城市河流CH4和N2O产生及排放研究进展

甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）是备受关注的温室气体.近年来,城市河流已经成为不可忽视的CH₄和N₂O排放源,亟需予以关注.探究城市河流CH₄和N₂O产生及排放的时空特征、机制和影响因素对城市碳减排具有重要意义.通过梳理近20年国内外文献关于城市河流CH₄和N₂O溶存浓度与排放通量实测数据,总结了当前城市河流CH₄和N₂O排放的时空特征;估算得到2018年北京市城市河流的CH₄和N₂O排放量（以CO₂-eq计）分别为234.63 Gg和59.53 Gg,估算得到2018年上海市城市河流的CH₄和N₂O排放量（以CO₂-eq计）分别为159.86 Gg和260.24 Gg,表明城市河流是不容忽视的CH₄和N₂O排放源;整理了城市河流中CH₄和N₂O的产生/消耗过程与输入/输出过程;从河流内部理化性质、河流外部水文及植被条件、城市化进程的角度,分析了城市河流CH₄和N₂O产生与排放过程的主要影响因素;最后提出了城市河流CH₄和N₂O排放核算与减排的未来研究重点,为今后城市河流的温室气体减排提供理论支持.     

城镇河流CO2及CH4排放与市政排水管网污水输入的关联影响

城镇污染河流日益剧增的碳排放是当前我国许多城市共同面临的环境问题.本研究以上海市市郊城镇河网R1与中心城区河流R2为研究对象,监测了其在旱天与雨天条件下的CO_2及CH_4排放特征,分析了城镇河流污染程度及类型与碳排放的关联影响,并同时解释了市政排水管网污水输入影响城镇河流CO_2及CH_4排放的机制过程.结果表明:①旱天时,中心城区河流的CO_2与CH_4平均排放通量为(2.48±1.02)mmol·(m~2·h)~(-1)与(1.21×10~(-2)±0.71×10~(-2)) mmol·(m~2·h)~(-1),市郊城镇河网的CO_2与CH_4的平均排放通量则为(1.53±0.39)mmol·(m~2·h)~(-1)与(9.26×10~(-3)±9.18×10~(-3)) mmol·(m~2·h)~(-1).雨天时,受市政排水管网污水影响,中心城区河流泵站下游的水体的CH_4通量大幅增加,可达旱天时的119倍;②本研究与全球其他河流碳排放统计数据进一步表明,城镇河流碳排放与本身污染水平存在关联性,总体上污染程度高的河流碳排放强度也高;③从PCA相关性分析结果来看,河流有机污染是影响碳排放的重要因素,这在中心城区河流与市郊城镇河网中都有体现;河流碳排放与氮污染的相关性随区域下垫面利用类型不同而有所不同;在污染较轻的城镇河流中,水体物理因子也是一个重要的影响因素;④排水管网污水输入对城镇河流碳排放的影响,体现在短期内向河流中输入的大量CH_4,以及长期上强化受纳河流碳物质赋存及循环,并进一步提高河流本身的CO_2与CH_4排放潜势.     

底栖扰动对城市河流沉积物CO2和CH4释放的影响

以具有不同扰动功能的黄色羽摇蚊幼虫(Chironomus flaviplumus)、苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)和椭圆萝卜螺(Radix swinhoei)为对象,通过微宇宙实验探究不同底栖动物扰动效应下的沉积物界面理化因子演变特性以及对温室气体CO₂和CH₄释放的影响规律.结果表明,不同扰动类型的底栖动物对沉积物-水界面的溶氧(DO)特征带来差异化改变,并影响了有机质的好氧/厌氧分解和碳素转化,进而改变了CO₂和CH₄的产生及释放量:1) 3种底栖动物对CO₂和CH₄释放的影响存在差异:苏氏尾鳃蚓对两种温室气体的释放呈现最强的促进作用(为对照组的1.59和1.64倍),椭圆萝卜螺对两种温室气体释放的影响不显著,而摇蚊幼虫一定程度上抑制了CH₄释放.2)尾鳃蚓扰动下更多的碳素被消耗(表层沉积物和上覆水的TC含量减少)并生成CO₂和CH₄从系统逸出,其最低的DO渗透深度...     

