工业园区氮代谢——以江苏宜兴经济开发区为例

以江苏宜兴经济开发区为例,基于物质流分析构建了工业园区的氮代谢网络和分析方法,解析了工业园区中产业系统和污水处理系统的氮代谢途径和通量。研究表明,氮物质流系统的源和汇比磷物质流系统多,流通量大且较为集中;氮肥生产、纺织印染和食品加工行业是宜兴经济开发区的主要氮排放源;企业自备处理设施除氮效果较好,去除率约79%,而污水处理厂由于设计和运行等原因氮去除率较低,约57%;生活污水氮去除率低;直接排入水体的降水造成的水体负荷约28%。由此,建议企业继续完善企业内处理设施,对集中污水处理厂进行脱氮除磷提标改造,同时加强对园区内生活污水、生活垃圾和企业固体排放物的管理。     

城市居民食物氮消费变化及其环境负荷——以厦门市为例

食物消费是城市养分流动的重要环节,以厦门市为例,分析了1988—2009年居民食物氮素消费的变化特点,分析与其变化相关的经济、社会因素,并探讨了居民食物氮素消费变化所带来的环境负荷。研究结果表明,厦门市人均食物氮消费量变化与食物消费量变化并不完全一致,人均氮消费量2000年以前维持在3.29 kg N.人-1.a-1,2000年以后呈现波动性的增长,2004年达到最高值4.00 kg N.人-1.a-1。厦门市食物氮素消费总量增长幅度较大,由1988年的0.54万t增至2009年的1.50万t。同时,粮食在食物氮消费量中所占比例由45.5%下降到15.9%。畜禽肉、奶制品所占比例分别由25.0%和0.4%上升至29.8%和8.8%。通过将相关经济、社会因素与居民食物氮消费量进行相关性分析表明,人均可支配收入、食物价格指数、具有大学学历以上人口比重均与其联系较为密切,呈正相关;恩格尔系数、平均家庭人口数与居民食物氮消费量呈负相关。通过选取1988、1994、2001、2008年分析居民食物氮素消费造成的环境氮负荷发现,由其带来的环境氮负荷量由3509.12t增加至7629.36t,约90%的氮素进入了土壤和水体。其中,进入土壤的氮素占进入环境氮总量的比例由37%增长到60%,进入水体的氮素比例由57%降至35%。     

城镇化对我国食物消费系统氮素流动及循环利用的影响

城镇化的快速发展,在改变养分氮素流动模式的同时带来了巨大的生态环境压力和严重的污染问题.以1982年、1992年和2002年我国城镇与农村居民食物消费系统氮素流动为对象,采用物质流分析方法,探讨了城镇化对氮素流动特征及循环利用率的影响.结果表明:2002年我国城镇居民人均消费氮量为4.770kg,高于农村居民(4.314kg)10%.1982年到2002年,随着城镇化率的提高,城镇居民消费的食物氮提高了145.3%,农村减少了8.1%;城镇排入水体环境的氮增加了18.4倍,而氮素循环利用率只有13.0%,降低了40个百分点.情景分析结果表明,如果在人口增加的同时,食物结构达到国家营养纲要的标准,到2010年我国植物性氮消费量比2002年将增多142.3万t,增加了37.6%,动物性氮消费量将增多53.8万t,增加了 27.1%,城镇产生的粪尿和垃圾中氮将增加126万t.因此,伴随城镇化快速发展,在带来食物氮素需求和环境排放氮素大幅度增加的同时,也会对动植物生产带来巨大压力.     

城镇化对我国食物消费系统氮素水体排放的影响

城镇化的快速发展,将带来巨大的生态环境压力和严重的污染问题.以1982年、1992年和2002年我国城镇与农村居民食用氮的流动去向为对象,探讨了城镇化对氮素水体排放的影响.结果表明:城镇居民食用氮与排泄的粪尿氮高于农村居民;人均排入水体氮量,1982年城镇与农村居民大体相当,1992年、2002年城镇居民是农村居民2.8倍;粪尿氮排入水体比率,1982年城镇与农村基本相当,在7.5%左右,但到2002年城镇粪尿氮排入水体比率高达56.7%,城镇比农村要高34个百分点.情景分析结果表明,如果在人口增加的同时还要改善食物结构增加蛋白质摄入量, 2020年粪尿氮总产生量将增加121～155万t,排入水体氮量也将增加41～64万t.提高粪尿还田率、污水处理率及氮的去除率可以降低粪尿氮排入水体比率.     

