滴灌对农田土壤CO2和N2O产生与排放的影响研究进展

研究滴灌条件下土壤CO2和N2O的排放特征及其影响机制,有助于深刻了解灌溉方式变化对农田生态系统碳氮循环的影响,对农业灌溉管理措施的改进和农业温室气体减排具有重要的意义.本文综述了滴灌对农田土壤CO2和N2O排放的影响,从土壤水分、土壤温度、土壤养分和土壤结构等方面分析了滴灌条件下农田土壤CO2和N2O产生和排放的主要影响机制,在此基础上探讨了滴灌对大气温室效应影响的不确定性以及目前研究中存在的主要问题.     

氮肥管理措施对黑土玉米田温室气体排放的影响

采用静态箱-气相色谱法研究了不同氮肥管理措施(农民常规施肥、减氮20%、添加硝化抑制剂、施用控释肥)对黑土玉米田温室气体排放的影响.结果表明:黑土玉米田施肥(基肥和追肥)后1~3d出现N2O排放峰,施肥后16d内N2O排放量占生育期总排放量的28.8%~41.9%.减施氮肥20%显著降低土壤N2O排放,生育期内的N2O累积排放量减少了17.6%~46.1%,综合温室效应降低30.7%~67.8%,温室气体排放强度降低29.1%~67.0%.等氮量投入时,添加吡啶抑制剂土壤N2O排放量、综合温室效应和温室气体排放强度最低.玉米拔节~乳熟期出现了较强的土壤CO2排放,黑土玉米田是大气中CH4的一个较弱的“汇”,施氮和添加硝化抑制剂对黑土玉米田CO2排放和CH4吸收没有显著影响.添加硝化抑制剂和施用控释肥不影响玉米产量.在本试验条件下,减氮20%并添加吡啶抑制剂在保证玉米产量的同时, 减排增收效果优于其他施肥措施,适宜在黑土区玉米种植中推广使用.     

生物炭添加对半干旱地区土壤温室气体排放的影响

为确定生物炭添加对半干旱地区农田土壤温室气体释放的影响,采用小区定位试验,利用锯末(J)和槐树皮(H)及3种添加比例(1%、3%、5%,质量百分比),研究了生物炭添加6个月内表层土壤CO2、CH4和N2O等3种温室气体排放的动态变化.结果表明,与对照相比,各处理土壤CO2排放通量随生物炭的添加呈现增加的趋势,锯末和槐树皮等两种生物炭处理的土壤CO2平均排放通量分别增加了1.89%和3.34%,但差异不显著.CH4排放随着生物炭添加量的增加而降低,各生物炭处理的土壤表层CH4排放量平均降幅分别为:J1:1.17%、J3:2.55%、J5:4.32%、H1:2.35%、H3:5.83%、H5:7.32%.其中,锯末生物炭仅在5%添加量时较对照差异显著(P0.05),而槐树皮生物炭处理在3%和5%的添加量与对照差异均达显著水平(P0.05).生物炭对N2O的排放影响没有明显规律性.研究表明,生物炭在短期内对半干旱地区农田土壤CO2和N2O的排放没有显著影响,而对CH4排放则影响显著(P0.05).就生物炭类型而言,槐树皮生物炭在抑制CH4排放方面优于锯末生物炭,差异显著(P=0.048).     

农田土壤N2O产生的关键微生物过程及减排措施

氧化亚氮(N2O)作为一种重要的温室气体,其全球排放总量仍然在持续上升.它不仅可以产生温室效应,还可以间接破坏臭氧层,使其在全球气候变化和生态环境变化研究中备受关注.土壤生态系统是大气中N2O的最重要排放源.本文详细论述了农田土壤中反硝化作用、硝化作用、硝化微生物的反硝化作用以及硝酸盐异化还原成铵作用等过程产生N2O的微生物学机制,并从土壤理化性质(土壤pH、氮素、有机质、土壤温度和湿度)和土壤生物等方面对农田土壤N2O排放的影响进行综述,在此基础上对农田土壤N2O的减排措施进行总结,并就今后农田土壤N2O排放的研究重点和方向进行了展望,为调控农田土壤温室气体排放、氮转化过程和提高氮素利用效率提供科学依据.     