笼养肉鸡生长过程NH3、N2 O、CH4和CO2的排放

为确定规模化笼养肉鸡生产过程NH3、N2O、CH4和CO2的排放因子,并探讨不同生长阶段排放特征,本研究选择山东某商业化肉鸡养殖场,利用INNOVA 1312多气体分析仪-连续采样测试系统和风机风量现场测定系统(FANS),对肉鸡舍NH3、N2O、CH4和CO2的排放进行为期42 d的测定,确定了肉鸡整个生产过程气体的平均排放因子和累积排放因子.结果表明,整个肉鸡生产过程中NH3排放因子呈现出先升高后降低的趋势,变化范围在8.5～342.1 mg·(d·bird)-1,平均为137.9mg·(d·bird)-1[48.6 g·(d.AU)-1],CH4和CO2排放因子随着日龄的增加而增大,CH4排放因子的变化范围在19.5～351.9mg·(d·bird)-1之间,平均为154.5 mg·(d·bird)-1[54.4 g·(d.AU)-1],CO2的排放因子在2.2～152.9 g·(d·bird)-1之间变化,平均为65.9 g·(d·bird)-1[23.2 kg·(d.AU)-1],整个生产过程没有监测到N2O的排放;肉鸡的NH3累计排放因子为(5.65±1.02)g·(bird·life cycle)-1,第1阶段(0～17 d)、第2阶段(18～27 d)和第3生长阶段(28～42 d)氨气排放占总排放的比例分别为33.6%、36.4%和29.9%,第2阶段的NH3累计排放因子显著高于第1和第3生长阶段;CH4和CO2的累计排放因子分别为(6.30±0.16)g·(bird·life cycle)-1和(2.68±0.18)kg·(bird·life cycle)-1,第3阶段的CH4和CO2累计排放因子显著大于1和2阶段,占总排放量的50%以上.研究结果为控制气体排放提供了数据基础.     

稻田灌溉河流CH4和N2O排放特征及影响因素

随着农业氮肥大量施用,大量碳氮营养物质以淋溶或径流形式进入周边灌溉水体,使其成为甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的重要排放源.以我国东南部地区典型稻田灌溉河流为研究对象,于2014年9月至2016年9月连续两年原位观测表层水体CH4和N2O溶存浓度及其排放通量,旨在明确稻田灌溉河流CH4和N2O的排放特征、排放强度及其主要驱动因子.结果表明,观测期内c(CH4溶存)的年平均值为(390.57±43.95)nmol·L-1(92.80～1 577.54 nmol·L-1),c(N2O溶存)的年平均值为(40.23±3.20)nmol·L-1(10.05～75.40 nmol·L-1).CH4和N2O的排放通量(年平均)分别为(20.73±6.08)mg·(m2·h)-1和(34.30±7.12)μg·(m2·h)-1.CH4和N2O溶存浓度和排放通量整体上均呈现出春夏排放高,秋冬排放低的季节变化趋势.两年CH4累计排放总量为(3 876.30±1 153.96)kg·hm-2,N2O累计排放总量为(5.74±0.98)kg·hm-2.两者持续性全球增温潜势(SGWP,以CO2-eq计)平均为(87.99±15.73)t·(hm2·a)-1.CH4排放通量与水温、底泥可溶性有机碳(DOC)显著正相关,而与水体溶解氧(DO)显著负相关;N2O排放通量与水温、水中铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)显著正相关,而与水体DO显著负相关.该研究可为科学估算我国农业灌溉流域CH4和N2O排放总量提供数据支撑和重要参考.     

鄱阳湖平原直播稻CH4通量及其与CO2通量的综合温室效应

稻田是一个既排放CH₄又吸收CO₂的复杂生态系统,在全球水碳循环和碳收支中发挥着重要作用.利用涡度相关法得到2020年鄱阳湖平原双季直播稻田的CH₄和CO₂通量,定量揭示了稻田碳通量变化特征、累积量和2种温室气体的综合温室效应.结果表明,双季直播稻田为CH₄排放源,全生育期排放量为52.6 g·m^-2,日均排放0.208 g·(m²·d)^-1. CH₄通量具有明显的季节变化特征,强排放期(排放峰)集中在早稻生长中期和晚稻生长前期,早稻85.5%和晚稻92.1%的CH₄在强排放期被释放,日尺度峰值分别为0.638 g·(m²·d)^-1和1.282 g·(m²·d)^-1.CH₄通量日变化呈显著单峰型、不显著单峰型和无规律型,强排放期主要为单峰型,该型式下早稻季峰值0...     