食物源CNP的城市代谢特征——以厦门市为例

基于元素流分析原理,将食物源碳氮磷3种元素在城市系统中的代谢特征进行耦合分析,追踪以"食物消费"、"废物处置"、"人体代谢"为主要环节的食物碳氮磷代谢过程,发掘其中共同的代谢环节,明晰3种元素代谢路径、代谢通量及其影响因素的差异,并对厦门市1991—2010年食物源碳氮磷城市代谢进行案例分析。结果表明,食物源碳氮磷城市代谢中通量最大的代谢路径是"食物—食物摄入—人体粪尿—未还田粪尿—污水处理—污泥—污泥填埋—土壤";食物源碳氮磷城市代谢主要引起土壤和水体的环境负荷加重;厨余垃圾中碳氮磷占食物源的比例分别为13.7%、32.2%、70.3%,在整个代谢过程中具有最大的减量管理潜力。提出优化代谢过程、减少碳氮磷环境负荷的若干对策建议,包括增大食物的有效食用比例、资源化利用污泥和厨余垃圾等。     

土壤乙烯产生和氧化的研究进展

乙烯作为植物生长调节素及挥发性有机气体影响着植物生长和大气环境质量。有关土壤源乙烯产生和氧化特征,已发表的文献偏重实验室过程研究,很少涉及野外观测实验;陆地生态系统中土壤源乙烯行为有可能影响到植物生长及区域大气环境,大气环境变化(如水热状况和氮/酸沉降等)势必引起陆地土壤理化和生物学特性发生改变,进而影响土壤源乙烯产生和氧化过程。根据以前出版的文献,就土壤理化性质及外源碳氮施加、土壤微生物和重金属行为等对影响土壤乙烯产生和氧化作了详细综述,并简要阐述根际土壤乙烯产生和氧化以及不同土地利用方式对土壤乙烯产生和氧化的影响。指出应加强大气氮/酸沉降对典型林地土壤乙烯产生和氧化的影响机制以及不同土地利用方式下土壤乙烯产生和氧化的原位观测等方面的研究;同时也应关注不同成熟林型及森林演替不同阶段土壤理化和生物学特性跟乙烯产生和氧化的关联,明确土壤微生物(如细菌和真菌等)对此的相对贡献程度,利于丰富陆地土壤乙烯产生和氧化等有关科学认识,寻求适宜措施减少陆地土壤源乙烯产生潜势。     

城乡居民食物氮足迹估算及其动态分析——以北京市为例

氮足迹作为一种评价氮排放影响的新兴测度方法,已被用来衡量人类活动造成的环境影响。食物消费是城市营养元素流动的重要环节,其产生的氮足迹反映了维持一个城市人口的基本食物需求所导致的活性氮排放以及对周边环境的影响。以北京市为例,基于N-Calculator模型的基础上,估算了1980—2012年居民食物氮足迹,分析其变化特点及其与经济社会因素之间的关系。结果表明:北京市居民人均食物氮足迹变化与食物消费量变化趋势相似,城镇居民氮足迹呈持续增长后渐趋平稳,在14.69—22.58 kg(N)/a之间波动,平均为17.78 kg(N)/a,接近发达国家水平;农村居民氮足迹呈小幅减少趋势,在10.81—15.28kg(N)/a之间波动,平均为12.72 kg(N)/a。其中,高氮含量食物在城乡居民人均食物氮足迹中所占比例都有所增加,以肉类为主的荤食比例分别由27%和10%上升至41%和31%;以奶类为主的副食比例由7%和1%上升至18%和13%。城镇居民食物氮足迹与人均可支配收入呈正相关,与恩格尔系数和平均家庭人口数呈负相关,而农村居民食物氮足迹与各因子的相关关系则与前者相反。此外,北京市食物氮足迹总体呈增长趋势,年均增加约8066 t(N)/a。城镇居民当前的饮食消费模式不利于减缓北京区域食物氮足迹高通量的剧增趋势,更多的农村及外来人口进入城镇将加速区域氮足迹增长。食物氮足迹的估算能为居民改变高氮消费模式提供参考,进而促进城市的低氮发展。     