城市温室气体排放清单体系研究——以广州为例

开展城市温室气体清单研究对于节能减排和城市低碳发展具有重要意义。本文以广州为例,通过清单编制指南分析广州市温室气体排放清单,核算广州市温室气体排放现状和结构。结果表明,2010年广州市温室气体净排放量为16239.64万t CO2e,其中总排放量16490.17万t CO2e,碳汇量为259.54万tCO2e。气体种类上,CO2占据了广州市温室气体排放总量的86%。部门排放上,能源活动则成为广州市最大的温室气体排放源,其中电力和供热排放比例最大。根据广州市温室气体排放特征,未来应重点从能源结构、产业结构、工业节能、交通体系、低碳生活以及碳汇角度来应对温室气体排放的严峻形势。     

微生物介导的稻田水土界面温室气体排放及其农事减排措施研究进展

农田生态系统排放的温室气体占全球人为温室气体排放量的12%左右.然而，稻田作为主要的农田生态系统，其微生物和农事减排措施对温室气体(CH₄、N₂O和CO₂)在水土界面之间的归趋及其机制仍不清楚.本文阐述了稻田温室气体产生机理与影响因素，以及稻田温室气体减排的农事管理措施.结果表明：稻田水土界面微生物主导的温室气体排放、土壤理化性质(如含水量、温度、氧化还原电位等因素)都可以直接影响土壤微生物群落结构组分及其微生物过程，从而影响温室气体排放.农事管理措施，如有效的水分调控、土壤养分管理及微生物调控，可改变土壤温室气体排放通量.微生物调控技术，如添加解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、促进甲烷氧化菌活性、探索含有N₂O还原酶基因的固氮菌等，在温室气体减排方面具有良好的减排潜势.然而，目前稻田温室气体排放的微生物机制研究多立足于室内试验，缺乏野外大尺度稻田试验数据支撑，对稻田微生物群落与生态系统功能的关联、农事管理介导微生物调控机制等鲜有报道.土壤微生物在稻田土壤温室气...     

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...     

不同施肥模式对热区晚稻水田CH4和N2O排放的影响

由于农田温室气体排放的原位观测主要集中于温带和亚热带地区,热带地区农田土壤温室气体的排放往往被忽视.研究不同施肥模式下海南稻田温室气体排放特征对于准确评估我国农田土壤CH_4和N_2O排放及制定相应的减排措施有重要意义.本研究设置5个处理:空白对照(CK)、常规施肥(CON)、优化施肥(YH)、优化施肥与缓控释肥配施(ZYH1)、优化施肥、缓控释肥和有机肥三者配施(ZYH2),采用静态箱-气相色谱法,通过田间小区试验研究晚稻生长季CH_4和N_2O排放动态特征,并估算全球增温潜势(GWP)以及温室气体排放强度(GHGI).结果表明,CK、CON、YH、ZYH1和ZYH2处理的CH_4晚稻生长季累计排放量分别为175. 70、60. 30、63. 00、62. 80和56. 60 kg·hm~(-2),相应处理的N2O晚稻生长季累积排放量分别为0. 78、3. 40、1. 03、1. 44和0. 44 kg·hm~(-2). ZYH2的产量较CK、CON、YH和ZYH1分别提高了29. 69%、11. 81%、6. 74%和10. 36%,GWP较CK、CON、YH和ZYH1分别降低了64. 80%、43. 23%、12. 93%和15. 15%,同时,GHGI分别降低了76. 49%、52. 52%、20. 54%和23. 87%.相关分析结果表明:土壤温度和Eh是驱动CH_4排放变化的主要因素.综合产量及温室气体减排效果而言,优化施肥+羊粪有机肥+缓控释肥处理(ZYH2)是当地值得推广的减肥模式.     