杭州西溪湿地CH4、CO2通量及其主要影响因子

本研究采用便携式温室气体分析仪连接通量箱在线监测杭州西溪湿地CH_4、CO_2通量日变化及季节变化,同时也对包括有机碳含量、湿度、孔隙度、比重、p H、Eh在内的潜在影响因子进行了研究。结果表明,通常情况下,CH_4、CO_2通量的变化分别为-0.001 9~0.035 3mg/(m~2·h)和-109.76~442.55mg/(m~2·h);CH_4、CO_2通量的变化存在明显正相关关系。CH_4通量的季节变化表现为夏季秋季春季冬季;CO_2通量的季节变化表现为夏季春季冬季秋季。土壤湿度是影响CH_4通量变化的重要因子,通常湿度越大,CH_4通量越大;在生长季维管植物有助于CH_4的氧化;西溪湿地土质差异也使CH_4、CO_2通量排放有所差异,具体表现在土壤有机碳含量相差较大,而土壤中有机碳的含量与CH_4产生潜力呈显著正相关。     

轻型汽油车CH4和N2O排放因子研究

我国的机动车温室气体排放研究多集中于CO2排放,而CH4和N2O排放的相关研究主要是依据欧美开发的模型进行的,缺乏CH4和N2O实车测试的研究.本研究选取22辆轻型汽油车,利用底盘测功机开展了整车台架测试和采样分析,获得了车辆在NEDC工况下的CH4和N2O排放因子.结果表明,国Ⅰ~国Ⅳ阶段轻型汽油车CH4平均排放因子分别为0.048、0.048、0.038和0.028 g·km-1,N2O则分别为0.045、0.039、0.026和0.021 g·km-1.在轻型汽油车单车排放的CO2、CH4和N2O三类温室气体(以CO2当量计)中,CH4和N2O排放的分担率均随排放标准的加严而逐渐降低,其中CH4排放在温室气体排放中不足0.5%,N2O排放分担率在3.03%~6.35%之间.因此,排放标准的加严可以有效减少CH4和N2O的排放,以减缓机动车排放带来的温室效应.     

排水对若尔盖高寒沼泽CO2和CH4排放通量的影响

建立3块标准样地（天然沼泽、1990s和1970s排水沼泽）,于2014年生长季期间,采用静态箱-快速温室气体分析仪野外原位观测CO₂和CH₄排放通量.结果表明：沼泽排水增加了土壤温度（5,20,45cm）,但降低沼泽水位;1990s[（680±329）mg CO₂/（m²·h）]和1970s排水沼泽[（973±234）mg CO₂/（m²·h）]生态系统CO₂排放通量分别较天然沼泽增加了200%和330%,但CH₄排放通量[（0.78±0.52）mg CH₄/（m²·h）]和[（-0.01±0.02）mg CH₄/（m²·h）]较天然沼泽分别降低了90%和100%;综合考虑两者排放通量,1990s[（186±89）mg C/（m²·h）]和1970s排水沼泽[（265±64）mg C/（m²·h）]生态系统碳（C）排放通量较天然沼泽分别增加了180%和300%.天然沼泽、1990s和1970s排水沼泽生态系统CO₂排放通量与5cm土壤温度存在显著正相关,而仅1990s排水沼泽生态系统CO₂排放通量与水位存在显著负相关.天然沼泽生态系统CH₄排放通量与土壤温度（5,20,45cm）存在显著正相关,但1970s排水沼泽生态系统CH₄排放通量与土壤温度（20,45cm）存在显著负相关,1990s排水沼泽生态系统CH₄排放通量与水位存在显著正相关.沼泽排水显著增加了若尔盖高寒沼泽生态系统C排放通量,降低了沼泽C汇功能,可能增强区域气候变暖.     