全球森林土壤N2O排放通量的影响因子

森林生态系统在全球变暖格局下的地位和作用,尤其是土壤氮库对大气氮沉降增加的响应逐渐成为全球变化研究的热点。本文通过对已有文献资料的调研和整理,分析了1984—2009年间全球38个森林土壤N2O排放通量的野外原位观测结果的分布特征,评估了森林土壤N2O年排放累积通量对大气氮素沉降量和水热条件等因子变化的响应。结果表明,全球森林土壤N2O排放通量的平均值为0.47kgN·hm-2·a-1,而且土壤N2O释放通量随着纬度增加逐渐降低。作为一个复杂的生态过程,土壤N2O累积释放量同样受到年均温、年降水量以及土壤属性的显著影响。其中全球森林土壤N2O释放温度敏感性系数(Q10值)约为1.5。另外,森林土壤N2O排放通量也随着氮沉降量的增加而显著增大,大气氮沉降量可解释土壤N2O排放通量在不同区域之间53%的差异;土壤pH、年均温和大气氮沉降量可以解释区域森林土壤N2O排放通量变化的55%。     

青藏高原高寒草甸土壤CO2排放对模拟氮沉降的早期响应

研究大气氮沉降输入对青藏高原高寒草甸土壤-大气界面CO₂交换通量的影响,对于准确评价全球变化背景下区域碳平衡至关重要。通过构建多形态、低剂量的增氮控制试验,利用静态箱-气相色谱法测定土壤CO₂排放通量,同时测定相关土壤变量和地上生物量,分析高寒草甸土壤CO₂排放特征及其主要驱动因子。研究结果表明:低、高剂量氮输入倾向于消耗土壤水分,而中剂量氮输入有利于土壤水分的保持;施氮初期总体上增加了土壤无机氮含量,铵态氮累积效应更为显著;施氮显著增加地上生物量和土壤CO₂排放通量,铵态氮的促进效应显著高于硝态氮。另外,土壤CO₂排放通量主要受土壤温度驱动,其次为地上生物量和铵态氮储量。上述结果反映了氮沉降输入短期内可能刺激了植物生长和土壤微生物活性,加剧了土壤-大气界面CO₂排放。     

氮素类型和剂量对寒温带针叶林土壤N2O排放的影响

大气氮沉降输入会增加森林生态系统氮素有效性,进而改变土壤N_2O产生与排放,然而有关不同氮素离子(氧化态NO_3~--N与还原态NH_4~+-N)沉降对土壤N_2O排放的影响知之甚少。以大兴安岭寒温带针叶林为研究对象,构建了3种类型(NH_4Cl、KNO_3、NH_4NO_3)和4个施氮水平(0、10、20、40 kg N hm~(-2)a~(-1))的增氮控制试验,利用流动化学分析仪和静态箱-气相色谱法4次/月测定凋落物层和矿质层土壤无机氮含量、土壤-大气界面N_2O净交换通量以及相关环境因子,分析施氮类型和剂量对土壤氮素有效性、土壤N_2O通量的影响探讨氮素富集条件下土壤N_2O通量的环境驱动机制。结果表明:施氮类型和剂量均显著影响土壤无机氮含量,土壤NH_4~+-N的积累效应显著高于NO_3~--N。施氮一致增加寒温带针叶林土壤N_2O排放,NH_4NO_3促进效应最为明显,增幅为442%-677%,高于全球平均水平(134%)。土壤N_2O通量与土壤温度、凋落物层NH_4~+-N含量正相关,且随着施氮水平增加而增加。结果表明大气氮沉降短期内不会导致寒温带针叶林土壤NO_3~--N大量流失,但会显著促进土壤N_2O的排放。此外,外源性NH_4~+和NO_3~-输入对土壤N_2O排放的促进作用具有协同效应,在未来森林生态系统氮循环和氮平衡研究中应该区分对待。     