不同开垦年限黑土温室气体排放规律研究

以东北黑土区荒地土壤(H)、开垦2 a(L)、30 a(S)和100 a(Y)土壤为对象,在25℃和60%WHC水分条件下,通过7 d的室内培养试验,研究了不同开垦年限黑土温室气体N2O、CO2和CH4的排放规律.结果表明,黑土开垦后理化性质发生了显著改变,进而影响了温室气体的排放.N2O排放量随开垦年限的增加而增加,开垦30 a和100 a土壤的N2O排放量显著高于荒地土壤.净硝化量和N2O排放量与土壤水溶性有机氮和粉粒含量呈显著正相关关系,与土壤pH和砂粒含量呈显著负相关关系.CO2排放量随开垦年限的增加而逐渐降低,开垦30 a和100 a土壤与荒地土壤差异显著.土壤有机碳和水溶性有机碳含量与CO2累积排放量呈显著正相关关系.好氧条件下,荒地土壤和开垦土壤在培养前4 d表现为对CH4的微量排放,然后表现为对CH4的微量吸收,开垦土壤的CH4排放量随开垦年限的增加而增加.不同开垦年限黑土可能因土壤pH、有机碳、水溶性有机碳含量以及土壤机械组成的差异而产生CO2和CH4排放的差异.     

3种土壤改良剂对河套灌区玉米田温室气体排放的影响

为研究膨润土、生物炭和聚丙烯酸钾等土壤改良剂对农田温室气体排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法研究了5种不同施肥处理(不施肥、常规施肥、常规施肥+膨润土、常规施肥+生物炭、常规施肥+聚丙烯酸钾,分别标记为NF、CK、B、C和PAM)下河套灌区2015、2016两年玉米田温室气体排放动态变化.结果表明,玉米生育期内,河套灌区农田N_2O呈双峰型排放规律,各处理于追肥灌水后5~7 d出现N_2O排放峰值;农田CH_4排放无明显规律,个别处理于追肥灌水后6 d左右出现CH_4排放峰值,其余时期均表现为土壤对CH_4的吸收作用;CO_2呈单峰型排放规律,于玉米拔节期出现排放峰值.相关性分析表明,土壤温度的升高,可显著增加土壤N_2O和CO_2的排放速率.与CK相比,B和PAM处理可显著降低N_2O累计排放量(P0.05),降幅分别为38.59%和45.35%;B、C处理可显著增强土壤对CH_4的吸收作用(P0.05),累计吸收量分别增加144.44%和172.22%;B、C处理CO_2累计排放量与CK差异显著(P0.05),与CK相比分别降低25.40%和22.21%.总体来说,B、C和PAM处理下综合增温潜势较CK分别降低27.77%、19.61%和12.16%,温室气体排放强度降低35.20%、26.65%和13.36%.与CK相比,B、C处理下玉米产量显著提高11.33%和9.59%,净生态系统经济预算显著增加16.15%和12.65%(P0.05).综上所述,对河套灌区玉米种植体系而言,常规施肥基础上添加膨润土、生物炭是提高作物产量、降低增温潜势的有效农业措施.     

城市废弃物处理温室气体排放研究:以厦门市为例

城市废弃物处理是城市人为活动产生温室气体的来源之一.参考IPCC国家温室气体清单指南2006推荐的方法建立了厦门市废弃物处理的温室气体排放计算模型,对厦门市2005～2010年废弃物处理的温室气体排放情况进行了估算,包括固体废弃物填埋、焚烧以及污水处理等过程.结果表明,2005年温室气体总排放量折合二氧化碳当量(CO2e)为406.3 kt,2010年温室气体总排放量(以CO2e计)达到704.6 kt,随着废水处理工艺的提高和城市生活垃圾量的迅速增长,主要排放源由废水处理转变为固体废弃物填埋.2005年填埋产生的温室气体排放占固体废弃物处理排放量的90%左右,2010年所占比例下降到75%.厦门市废水处理温室气体排放量2007年最高,以CO2e计达到325.5 kt,化学原料及化学品制造业从2005～2010年一直是厦门市CH4排放量最高的产业,占工业废水处理CH4排放总量的55%以上.     

