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...     

秸秆与水分管理稻田的温室气体排放和碳固定

文章采用田间小区试验,研究了不同秸秆(稻草)还田量和不同水分管理方式对稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响。结果表明:无秸秆还田时,长期淹水增加温室效应的抵消作用大于间歇灌溉温室效应的抵消作用;高量秸秆还田时,长期淹水增加温室效应的抵消作用显著大于间歇灌溉温室效应的抵消作用;秸秆还田显著提高了甲烷(CH_4)排放,减少了氧化亚氮(N_2O)排放,显著提高了土壤有机碳含量,有效提高了土壤固碳量,但温室气体增排的效应非常明显。高量秸秆还田时增加温室效应的抵消作用大于低量秸秆还田,其温室气体净排放更高。该研究中以间歇灌溉且低量秸秆还田处理为最佳处理,3.0 t/hm~2低量秸秆还田量和间歇灌溉可有效发挥稻田秸秆还田的环境效益。     

炉渣与生物炭施加对稻田温室气体排放及其相关微生物影响

为了减少稻田温室气体排放通量,本研究对稻田土壤进行炉渣和生物炭单一施加和混合施加处理,并测定了早、晚稻拔节期和乳熟期CO_2、CH_4和N_2O排放通量及相关微生物(细菌、真菌、硝化细菌、反硝化细菌)的数量.结果表明,稻田施加废弃物可以减少温室气体的排放通量.在早、晚稻的拔节期,施加生物炭显著降低了CO_2和N_2O的排放通量(p0.05),混合施加显著降低了CO_2和CH_4的排放通量(p0.05),施加炉渣条件下3种温室气体的排放通量与对照组相比没有差异.施加炉渣或生物炭都显著降低硝化细菌的数量(p0.05),混施处理显著降低细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量(p0.05),但显著提高了稻田土壤真菌/细菌比值(p0.05).在早、晚稻的乳熟期,炉渣、生物炭、混施处理能显著降低CH_4排放通量(p0.05),而生物炭处理显著降低N_2O排放通量(p0.05).炉渣处理显著降低细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量(p0.05),生物炭处理显著降低细菌、反硝化细菌数量(p0.05),混施处理显著降低细菌、硝化细菌数量,并显著提高真菌/细菌比值(p0.05).温室气体排放与微生物数量之间的相关性分析结果表明,CO_2、CH_4排放通量与细菌数量呈显著正相关,与真菌/细菌比值呈显著负相关;而N_2O排放通量则与硝化细菌、反硝化细菌数量呈显著正相关.     

生命周期评价应用于温室气体排放的研究进展

致使全球气候变暖的温室气体排放问题已经全面引起了人们的广泛关注。生命周期评价作为一种评价环境负荷的评价工具,用于科学定量地估算产品、服务及工艺流程改造等方面的温室气体排放有其独特的优势。文章介绍了估算温室气体排放简化生命周期的技术框架及生命周期评价方法在第一产业(种植业、畜牧业),第二产业(硬纸板加工、橡胶生产、废塑料燃烧的能源再利用)以及第三产业(交通运输、旅游业)的应用情况,并综述了三个产业中的主要系统边界划分原则以及对温室气体排放影响的主要因素;同时,介绍了我国在节能减排方面利用生命周期评价方法的研究与应用实例。     

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%.     

德国的温室气体排放特征

分析了德国的温室气体排放特征，指出了温室气体排放量的年际变化、区域差异及其主要来源。     

乌鲁木齐市能源部门温室气体排放测算

文章为做好温室气体减排的前期基础研究工作,从乌鲁木齐市能源消耗现状出发,根据《IPCC指南》中的表观能源消耗量估算法及排放系数法,分别对煤炭、成品油和天然气消费所排放的CO2、CH4和N2O量进行测算和分析,结果表明:乌鲁木齐市能源部门温室气体排放量近几年增长非常迅速,且与能源消费量呈显著正相关;三大能源中,煤炭消费为温室气体排放的主要来源。     

种植方式对玉米田温室气体排放及产量的影响

为研究间作花生、秸秆还田等不同种植方式方式对大田玉米生长和温室气体排放的影响,该文在田间试验条件下,采用静态箱-气相色谱法分析温室气体排放通量,合理选择样方计算作物产量,测定果实品质。结果表明,与玉米单作相比,玉米间作花生田块CO₂、N₂O排放减少13%以上,玉米秸秆覆盖(YF)处理的CO₂、N₂O排放量分别减少23.7%、29.5%;N₂O的排放主要集中在生长前期。研究表明间作花生、秸秆还田能减少农田温室气体排放,提高作物产量,实现经济与环境效益协调发展,有利于可持续发展。     

