长江上游农业源溪流雨季中N2O间接排放特征

农业源溪流与农田生态系统有着紧密的水文连接,其会随着农业非点源氮(N)污染的加剧而成为重要的N汇和氧化亚氮(N_2O)间接排放源.本研究采用静态暗箱-气相色谱法于2015年6~9月(所研究区域的雨季)原位测定了长江上游紫色土丘陵区农业源溪流的N_2O间接排放通量.结果表明,农业源溪流雨季中N_2O平均排放通量为12. 8μg·(m~2·h)~(-1),接近其所在区域内同季节农田的N_2O直接排放水平,是重要的农业N_2O间接排放源.该农业源溪流中N_2O间接排放系数值(EF5r=0. 01%)远低于IPCC的建议值(0. 25%)和重新计算的全球平均值(0. 20%),然而,全球EF5r的现有数据量仍十分有限、且有较大的空间差异,应加强对此类N_2O间接排放的研究,从而进一步修正EF5r的精度、减少N_2O间接排放估算的误差.本研究的N_2O间接排放通量与水中NO-3-N浓度正相关,反硝化是N_2O的主要产生过程.雨季中较强的降雨(如连续降雨日内降雨 9 mm)可促进溪流中NO-3-N浓度在雨后短期内急剧升高,进而激发水中N_2O间接排放通量的明显增加.     

长江上游典型山地农业小流域浅层地下水硝态氮时空变异特征及影响因素

长江上游山区以浅层地下水作为主要供水水源,但其极易受到农业生产等活动所导致的硝态氮(NO^-₃-N)污染.本文选取长江上游典型山区农业小流域作为研究对象,对土地利用与管理强度和水文地质条件等进行了野外调查,阐明其浅层地下水NO^-₃-N时空变异特征并分析其影响因素.结果表明,研究小流域地下水中NO^-₃-N质量浓度变化范围为0.40～12.51 mg·L^-1,超标率近30%.受降雨和管理强度影响,丰水期降雨量和施肥量增加,土壤中氮素在降雨驱动下淋溶流失进入浅层地下水,呈现出丰水期NO^-₃-N质量浓度(6.73 mg·L^-1)高于枯水期NO^-₃-N质量浓度(6.28 mg·L^-1)的时间变异特征.在空间上,小流域地下水中NO^-₃-N质量浓度呈现坡耕地和居民区集中分布的截...     

亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N2O还原的影响

本试验通过批次试验考察了亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N2O还原的影响.结果表明NO2--N初始浓度为5.92~35.23mg/L时,随着NO2--N浓度的增加,反硝化过程中N2O的积累量逐渐增加;当NO2--N浓度为35.23mg/L时,NO2--N还原量的46.26%被转化为N2O.通过对比试验得出,N2O还原酶与亚硝酸盐还原酶对电子的竞争和游离亚硝酸(FNA)对N2O还原酶的抑制会导致N2O比还原速率下降,造成反硝化过程N2O积累.基于上述试验结果提出,污水处理厂可通过调控运行条件控制NO2--N浓度,降低反硝化过程的N2O的产生与释放;也可以通过短程硝化提高NO2--N浓度,促进反硝化过程N2O的积累,再通过N2O氧化甲烷减少N2O排放,同时提高产能37%.     

有机无机肥配施对不同程度盐渍土N2O排放的影响

选取内蒙古河套灌区轻度盐渍土S_1(EC为0.46 dS·m~(-1))及中度盐渍土S_2(EC为1.07 dS·m~(-1))为研究对象,在等施氮量条件下,采用静态箱-气相色谱法研究了不同有机无机肥配施比例:CK(不施肥)、U_1(240 kg·hm~(-2)化肥)、U_3O_1(180 kg·hm~(-2)化肥+60 kg·hm~(-2)有机肥)、U_1O_1(120 kg·hm~(-2)化肥+120 kg·hm~(-2)有机肥)、U_1O_3(60 kg·hm~(-2)化肥+180 kg·hm~(-2)有机肥)和O_1(240 kg·hm~(-2)有机肥)对春玉米农田土壤N_2O排放的影响,旨在明确不同施肥策略下土壤N_2O排放特征,为制定盐渍化农田合理的减排措施提供理论依据.结果表明, 2种不同程度盐渍化土壤N_2O排放存在显著差异,同一处理S_2土壤N_2O排放总量较S_1土壤高出11.86%～47.23%(P0.05).各施肥处理对土壤N_2O排放通量影响趋势基本一致,即施肥后出现排放高峰,基肥和追肥后累积排放量占整个生育期排放量60%左右.适当施入有机肥可以显著降低土壤N_2O排放,S_1和S_2盐渍土分别以U_1O_1及O_1处理N_2O排放量最小,较U_1处理显著降低33.62%和28.51%(P0.05),同时可以获得较高的玉米产量.各施肥处理N_2O排放通量与土壤NH~+_4-N呈极显著正相关关系(P0.01),而与土壤NO~-_3-N含量呈负相关关系,表明硝化作用是盐渍化玉米农田N_2O产生的主要途径,配施有机肥可以持续减少土壤NH~+_4-N供给而减少N_2O的排放.从玉米产量及减少温室效应的角度,得到本地区适宜的施肥管理模式:轻度盐渍土为120 kg·hm~(-2)有机肥+120 kg·hm~(-2)化肥,中度盐渍土为240 kg·hm~(-2)有机肥.     