三峡库区香溪河秋末至中冬CO2和CH4分压特征分析

为揭示三峡库区支流库湾表层水体秋末至中冬CH_4和CO_2的分压特征及其影响因素,于2014年相应时间段在香溪河库湾每天定点定时采取表层水样,利用顶空气相色谱技术测定水中溶解CH_4和CO_2的浓度,通过亨利定律计算CH_4和CO_2的分压,并同步监测相关环境因子.结果表明,表层水体CH_4分压变化范围0.64~4.43 Pa,平均值为(1.69±0.94)Pa,CO_2分压变化范围49.90~868.91 Pa,平均值为(328.48±251.63)Pa.水体CO_2和CH_4分压的变化呈显著负相关(r=-0.618,P0.01),p CH_4和p CO_2与溶解氧、总磷、叶绿素a、p H水温和水位相关性明显,其中p CO_2与各环境因子的相关性较p CH_4更为密切.     

喀斯特石漠化治理区土壤CH4和CO2排放研究

本研究采用静态密闭箱-气相色谱法,于2016年12月到2017年11月对重庆市南川石漠化治理示范区4个岩溶碳汇试验区(金银花地JYH、人工造林地杨树林YSL、坡改梯PGT、经济作物花椒林地HJ)及3个对照区(荒地HD、非坡改梯FPGT、弃耕地QGD)的土壤甲烷、二氧化碳的浓度及排放通量进行原位观测,探讨我国南方喀斯特石漠化地区甲烷和二氧化碳浓度分布和时空排放规律,及岩溶区土壤温度、土壤含水率等环境因子对甲烷、二氧化碳排放的影响。结果表明:不同植被类型下土壤CO_2的浓度范围为5 003. 64～19 163. 23 mg/m~3,土壤CH_4的浓度范围为5. 35～7. 46 mg/m~3。土壤CO_2的排放通量具有随季节变化土壤CO_2排放通量随季节明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与CO_2排放通量呈显著正相关关系。土壤CH_4释放速率没有明显的季节变化规律,在个别月份出现显著变化表现为巨大的源与汇,主要是受到土壤温度、土壤含水率及土壤微生物的共同影响。     

淡水沼泽湿地CO2、CH4和N2O排放通量年际变化及其对氮输入的响应

利用静态暗箱-气相色谱法自2002～2004年连续3a观测了三江平原淡水沼泽湿地CO₂、CH₄和N₂O 3种主要温室气体排放特征及外源氮素输入条件下温室气体通量的变化.结果表明,三江平原CO₂、CH₄和N₂O 3种主要温室气体排放具有明显的季节及年际变化规律.其中生态系统呼吸CO₂排放的最大值[779.33～965.40 mg·(m·h)^-1]出现在7、8月份,CH4通量最大值[19.19～30.52 mg·(m·h)^-1]出现在8月,N₂O通量最大值[0.072～0.15 mg·(m·h)^-1]出现在5月和9月,3种温室气体通量最小值CO₂为2.36～18.73 mg·(m·h)^-1;CH₄为-0.35～0.59 mg·(m·h)^-1;N₂O为-0.032～-0.009 mg·(m·h)^-1大都出现在冬季,且冬季淡水沼泽湿地表现为N2O的吸收.对气候因子的分析发现,温度条件是影响淡水沼泽湿地温室气体排放通量季节性变化的主要因子,而降水和积水水位变化是影响其排放年际变化的关键因素,特别是降水对CH₄排放通量的影响较其它2种温室气体更显著,且冬季雪融水对夏季CH₄的排放起重要作用.CO₂和CH4排放与土壤温度(5cm)呈显著的指数相关关系,而N₂O排放通量与土壤温度和水深相关性不显著.氮输入促进了三江平原CO₂、CH₄和N₂O 3种主要温室气体的排放,与对照处理相比,其排放通量分别升高了34%,145%和110%.     