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。     

咸阳市温室气体排放的动态分析及等级评估

通过采用《2006年IPCC国家温室气体清单指南》和中国《省级温室气体编制指南》推荐的方法,分析了咸阳市温室气体排放的动态变化,并提出基于全球标准的温室气体排放等级评价方法,对咸阳市温室气体进行了排放等级评估.结果表明:1995—2011年,咸阳市温室气体排放量从1253.21×104t上升为5531.06×104t,年均增高9.72%,呈快速上升趋势.工业(年均增高21.34%)为增幅最高的部门,其次依次为能源(9.62%)、废弃物(7.90%)、农业(2.45%).从温室气体构成看,能源占84.73%~91.81%,工业占1.46%~8.55%,农业占3.11%~9.32%,林业碳减排占-0.53%~-2.36%,废弃物处理占1.31%~8.39%.由此可见,咸阳市温室气体排放增长的主要原因是能源消费的增加以及工业生产的大幅增长.万元GDP温室气体排放量波动下降,年均降低4.53%;人均、单位面积温室气体排放量和温室气体排放指数快速升高,年均增幅分别达9.31%、9.72%和9.48%.16年间,咸阳市温室气体排放等级从较低(Ⅰc)持续升高至中上等级(Ⅱc),已高出应对全球气候变暖目标(Ⅰb)4个亚级,温室气体减排工作刻不容缓.     

冬水田转稻麦轮作对小麦生长季温室气体排放的影响

用静态暗箱-气相色谱法测定了川中丘陵地区典型冬水田(RF)及冬水田转稻麦轮作处理(RW)在小麦生长季的温室气体排放通量,并同步测定了土壤温度、水分和可溶态碳氮含量.结果表明,RW在小麦生长季的CH4、生态系统呼吸CO2和N2O平均排放通量分别为0.05、117.01 mg·m-2·h-1(以C计)和77.19μg·m-2·h-1(以N计),而RF相应通量分别为1.43、7.85 mg·m-2·h-1和-0.61μg·m-2·h-1.RW施氮肥后出现N2O的排放峰,其N2O直接排放系数为1.28%.土壤可溶态有机碳含量与CO2通量之间呈显著正相关关系(r=0.342,p0.01),与CH4、N2O的相关关系不显著;硝态氮、可溶态总氮含量与N2O通量的关系为显著正相关,但与CH4通量呈显著负相关.RF的综合增温潜势(以CO2-eq计,下同)为3.03 Mg·hm-2,大于RW(-1.66 Mg·hm-2),暗示冬水田转稻麦轮作会降低生态系统的综合增温效应.     

城市生态足迹计算中温室气体环境责任的区域分配法

针对生态足迹方法应用于城市尺度时对温室气体处理上的不足,提出了除存在能源贸易调整的缺陷外,还应对城市的温室气体环境责任重新定义和划分,城市可持续发展应依照城市自身的区域特征来制定标准.在对城市尺度与国家尺度上生态足迹核算体系温室气体环境责任分配内涵的不同进行分析后,基于城市等级的划分和经济联系强度等概念,构建了在城市尺度上温室气体环境责任的区域分配法,使生态足迹方法应用在城市尺度的可持续评价上更加真实可靠.     

模拟潮汐和植被对湿地温室气体通量的影响研究

以福建省九龙江入海口的滩涂潮间带作为研究对象,通过原位采样和室内人工微宇宙实验,利用静态箱-气相色谱法,研究了潮汐植被对湿地CH₄、CO₂和N₂O 3种重要温室气体通量的影响.结果表明,3种温室气体通量在模拟潮汐和植被作用下表现出明显的差异.模拟潮汐对CH₄和N₂O通量的影响没有明显的规律,总量上都表现为排放;对CO₂通量具有显著影响,退潮时抑制,表现为吸收,涨潮时促进,表现为排放.植被促进CH₄的排放,对CO₂通量影响无明显规律,对N₂O通量表现为抑制作用.植被除了自身对温室气体直接作用外,还通过改变沉积物的理化性质影响微生物活动,进而影响温室气体通量.综合分析,植被对温室气体通量的影响要比模拟潮汐作用明显.     

土壤酸化对温室气体排放影响的培育实验研究

利用不同pH值的模拟酸雨(SAR)淋洗处理42个月获得具有不同累积酸化程度土壤,对其进行室内培养并研究了土壤温室气体CO₂、CH₄和N₂O的排放特征.结果表明,一定的酸化累积促进CO₂排放,而累积到某值时(如pH3.0₅酸化累积程度的加深而增加.相关分析显示,土壤pH值不是造成不同累积酸化程度土壤温室气体排放差异的直接原因;CO₂和CH₄排放差异主要是由于酸化累积过程导致土壤碳、氮以及其他养分元素含量的差异造成的,而导致N₂O排放差异的产生原因却十分复杂.     