太湖氧化亚氮(N2O)排放特征及潜在驱动因素

氧化亚氮（N₂O）是《京都议定书》规定的6种温室气体之一,其百年增温趋势是CO₂的298倍,大气N₂O浓度在持续快速增长中.浅水湖泊是大气N₂O的重要来源,为探讨富营养湖泊太湖N₂O排放的时空变化及潜在驱动因素,于2月（冬）和8月（夏）不同季节下在太湖进行野外观测,采用扩散系数-顶空瓶法观测表层水体N₂O浓度［c（N₂O）］和排放通量［F（N₂O）］,并讨论分析N₂O排放的潜在驱动因素.由于溶解性有机物（DOM）光谱是溶解性有机碳（DOC）及溶解性有机氮（DON）来源组成的有效示踪指标,其迁移转化过程亦会释放大量无机氮,改变水体氧化还原电位,因而也能影响N₂O排放.结果表明,太湖表层水体N₂O的浓度和排放通量表现出的时间变化及空间变化强烈受到季节（水温）差异和营养水平的共同影响,其表层水体c（ČN₂O）均值为（19.7±2.7） nmol·L^-1,F（N₂O）均值为（41.1±1.8）μmol·（m²·d）^-1,两者均表现为夏季高于冬季（t-test,P<0.01）;DOM和DOC等有机质的输入累积能够提高水体N₂O的产生和排放潜力,其中N₂O排放通量与水体类腐殖质组分C1显著正相关,表征陆源输入的荧光峰积分比值I_C ：I_T及芳香性指标S_275-295都表明西北入湖河口区积累了大量陆源类腐殖酸,其转化降解对N₂O的产生及排放有较大的贡献.结果显示水温、DOM组成来源和营养水平等均是影响太湖水体N₂O排放的重要因素.长期连续观测能更好地全面评估各种因素对水体N₂O产生及排放的影响并科学合理地制定减排方案.     

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.     

太湖地区湖水与河水中溶解N2O及其排放

水体是N₂O排放的重要来源.2000-09～2001-09,每月2次采样(重复3次)连续监测太湖地区太湖和大运河水体N₂O排放通量和水中溶解的N₂O浓度,还同时监测不同深度水样中的N₂O浓度.结果表明,太湖N₂O-N的年均排放通量为3.53 μg/(m²·h),而大运河已高达122.5,μg/(m²·h).太湖湖水中溶解N₂O-N浓度为0.36μg/L,大运河河水中浓度高达11.31μg/L,浅水型水体是N2O排放的源.结果还表明,不同深度水中N2O浓度差异不明显,而时间差异显著.水面N2O的排放通量和水中溶解的N2O浓度呈显著正相关关系,二者又都与水温呈显著正相关. .     

对比研究生物炭和秸秆对麦玉轮作系统N2O排放的影响

基于华北集约化农田麦玉轮作系统,对比研究了添加生物炭和秸秆还田对整个轮作周期土壤N₂O排放的影响,为农田土壤N₂O减排和秸秆的资源化利用提供理论依据.试验共设4个处理：①对照（CK）;②生物炭9.0 t·（hm²·a）^-1（C）;③秸秆全量还田（SR）;④在全量秸秆还田的基础上添加生物炭9.0 t·（hm²·a）^-1（C+SR）.结果表明,小麦季,C处理土壤N₂O排放略有降低但差异不显著,SR和C+SR处理促进了土壤N₂O的排放（47.4%和71.8%）;玉米季,C处理降低了土壤N₂O的排放（29.8%）,SR和C+SR处理促进了土壤N₂O的排放（13.4%和35.8%）;小麦季,土壤含水量、NH₄⁺-N和MBN含量是影响土壤N₂O排放的主要环境因子;玉米季,NO₃^--N、NH₄⁺-N和MBC含量是影响土壤N₂O排放的主要环境因子.因此,生物炭对农田N₂O具有巨大的减排潜力,而秸秆直接还田不利于减少N₂O排放,并且在秸秆还田基础上添加生物炭并不能改善这种影响,今后应加强对秸秆腐熟还田技术的研究.     

厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.     

卫河新乡市区段春季溶解CH4与N2O浓度特征

对卫河新乡市区段春季CH_4与N_2O浓度进行调查分析,初步探讨了城市河流中典型温室气体的溶存量空间变化及其影响因素.结果表明,受到水中污染物质浓度及人类活动影响,春季卫河表层水中CH_4与N_2O浓度处于超饱和状态,饱和度分别为147.59~2 667.85和4.06~188.25.影响市区内N_2O浓度的主要环境因素为NH~+_4-N(P0.01),而新区污水处理厂排水输入显著提高了N_2O的溶存量,说明污染物类型影响温室气体的产生和积累,NH~+_4-N的硝化过程是城市河流N_2O产生的主要来源.逐步回归分析表明CH_4浓度是NH~+_4-N浓度与水温的相关函数,其中CH_4浓度与NH~+_4-N极显著相关(R2=0.70,P0.01),说明春季卫河中NH~+_4-N浓度是影响卫河春季CH_4溶存的关键因素.此外研究结果显示在NO~-_3-N浓度较低并且NH~+_4-N浓度高时水中CH_4与N_2O浓度具有显著正相关关系,表明有效态氮浓度差异影响CH_4与N_2O产生过程的耦合机制.     