基于投入产出法的北京能源消耗温室气体排放清单分析

城市是一个巨大能源物资消耗体和温室气体排放体,相关研究受到广泛关注.本文以2007年为例基于投入产出法研究北京市能源消耗的温室气体排放量,计算得出CH4和N2O这两种常规温室气体排放量.结果表明,北京市2007年能源消耗温室气体排放量为3531.72万tCO2当量,其中CO2排放量为3514.40万t,CH4排放量为1734.32t,N2O排放量为435.83t.北京市工业部门仍然是主要的温室气体排放部门,其排放的温室气体占CO2总量的98.96%,CH4总量的88.48%和N2O总量的98.99%.不同最终使用部门中,政府部门消费产生的温室气体排放量超过总量的15%,高于城镇消费和农村消费之和;调出和出口部门的碳排放量超过总量的40%,所占比例最大.贸易中,隐含在调出和出口部门中温室气体排放量是隐含在调入和进口部门的十几倍.北京市不同行业的温室气体排放强度略优于全国水平.降低北京市温室气体排放量可从进一步优化产业结构,发挥科技减排的作用,提高不同产业的能源利用率等方面采取措施.     

基于生命周期评价的氮肥温室气体排放研究

采用生命周期评价方法研究硝酸铵、磷酸二铵、复合肥、尿素、碳酸氢铵5种不同含氮量的氮肥温室气体排放,为碳足迹标识评价提供借鉴和数据基础。分析优选有利于控制温室气体排放的氮肥种类。生命周期温室气体排放评价结果表明:硝酸铵6.3543kg CO2eq/kg,磷酸二铵14%含氮率和17%含氮率分别为2.4416kg CO2eq/kg、2.7792kg CO2eq/kg,复合肥7%含氮率和13%含氮率分别为1.9721kg CO2eq/kg、2.6473kg CO2eq/kg,尿素9.2627kg CO2eq/kg,碳酸氢铵4.0132kg CO2eq/kg;相同含氮量情况下,磷酸二铵生命周期温室气体排放相对较少,是控制氮肥生命周期温室气体排放的最优选对象。     

生物炭添加对土壤温室气体排放影响的长短期效应研究进展

人类活动引起的大气温室气体浓度增加是气候变暖的主要原因,全球变暖已经成为了当今人类社会所面临的严峻挑战,应对气候变暖的关键是减少温室气体排放和增加生态系统碳汇,由于生物炭特有的理化和生物学特性,将其施入土壤被认为是一种有前景的减排增汇措施.因此进行生物炭对土壤温室气体排放的影响研究对于减缓温室效应和实现“碳中和”具有重要意义.通过综述生物炭对土壤温室气体排放影响的长短期效应及其影响机制,发现生物炭添加对土壤温室气体排放的影响因生物炭原料类型、热解温度、添加量、土壤和植被类型的不同而不同.此外,因老化时间、老化方式和培养方法的不同,老化生物炭对土壤温室气体的减排效应可能增强或减弱甚至消失.同时,在总结现有研究不足的基础上,对未来生物炭影响土壤温室气体排放研究的方向和重点进行了分析和展望,提出了今后应加强CO₂、 N₂O和CH₄排放影响的同步研究、减排与固碳效应的同步研究、不同老化方式生物炭和不同培养方法的联合研究和利用¹³C和¹⁵N示踪技术从过程层次上揭示影响机制.     