南京城市化食物生产消费系统氮素流动变化

城市化的发展对食物生产消费过程中氮素的流动产生了一定的影响。以1995—2012年南京市食物生产消费变化为基础,分析了食物生产消费过程中氮素的流动变化及其引起的环境负荷。结果表明,农村和城镇人均食物氮消费量分别由1995年的5.09 kg人~(-1)a~(-1)和3.04 kg人~(-1)a~(-1)下降至2012年的4.11 kg人~(-1)a~(-1)和2.65 kg人~(-1)a~(-1);与1995年相比,南京市食物消费代价降低了39.29%;农田系统和畜禽养殖系统氮素综合利用率由1995年的18.71%增加至2012年的24.34%,整体低于全国水平,大量的氮素进入环境;1995年食物链引起氮素的环境负荷为100.49 Gg N/a,到2012年下降至69.90 Gg N/a,下降了30.44%。南京城市化的发展增加了食物进口,会使食物生产地的氮环境负荷大幅度增加。     

城市居民食物磷素消费变化及其环境负荷——以厦门市为例

城市磷代谢不但关系到居民食品安全,还影响到城市生态系统的环境质量.快速的城市化进程及由此带来的居民生活水平的提高,会改变食物消费的数量、质量和结构,从而对城市磷代谢产生重要影响.分析了1988-2010年厦门市经食物消费进入城市系统的磷素变化动态,在此基础上对人均食物磷消费量与相关社会经济因子进行了Spearman相关分析,并计算了居民食物磷素消费的环境负荷.研究结果表明:(1)随着厦门城市化进程的推进,食物磷素消费总量波动上升;人均食物磷素消费量呈M型变化,两个峰值分别出现在1998年和2003年;高磷含量食物如奶制品、水产品,在人均食物磷素消费量中所占比例剧增,分别由0.3％和6.8％上升至14.9％和15.5％.(2)人均粮食磷素消费量与恩格尔系数、平均家庭人口数呈高度正相关,与人均可支配收入、食物价格指数以及具有大学学历以上人口比重呈高度负相关;而植物油、瓜果、畜禽肉、蛋类、奶类和水产品磷素消费量则与粮食所呈现的相关性相反.(3)随着食物磷素消费总量的增加,磷素的环境负荷总量也呈剧增趋势,尤其进入土壤的磷素量剧烈上升,所占比例由59.7％增至85.1％,这可能与禁磷措施的实行、污水处理率的提高、处理工艺的改进等有关.     

典型移民城市食物氮足迹估算分析——以深圳市为例

城市食物源氮消费产生的环境排放是全国氮污染的重要源头,城市食物氮足迹评估可反映维持城市人口基本食物需求的活性氮排放以及对周边环境的潜在影响。以典型移民城市深圳市为例,基于改进N-Calculator模型的基础上,估算了2010-2015年间因城市人口流动导致的城市食物氮足迹变化,并分析其时空异质性及其与城市化间的关系。结果表明：深圳市不同类型城市居民食物氮足迹不一致,其中常住户籍居民人均食物氮足迹从14.63 kg N a^-1增加至15.17 kg N a^-1,高于非户籍居民食物氮足迹13.09 kg N a^-1,其主要体现在瓜果、肉类、水产品等食物消费上。总体上,深圳城市食物氮足迹呈增长趋势,5年增幅11.50%,增幅最大为常住户籍居民食物氮足迹,但目前深圳非户籍居民的食物消费主导着城市食物氮足迹。深圳城市内部区域食物氮足迹呈高度空间异质性与聚集性,各区域增长量差异明显,街道尺度城市食物氮足迹增长热点主要分布在城市的西部沿海区域,部分热点区域单位增长量数量级比肩区级尺度单位的增长量,城市区域食物氮足迹与人口城市化的关联性不明显,但与经济城市化存在一定的关联性。当前城市移民落户趋势及居民高氮饮食倾向不利于城市氮足迹的削减,减少食物生产上游活性氮流失为深圳市贯彻粤港澳大湾区协同可持续发展的关键。     

Features and influencing factors of carbon emissions indicators in the perspective of residential consumption: Evidence from Beijing,China