三峡库区及其下游溶解氧化亚氮(N2O)分布和释放

氧化亚氮(N_2O)是一种重要温室气体,对全球变暖具有重要影响.河流和水库是释放N_2O的活跃区域,但是目前对于温带和亚热带水库及其下游河道释放N_2O的研究相对较少.分别于2009年9～10月和2016年10月对长江三峡水库及其下游干流进行了调查,对库区水体溶解N_2O的浓度分布、释放通量及其影响因素进行了研究,探讨了筑坝和水库运行对长江N_2O分布和释放的可能影响.结果表明秋季三峡库区表层(～0 m)、底层(6～103 m)水体溶解N_2O平均值为(12. 49±1. 75)nmol·L-1和(11. 21±0. 91) nmol·L-1.秋季库区水体N_2O浓度变化较小,和三峡坝下干流站位无显著差异(P 0. 05).三峡库区水体N_2O与氨氮(NH4+)、亚硝态氮(NO2-)呈显著负相关(P 0. 05; P 0. 01),与硝态氮(NO3-)呈正相关(P 0. 01). 2016年和2009年10月三峡水库表层N_2O均处于过饱和状态,饱和度范围分别为114%～187%和122%～170%,库区N_2O平均释放通量分别为(4. 6±2. 4)μmol·(m2·d)-1和(16. 6±4. 9)μmol·(m2·d)-1.两次调查中大坝下游N_2O平均释放通量(6. 0±7. 0)μmol·(m2·d)-1,虽然三峡库区水面释放N_2O通量低于全球水库的平均水平,但是三峡库区仍是大气N_2O不可忽视的源.大坝下泄水和发电未造成库区和大坝下游N_2O浓度出现显著差异.运行多年以来三峡库区已进入平稳期,2009年和2016年秋季N_2O浓度无明显变化.     

碳底物含量对厌氧条件下水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放的影响

理解底物碳氮对厌氧条件下水稻土排放氮素气体——氮气(N2)、氧化亚氮(N2O)和一氧化氮(NO)以及二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的影响,有助于制定合理的温室气体减排措施,定量了解反硝化产物组成对碳底物水平的依赖性,也有助于氮转化过程模型研发中制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究采用粉砂壤质水稻土为研究对象,设置对照(CK)和加碳(C+)两个处理,前者的初始硝态氮和可溶性有机碳(DOC)含量分别为~50 mg·kg-1和~28 mg·kg-1,后者的分别为~50 mg·kg-1和~300 mg·kg-1.采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定系统,研究了完全厌氧条件下碳底物水平对上述气体排放的影响.结果表明,CK处理无CH4排放,而C+处理可观测到CH4排放;C+处理的综合增温潜势显著高于CK处理(P<0.01);NO、N2O和N2排放量占这3种氮素气体排放总量的比重,在CK处理分别约为9%、35%和56%,在C+处理分别约为31%、50%和19%,处理间差异显著(P<0.01).由此表明,碳底物水平可显著改变所排放氮素气体的组成;对于旱地阶段硝态氮比较丰富的水稻土,避免在淹水前或淹水期间施用有机肥,有利于削减温室气体排放.     

深圳再生水补水河流溶解N2O空间分布和产生机制

为了探究在再生水回补城市河流的条件下河流N₂O的微生物产生过程及其空间变化特征,以深圳市西乡河为研究对象,分析了河水中c（溶解性N₂O）、c（NH₄+-N）、c（NO₃--N）、δ15Nbulk-N₂O、δ18O-N₂O、同位素异位体位嗜值（site preference,SP）及其他环境因子,并基于端元混合模型和同位素分馏模型定量计算硝化和反硝化作用对河水中N₂O贡献百分比.结果表明:①随着流速降低,西乡河河水从上游的好氧环境逐渐发育成中下游的厌氧环境.②再生水进入西乡河后河水c（溶解性N₂O）从1.36 μmol/L沿程降至0.19 μmol/L;相关性分析表明,影响c（溶解性N₂O）的主要因素为ρ（DO）（R2=0.800,P < 0.01）和c（CH₄）（R2=-0.736,P < 0.01）.③硝化和反硝化作用对河水中N₂O贡献率分别为14.36%~80.53%和19.47%~85.64%;N₂O的来源在好氧河段中以硝化作用为主,在厌氧河段则以反硝化作用为主;N₂O还原成N₂的比例与ρ（DO）具有显著负相关关系（R2=-0.782,P < 0.01）.研究显示,再生水回补城市河流引入了较高质量浓度的N₂O和NO₃--N,而河道的厌氧环境促进河水中N₂O还原成N₂,下游河流成为N₂O的汇.