳排放研究

随着全球对碳排放相关研究的不断深入,居民生活引起的能源消耗和碳排放问题引起了研究人员越来越多的关注,但目前鲜有对上海市居民生活整体碳排放的系统研究.本文以2010年为基准年,引入美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的Urban-RAM模型,对上海市居民生活碳排放情况进行定量分析,旨在初步掌握上海市居民生活碳排放的总体规模和结构特征,为上海市低碳城市建设和相关决策提供科学依据.研究结果表明,上海市2010年居民生活碳排放总量(CO2e)为4985.7万t,主要以间接排放为主,间接碳排放和直接碳排放分别占居民生活碳排放总量的64.1%和35.9%;上海市居民生活碳排放在各个消费领域的分布不均,直接碳排放主要来自公共和居住建筑领域,该领域的直接碳排量为1065.0万t,占全市居民生活直接碳排放总量的59.5%;间接碳排放主要来自家庭消费领域,该领域的间接碳排量为1625.2万t,占全市居民生活间接碳排放总量的50.9%,其中以食品消费和衣装消费的贡献最大,分别占家庭消费领域碳排放总量的53.5%和29.5%;综合来看,公共和居住建筑领域的整体碳排量最大,为2231.6万t,占全市居民生活碳排放总量的44.8%.     

龙川江楚雄站碳侵蚀通量的动态分析

选取龙川江楚雄水文站进行了为期3年的采样,分析了水体中各形式碳的含量,并估算各碳的输送通量.结果表明:楚雄站3年的碳通量(FTC)分别为27.12×106g·km-2·a-1、24.87×106g·km-2·a-1和10.34×106g·km-2·a-1,分析流域在对碳输送过程中,以输送无机碳为主,分别占输送总量的89.7%、90.3%及91.9%;而汛期碳输送量分别占全年总量的90.9%、84.9%和83.8%,表现出流域汛期对碳的搬运量远远高于非汛期;溶解性有机碳通量(FDOC)与颗粒有机碳通量(FPO C)平均比为0.82,不同季节表现情况不一,非汛期溶解性有机碳(DOC)与颗粒有机碳(POC)含量相当,汛期机械侵蚀作用增强,导致FPO C远远大于FDOC,反映汛期对流域侵蚀作用以机械剥蚀为主,化学侵蚀为辅.研究期内恰遇2008年一场洪水,11月碳的侵蚀通量为8.53×106g·km-2·a-1,其中溶解性无机碳(DIC)、溶解性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)的输送量分别为7.37×106、0.36×106、0.80×106g·km-2·a-1,分别占2008年全年相应形式碳总量的33.3%、34.4%和59.9%,为当年非汛期碳侵蚀总量的2.3倍,反映洪水期的碳输出量对流域碳输出总量及构成存在不可忽略的贡献.