水稻产量、稻田CH4和N2O排放对长期大气CO2浓度升高的响应

大气CO₂浓度升高（[CO₂]_e）是全球气候变化的主要驱动力,可直接或间接影响稻田生态系统碳氮循环.深入探究长期（大于10 a）[CO₂]_e对水稻产量和稻田温室气体排放的影响,对保障粮食安全和评估未来气候变化意义重大.本研究以高、低应答水稻品种为供试材料,利用连续运行14 a的[CO₂]升高（free-air CO₂ enrichment,FACE）平台,共设置2个[CO₂]处理：对照（正常[CO₂],[CO₂]_a）和在[CO₂]_a基础上升高200 μmol·mol^-1（[CO₂]_e）.采用静态透明箱-气相色谱法测定稻田CH₄和N₂O排放量,并测定水稻产量.结果表明,对比[CO₂]_a,长期[CO₂]_e分别增加高、低应答水稻品种产量29%~31%（P<0.05）和12%~14%（P>0.05）;分别减少高、低应答水稻品种稻田CH₄排放21%~59%和11%~54%;同时,分别显著减少高、低应答水稻品种稻田N₂O排放70%（P<0.05）和40%（P<0.05）.水稻产量、稻田CH₄排放对长、短期[CO₂]_e的响应具有明显差异,随着[CO₂]_e年限的增加,水稻产量和稻田CH₄排放的增幅显著下降,而稻田N₂O排放无明显变化.综合考虑,长期[CO₂]_e条件下,高应答水稻品种为优先考虑种植的"增产减排"水稻品种.     

中国服务业CO2排放的时空特征与EKC检验

采用IPCC温室气体排放清单中CO₂排放因子与估算方法,核算了1995—2012年中国30个省区(不含港澳台地区和西藏自治区数据,全文同)服务业的CO₂排放量,并对30个省区服务业人均CO₂排放量的时空特征进行分析;利用基于面板数据的EKC模型检验中国及其三大经济带服务业增长与CO₂排放之间的关系. 结果表明:在考察期内,中国服务业人均CO₂排放量从0.16 t升至0.77 t,服务业人均增加值从1 621.04元增至9 991.95元;服务业人均CO₂排放量排在前列的省区大都位于东部地区;东部和中部地区人均CO₂排放量与服务业人均增加值之间呈线性正相关,人均服务业增加值每增加1个单位,人均CO₂排放量将分别增加1.02和1.16个单位;西部地区人均CO₂排放量与服务业人均增加值之间呈单调递增关系. 在此基础上,提出差别化的碳减排对策:①东部地区应通过技术改进和优化产业结构、能源消费结构来降低CO₂排放,并成为中国服务业节能减排的“领头羊”;②中、西部地区应在保持服务业经济适当增速的前提下,将提高能源利用效率和降低能源强度作为减排重点.      

广东省交通碳排放核算及影响因素分析

交通领域是二氧化碳排放的重要领域,为研究广东省的交通碳排放及影响因素,利用IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）在温室气体清单指南中提供的方法估算了广东交通碳排放量,并应用LMDI分解法（对数平均指数法）对广东交通碳排放进行因素分解分析.结果表明:① 2001-2010年广东交通碳排放量从1 950.98×104 t增至6 068.41×104 t,其中交通运输业碳排放是广东交通碳排放的主体,私人交通碳排放已成为广东交通碳排放不可忽视的组成部分.② 交通运输业中的公路碳排放量占比最大,占56%~64%;铁路的碳排放量占比最小,占0.6%~1.6%;水运具有较大的节能优势;民航单位周转量碳排放量最高.③ 交通运输业发展水平、运输结构、私人汽车数量规模对广东交通碳排放增加的贡献率分别为68.79%、36.14%、18.66%,是拉动广东交通碳排放增长的主要因素;运输强度与能源强度的贡献率分别为-18.1%、-6.46%,是抑制交通碳排放增长的因素.广东可以通过采取优化交通运输结构、使用替代清洁能源等措施减少交通碳排放.      