施氮强度对不同土壤有机碳水平桉树林温室气体通量的影响

施氮或氮沉降对土壤温室气体通量影响已有比较深入的研究,但施氮对不同有机碳水平的土壤温室气体通量影响及其差异的研究较少.本研究以我国南方广泛种植的桉树人工林为对象,采用野外控制实验和室内分析,比较研究4种施氮处理(对照C:0 kg·hm-2;低氮L:84.2 kg·hm-2;中氮M:166.8 kg·hm-2;高氮H:333.7 kg·hm-2)对土壤有机碳水平存在显著性差异的2块桉树林样地土壤-大气界面温室气体(CO2、N2O和CH4)通量的影响.结果表明:1施氮对CO2和N2O排放通量有明显"激发效应",氮肥施用一个月后各个施氮处理土壤CO2和N2O排放通量出现最大值,随着时间推移至生长季后期CO2和N2O排放通量逐渐降低,差异逐渐缩小.施氮对CH4吸收通量的影响不显著(P>0.05).2施氮强度和土壤有机碳水平均显著促进了CO2和N2O排放(P<0.001),但对CH4吸收没有显著影响(P>0.05);高土壤有机碳水平样地CO2和N2O排放通量显著高于低水平土壤有机碳样地(P<0.01).3施氮和土壤有机碳水平对CO2和N2O排放通量的影响存在显著的交互作用(P<0.05).与低土壤有机碳水平样地比较,高土壤有机碳水平样地CO2和N2O排放通量对施氮更为敏感:低氮水平就能显著促进CO2和N2O的排放.上述结果表明:施氮对桉树林温室气体排放通量的影响既与施氮强度有关,也与土壤有机碳水平密切相关.估算不同施氮水平下的温室气体通量变化时,由土壤有机碳不同带来的温室气体通量差异不可忽视.     

菌渣还田量对紫色水稻土净温室气体排放的影响

中国是食用菌生产大国,每年食用菌菌渣产出量较大,为探明菌渣还田量对紫色水稻土净温室气体排放的影响,于2017年3~9月,通过盆栽试验,采用静态暗箱/气相色谱法,研究了不施肥(CK)、常规施肥(NPK)、9 t·hm~(-2)菌渣+NPK(LM)、18 t·hm~(-2)菌渣+NPK(MM)、36 t·hm~(-2)菌渣+NPK(HM)这5种处理稻田土壤温室气体的排放规律,并采用土壤碳库法对农田系统净温室气体排放(NGHGE)进行评价.结果表明:(1)土壤温室气体(包括CH_4、CO_2、N_2O)排放随着菌渣还田量的增加而增加,CH_4排放量顺序为:HMMMLM≈NPKCK;HM处理显著增加了CH_4的排放通量(P0.01),其他处理差异并不显著(P0.05),CH_4排放通量LM处理呈双峰型曲线,MM处理呈多峰型,HM处理呈现非常明显的单峰型曲线;CO_2累积排放量大小依次为:MMNPK≈LMHMCK,CO_2排放通量曲线LM处理呈单峰型、MM处理呈双峰型、HM处理呈现多峰型;NPK处理N_2O累积排放量显著高于其他处理,N_2O排放通量曲线NPK处理呈双峰型、LM和MM处理呈现多峰型,HM呈单峰型变化;(2)LM处理土壤固碳能力较低,NPK、MM与HM处理土壤固碳能力均较高;MM处理土壤固碳能力显著高于其他处理(P0.01),比纯施化肥处理提高了59.2%,比LM和HM处理提高了87.79%和65.65%;与土壤固碳能力相反,LM处理植物固碳能力最高,比NPK和MM处理提高了16.1%~22.2%,约为CK处理和HM处理的2.1倍;(3)MM处理整个水稻生产期NGHGE值最小,为-490.29 kg·hm~(-2),表现为温室气体的"汇",18 t·hm~(-2)菌渣还田是紫色水稻土净温室气体排放最优的还田方式.     

生物质炭与有机物料混施对土壤温室气体排放和微生物活性的影响

土壤是温室气体的重要排放源,在土壤中施入生物质炭和有机物料对土壤微生物在土壤碳氮转化和微量气体代谢方面有着重要作用,不过迄今在生物质炭和有机物料混施对土壤温室气体排放和微生物活性的影响方面的研究尚少.本研究采用室内培养试验,利用土壤添加生物质炭和生物质炭与不同有机物料混施,探究生物质炭和有机物料混施对土壤温室气体排放及微生物活性的影响.共设5个处理:新鲜土壤(S)、新鲜土壤+2%生物质炭(SB)、新鲜土壤+2%生物质炭+1%大豆饼(SBS)、新鲜土壤+2%生物质炭+1%小麦秸秆(SBW)、新鲜土壤+2%生物质炭+1%鸡粪(SBC).研究表明:只添加生物质炭对温室气体的排放影响不明显;生物质炭与有机物料混施使土壤的CO2、N2O排放明显增加,而对CH4的排放影响不明显;从温室气体增温潜势(GWP)变化可以看出有机物料施用对温室效应具有明显的增强作用;生物质炭与有机物料混施在一定程度上增加微生物生物量碳和代谢熵(q CO2),各处理的代谢熵是对照处理S的0.18~4.37倍;不同有机物料对FDA水解酶、过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性都表现为激活作用.     