This research establishes a residential indirect carbon emissions model through input–output structure decomposition analysis (IO-SDA) and LMDI, analyses the influencing factors affecting urban and rural residential carbon emissions indicators in Beijing through input–output tables from 2000 to 2010, and calculates the direct carbon emissions from residential consumption. As the results suggest, the total carbon emissions from residential consumption in Beijing showed volatility. Growing rural and urban differences in direct emissions, and for indirect emissions, mean that urban greatly exceeds rural in this regard. Rising per capita GDP and population, as well as intermediate demand and sectoral emissions intensity change induce growth in indirect emissions in both urban and rural settings: of which, per capita GDP contributes the most. Declining energy intensity contributes the most to emission reductions, followed by residential consumption rates, the rural to urban consumption ratio and consumption structure effects are much smaller.     

北京城市化进程中家庭食物碳消费动态

不可持续的家庭消费是造成全球环境问题的主要原因,食物碳消费研究是促进可持续家庭消费的重要内容。基于政府宏观统计数据,分析北京城市化进程中城市家庭食物碳消费的变化趋势和影响因素。结果表明,与1979年相比,1999年北京城市家庭人均及户均食物消费量分别减少了15.2%和38.6%,而食物碳消费总量增加了28.5%,食物碳消费结构由“以粮食为主”转变成“以粮食和肉类为主”。城市化进程中,以1993年为界,家庭食物人均及户均碳消费量均由明显减少趋势转变为明显增长趋势,变化的主要原因由“食物消费结构变化引起的人均谷物类碳消费量的减少”转变为“人均食物消费量增加引起的人均肉类碳消费量的增加”。北京城市家庭已基本完成食物消费结构的转变,人均食物消费量仍继续增加。GDP指数是影响人均食物碳消费量的主要经济因素,经济的继续增长可能带来人均食物碳消费量的增加,北京城市家庭食物碳消费尚未达到稳定状态。     

Contribution of Urban Water Supply to Greenhouse Gas Emissions in China

Greenhouse gas (GHG) emissions from energy use in the water sector in China have not received the same attention as emissions from other sectors, but interest in this area is growing. This study uses 2011 data to investigate GHG emissions from electricity use for urban water supply in China. The objective is to measure the climate cobenefit of water conservation, compare China with other areas on a number of emissions indicators, and assist in development of policy that promotes low‐emission water supply. Per capita and per unit GHG emissions for water supplied to urban areas in China in 2011 were 24.5 kilograms carbon dioxide equivalent (kg CO₂‐eq) per capita per year and 0.213 kg CO₂‐eq per cubic meter, respectively. Comparison of provinces within China revealed that GHG emissions for urban water supply as a percentage of total province‐wide emissions from electricity use correlate directly with the rate of leakage and water loss within the water distribution system. This highlights controlling leakage as a possible means of reducing the contribution of urban water supply to GHG emissions. An inverse correlation was established between GHG emissions per unit water and average per capita daily water use, which implies that water demand tends to be higher when per unit emissions are lower. China's high emission factor for electricity generation inflates emissions for urban water supply. Shifting from emissions‐intensive electricity sources is crucial to reducing emissions in the water supply sector.     

煤电一体化开发对锡林郭勒盟环境经济的影响

国家“十二五”规划确定将在内蒙古锡林郭勒盟建设国家重点大型煤电基地.煤电一体化开发将大大地推动锡盟的区域经济发展,但也可能会对这一典型草原地区和重要生态屏障地区的生态环境造成不利影响.采用物料平衡法和指数增长模型对2001-2009年锡林郭勒盟SO2排放量与人均GDP做了相关性分析,发现二者关系基本符合环境库兹涅茨曲线,呈较缓和倒U型曲线,拐点在人均GDP35000-40000元,目前已过曲线拐点,SO2排放量缓步下降.对锡盟煤电一体化开发情景下(2012-2020)的SO2排放及人均GDP进行预测,结果显示SO2排放量将随经济发展呈上升趋势,表明煤电一体化开发会使环境库兹涅茨曲线的拐点后延,虽然到2020年SO2排放量仍然没有超出区域大气环境容量,但将接近环境容量极限,会给当地环境带来明显压力;基于以上判断,进而从制度、技术、市场三方面出发,探讨了促进锡盟煤电一体化产业建设与环境保护协调发展的对策.