外源氮、硫添加对闽江河口湿地CH4、CO2排放的短期影响

于2015年4月在闽江河口鳝鱼滩湿地原位开展氮、硫添加实验,研究外源氮、硫添加对河口湿地CH_4、CO_2排放通量的短期影响,并同步观测相关环境因子.结果表明,NH_4Cl(NH)和NH_4NO_3+K_2SO_4(NS)添加显著促进了河口湿地CH_4平均排放通量(P0.01),NS耦合添加显著促进了湿地CO_2平均排放通量(P0.05);KNO_3(NO)和K_2SO_4(S)处理在实验期间对CH_4、CO_2排放通量表现为促进与抑制作用的交互影响,并且影响均不显著(P0.05).与对照(CK)相比,NH和NS添加使CH_4平均排放通量分别提高了(286.36%、122.73%),使CO_2平均排放通量分别提高了(39.92%、34.24%).氮、硫添加对河口潮滩湿地CH_4、CO_2排放的影响具有明显的时间变异性,改变了短叶茳芏湿地生长季CH_4排放时间变化规律,但未改变CO_2排放时间规律.相关分析显示,NH和NS添加处理下河口湿地土壤CH_4、CO_2排放通量主要受土温、EC、DOC以及NH+4-N的控制(P0.05或P0.01),NO和S处理主要受土温、EC、pH、DOC、NO_3~--N的控制(P0.05或P0.01),CK处理则主要受土温的影响(P0.01).温度、盐度、氮有效性是影响河口湿地CO_2、CH_4排放的主要因素.     

河滨修复湿地不同植物配置对甲烷排放的影响

为了探讨河滨修复湿地在不同条件下CH₄的排放规律及降低CH₄排放的调控途径,以自行设计和建造的河滨湿地为研究对象,对植物种类配置及植株密度进行人为调控,运用静态箱-气相色谱法测定CH₄排放通量. 结果表明:①CH₄排放通量具有明显的季节性变化规律,其中夏季最大,占全年CH₄总排放量的50%以上;冬季最小,低于全年CH₄总排放量的5%. ②植物种植会明显增加CH₄的排放,不同植物类型通过改变w(SOC)(SOC为土壤有机碳)、气体传输机制以及产CH₄菌群落来改变湿地的CH₄排放,4种供试植物中,通气组织较发达的芦苇和水葱湿地CH₄排放通量分别为(1.98±0.78)和(1.41±0.58)mg/(m2·h),显著低于黄菖蒲的(6.77±1.92)mg/(m2·h). ③提高植株密度可以通过增加输气通道和提高w(SOC)来促进湿地CH₄排放,黄菖蒲植株密度为150株/m2时,CH₄平均排放通量为(10.31±2.56)mg/(m2·h),比植株密度为56株/m2时高出近30%. 因此,建议在新建和修复河滨湿地的设计和建造过程中,种植芦苇和水葱等通气组织较发达的植物,并在满足湿地修复、生态环境保护和景观营造等要求的前提下,适当控制植株密度,以有效减少CH₄排放.      

北方典型设施菜地土壤CO2排放特征

为研究我国北方典型设施菜地的土壤CO₂排放特征及其影响因素,通过原位监测手段,研究山东省寿光市农田转变为不同种植年限（6、12 a）设施菜地及设施菜地荒废12 a后土壤CO₂排放规律及影响因素.结果表明:①种植6 a设施菜地较农田具有较高的土壤CO₂排放量,可能是由于设施菜地种植过程中大量施加有机肥造成的,并且设施菜地土壤温度及含水率较高,增加了土壤蔗糖酶活性,加剧土壤CO₂排放.②当种植年限超过10 a,设施菜地施肥量减少,降低了土壤微生物可利用底物的供应.因此,种植12 a设施菜地土壤CO₂排放量降至农田水平.③种植6 a设施菜地土壤的w（DOC）（DOC表示水溶性有机碳）比农田较高.④土壤CO₂排放年内分配不均匀,表现为农田及荒废设施菜地土壤CO₂排放主要集中在5—8月,其排放量占全年的75.09%、87.02%,峰值出现在7月.种植6 a设施菜地土壤CO₂排放主要集中在5—8月和11月—翌年2月,两阶段排放量分别占全年的48.48%、42.34%,峰值分别出现在7月、12月.研究显示,农田转变为设施菜地短期（种植6 a）内可显著促进土壤CO₂排放及DOC的输出,但随着种植年限延长至12 a,土壤CO₂排放降至农田水平.