现行脱硫技术存在排放温室气体的隐患

工业革命以来,由于人类活动持续大量排放温室气体,使得全球出现了持续性的气候变暖趋势,而为了治理局部的和区域的SO2污染问题,大规模的脱硫活动在我国急速增加,这势必大幅增加CO2的排放,加剧气候变暖的进程,如果我国大型火电厂的脱硫率达到80%,按照2005年全国SO2排放量已经达到0.2549Gt计算,采用现行脱硫方法将每年向大气中排放0.088Gt的CO2。将占我国CO2年排放量的10%,对人类赖以生存的地球形成严重威胁。因而,需要研究脱硫的无碳工艺,以及碳捕集、碳储存、碳利用技术,树立综合的环境意识,在控制大气污染、减排温室气体与保护臭氧层方面寻找结合点。     

短期放牧对半干旱草地生态系统CO_2和NO_2排放的影响

通过在北方农牧带半干旱草地生态系统(山西右玉)设置不放牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4个不同强度的放牧实验,运用静态-暗箱法测定放牧第一年生长季的温室气体通量,研究不同放牧强度对该地区温室气体通量的影响。结果表明:(1)CO2和N2O在生长季表现出随着温度和水分变化的明显季节动态变化,但是与不放牧相比,第一年不同放牧强度对CO2和N2O排放速率没有显著影响;(2)放牧显著降低了土壤含水量(P0.05),中度放牧降低了土壤微生物生物量碳(MBC,P0.05),中度和重度放牧降低了土壤微生物生物量氮(MBN,P0.05);(3)CO2排放速率和土壤温度、土壤水分之间呈显著正相关关系,土壤温度、可溶性氮、微生物生物量氮以及CO2排放速率之间呈显著正相关关系。放牧增加了温度与CO2排放的相关性,但对N2O排放相反。(4)虽然放牧降低了土壤含水量,但是没有发现不同放牧强度间CO2和N2O排放的差异,说明短期内不同的放牧强度尚未对土壤微生物结构与功能造成显著影响,需要继续进行长期深入的研究,揭示放牧强度对温室气体通量的影响机制。     

南京典型水体春季温室气体排放特征研究

利用静态箱-气相色谱法对南京4条河流(内秦淮河、外秦淮河、金川河、团结河)和1座水库(丁解水库)的春季水-气界面CO2、CH4、N2O 3种温室气体通量进行包括昼夜变化的持续观测,对其变化趋势及影响因素加以分析.结果表明,春季团结河CO2和CH4的排放量最大,分别为1023.34,89.45mg/(m2·h),金川河两种气体排放量次之,内、外秦淮河CO2排放量相当,而内秦淮CH4的排放量比外秦淮小1个量级.丁解水库该2种温室气体排放量最小.金川河N2O的排放量最高,为151.31μg/(m2·h),团结河N2O排放量次之[111.74μg/(m2·h)],其他2条河流和丁解水库N2O的排放量均在一个量级上(101).水-气界面温室气体的排放受温度、压力、风速等环境因子影响.温室气体的昼夜变化分析结果表明,除了金川河N2O的排放趋势为昼间排放、夜间吸收外,其余河流及丁解水库均为温室气体的排放源.内秦淮和丁解水库的排放趋势受人为因素影响较大,外秦淮河的排放趋势主要受水位的高低变化影响,团结河的排放量受风速和温度的共同影响.金川河主要受微生物活性影响3种温室气体均呈明显的昼夜变化.5种水体在春季是大气3种温室气体的主要排放源.