沉水植被对河流温室气体释放减缓作用研究

为揭示沉水植物生态修复在减缓河流温室气体释放方面的作用,在浙江省嘉善县选择盛家湾（有沉水植物）和东龙港（无沉水植物）2条河流,利用扩散模型法对其水体CO₂、CH₄、N₂O释放通量进行24 h连续监测,并进行对比分析。结果表明：2条河流除盛家湾水体在16:00表现为CO₂吸收外,其余监测时间内3种气体均呈过饱和状态,表现为向大气释放温室气体,24 h内比较,有沉水植物的盛家湾可减少89%的温室气体释放。将气体释放通量与环境因子进行相关性分析发现,盛家湾水体CO₂释放通量与水温、pH、溶解氧浓度呈显著负相关,与氧化还原电位呈显著正相关,N₂O释放通量与水温、pH、溶解氧浓度呈显著正相关,与氧化还原电位呈显著负相关;东龙港水体CO₂释放通量与水温呈显著正相关,CH₄释放通量与水温、溶解氧浓度呈显著正相关,N₂O释放通量与水温呈显著正相关。

     

模拟酸雨对福州平原水稻田温室气体排放的影响

农田生态系统是温室气体的重要排放源,研究酸雨对水稻田温室气体排放及其综合增温潜势的影响,对我国酸雨背景下农田生态系统固碳减排具有重要的现实意义.本文以福州平原水稻田为研究区,通过模拟酸雨探讨其对水稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量及其综合增温潜势的影响.结果表明:模拟酸雨并未显著改变早、晚稻田CO_2、CH_4和N_2O排放的季节变化规律,但降低了其排放通量.与对照组相比,pH=4.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量依次降低11.54%、133.33%和22.22%,晚稻田CO_2和N_2O平均排放通量依次降低39.53%、156.00%,而CH_4平均排放通量与对照组差异不显著;pH=3.5酸雨作用下,早稻田CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量分别降低10.82%、75.00%、54.00%,晚稻田平均排放通量分别降低17.32%、20.00%和197.67%.综合增温潜势表明,CO_2的增温潜势显著高于CH_4和N_2O,是稻田生态系统中温室效应的主要温室气体,在pH=4.5和pH=3.5的酸雨作用下,早、晚稻田生态系统温室气体综合增温潜势均降低.     

不同轮作模式下土壤细菌群落特征及其对土壤全碳、全氮与温室气体释放潜力影响

为了探讨不同轮作模式下农田土壤细菌群落特征对土壤全碳(TC)、全氮(TN)含量及温室气体释放潜力的影响,以安徽铜陵两种不同轮作模式农田土壤为研究对象,设置旱-旱轮作(姜-菜)及水-旱轮作(姜-稻)两种轮作模式样地,测定并分析土壤细菌群落及其多样性、土壤TC、TN含量及CH₄和N₂O释放潜力.结果表明,旱-旱和水-旱轮作模式下姜季均降低了土壤TC、TN含量,水-旱轮作模式下稻季增加了土壤CH₄释放潜力(p<0.05),其他时期CH₄和N₂O释放潜力差异不显著.不同轮作模式对土壤细菌群落多样性影响不同,细菌多样性指数表现为水-旱轮作模式>旱-旱轮作模式(p<0.05).水-旱轮作相比于旱-旱轮作节杆菌属(Arthrobacter)相对丰度增加,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽胞杆菌属(Bacillus)相对丰度降低.芽胞杆菌属、Gaiella、Paenibacillus、Blastococcus等菌属在不同轮作模式下呈显著差异(p<0.05).Bryobacter、Bradyrhizobium和Mycobacterium与土壤C/N呈显著正相关(p<0.05).Acidothermus、Geodermatophilus、Blastococcus、Bacillus、Paenibacillus菌属对土壤N₂O释放有显著负效应(p<0.05).Conexibacter、Acidothermus和Geodermatophilus菌属对土壤CH₄释放具有显著正效应(p<0.05).本研究的开展对农田管理方式的选择及可持续生产均具有重要意义.     

潘家口水库温室气体溶存、排放特征及影响因素

以大型深水水电类水库潘家口水库为例,于2020年春季（5月）、夏季（8月）在研究区设置33个采样点,采用顶空平衡-气相色谱法和经验模型法对水柱温室气体浓度和水-气界面扩散通量进行了观测及估算,并分析了潘家口水库温室气体浓度及通量的主要影响因素.结果表明：春季潘家口水库水-气界面CH₄、CO₂、N₂O平均通量分别为（1.11±1.60）μmol/（m²·h）,（1333.31±546.43）μmol/（m²·h）,（76.65±19.54）nmol/（m²·h）.夏季潘家口水库水-气界面CH₄、CO₂、N₂O平均通量分别为（0.62±1.13）μmol/（m²·h）,（746.08±1152.44）μmol/（m²·h）,（141.18±256.02）nmol/（m²·h）.潘家口水库温室气体排放呈现出大的时空异质性,空间上春季和夏季各温室气体通量均表现为干流大于支流;季节上CH₄与CO₂扩散通量表现为春季大于夏季,而N₂O扩散通量夏季大于春季.统计分析表明CH₄扩散通量主要受电导率、风速等环境因子影响,CO₂扩散通量受风速、pH及DOC影响,N₂O扩散通量主要受水柱NO₃^--N、NO₂^--N的影响.     

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.