两种温室气体排放方案下我国水稻产量变化模拟

利用最新的温室气体和SO₂排放方案,即政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)的A2和B2方案,通过区域气候模式PRECIS和作物模型CERES-Rcie相嵌套,在50 km×50 km网格尺度下,模拟了未来2080年我国水稻产量的变化.结果表明,两种温室气体排放方案下,我国水稻的年平均单产水平各地有增有减,增产地区主要集中在长江及长江流域以南地区,其中四川和湖北交界的山区增产幅度最大,减产地区主要集中在华北平原和东北平原;由于CO₂的肥效作用,A2温室气体排放方案对我国水稻单产的正面影响大于B2方案,A2排放方案下,我国水稻总产呈现一定程度的上升趋势,B2排放方案下,水稻总产表现为少量下降.     

太湖地区不同轮作模式对稻田温室气体(CH4和N2O)排放的影响

通过田间试验,研究了太湖地区不同轮作模式下稻季温室气体排放规律.结果表明: 水稻生长季CH₄排放呈先升高后降低趋势,CH₄排放主要集中在水稻生育前期,烤田后至水稻收获期间CH₄排放量较低;N₂O的排放主要集中在3次施肥及烤田期.稻季排放的CH₄对全球增温潜势(GWP)的贡献远高于N₂O,各处理所占比例为94.7%～99.6%,是温室气体减排的主要对象.不同轮作模式下,稻季CH₄排放总量及其GWP存在显著差异,表现为小麦-水稻>紫云英-水稻>休闲-水稻轮作;稻季N₂O排放总量及其GWP没有显著性差异.与不施肥处理相比,紫云英-水稻轮作模式下施加氮肥显著降低了CH₄排放量和GWP,但不同氮肥用量下的CH₄排放量和GWP没有显著性差异,而紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的水稻产量却最高.综合经济效益和环境效益,紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的增产减排综合效果更好,是值得当地推广的耕作制度.     

太湖地区不同轮作模式对稻田温室气体(CH4和N2O)排放的影响

通过田间试验,研究了太湖地区不同轮作模式下稻季温室气体排放规律.结果表明: 水稻生长季CH₄排放呈先升高后降低趋势,CH₄排放主要集中在水稻生育前期,烤田后至水稻收获期间CH₄排放量较低;N₂O的排放主要集中在3次施肥及烤田期.稻季排放的CH₄对全球增温潜势(GWP)的贡献远高于N₂O,各处理所占比例为94.7%～99.6%,是温室气体减排的主要对象.不同轮作模式下,稻季CH₄排放总量及其GWP存在显著差异,表现为小麦-水稻>紫云英-水稻>休闲-水稻轮作;稻季N₂O排放总量及其GWP没有显著性差异.与不施肥处理相比,紫云英-水稻轮作模式下施加氮肥显著降低了CH₄排放量和GWP,但不同氮肥用量下的CH₄排放量和GWP没有显著性差异,而紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的水稻产量却最高.综合经济效益和环境效益,紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的增产减排综合效果更好,是值得当地推广的耕作制度.     

缓/控释尿素对稻田周年CH4和N2O排放的影响

通过田间试验研究了不同缓/控释尿素对水稻产量和稻田周年温室气体排放的影响,评估生产单位质量水稻的温室气体排放量.结果表明: 优化施肥(OPT)处理在减氮(N)21.4%条件下产量与习惯施肥(FFP)处理持平,同时减少了稻田周年CH₄和N₂O的排放,其中水稻季CH₄和N₂O分别减排12.6%和12.5%,休闲季N₂O减排33.3%.与OPT处理相比,控释尿素(CRU)处理在水稻季CH₄减排28.9%,休闲季CH₄零排放;硝化抑制剂(DMPP)处理在水稻季CH₄和N₂O分别减排41.6%和85.7%,休闲季CH₄和N₂O分别减排76.9%和6.5%.休闲季节N₂O排放占周年N₂O排放的76.8%～94.9%,是评价整个稻田温室气体排放不容忽视的因素.OPT、CRU和DMPP处理生产1.0 kg稻谷的温室气体排放强度分别为0.50、0.41和0.33 kg·kg^-1,综合考虑周年的温室气体排放总量和产量,尿素和硝化抑制剂配合施用可以在保证水稻产量的情况下,减少温室气体的排放.     

缓/控释尿素对稻田周年CH4和N2O排放的影响

通过田间试验研究了不同缓/控释尿素对水稻产量和稻田周年温室气体排放的影响,评估生产单位质量水稻的温室气体排放量.结果表明: 优化施肥(OPT)处理在减氮(N)21.4%条件下产量与习惯施肥(FFP)处理持平,同时减少了稻田周年CH₄和N₂O的排放,其中水稻季CH₄和N₂O分别减排12.6%和12.5%,休闲季N₂O减排33.3%.与OPT处理相比,控释尿素(CRU)处理在水稻季CH₄减排28.9%,休闲季CH₄零排放;硝化抑制剂(DMPP)处理在水稻季CH₄和N₂O分别减排41.6%和85.7%,休闲季CH₄和N₂O分别减排76.9%和6.5%.休闲季节N₂O排放占周年N₂O排放的76.8%～94.9%,是评价整个稻田温室气体排放不容忽视的因素.OPT、CRU和DMPP处理生产1.0 kg稻谷的温室气体排放强度分别为0.50、0.41和0.33 kg·kg^-1,综合考虑周年的温室气体排放总量和产量,尿素和硝化抑制剂配合施用可以在保证水稻产量的情况下,减少温室气体的排放.     

天目山常绿落叶阔叶混交林土壤温室气体排放特点

采用静态箱-气象色谱法, 将试验样地按照自上而下分为A、B、C、D 四个梯度的采样点。研究了浙江天目山常绿落叶阔叶混交林2013 年3 月-11 月期间土壤温室气体排放的时空变化特点, 并分析了不同梯度的土壤温湿度与气体排放通量的相关性。结果表明: (1)天目山常绿落叶阔叶混交林土壤CO₂ 和CH₄ 两种温室气体排放/吸收季节变化特征较一致, 即夏季>春季>秋季; N₂O 排放通量季节变化表现为夏季>秋季>春季。其中, CO₂ 和N₂O 表现为土壤的排放源, CH₄ 为大气的吸收汇。(2)空间上, CO₂ 通量大小表现为: D 采样点> A 采样点> C 采样点 > B 采样点; 土壤对CH4吸收速率表现为A 采样点 > C 采样点 > B 采样点 > D 采样点; 土壤N₂O 通量大小依次为: A 采样点 > C 采样点 > B采样点 > D 采样点。(3)温度是影响天目山常绿落叶阔叶混交林土壤CO₂ 通量重要因子; CH₄ 的吸收通量随温度的升高和湿度的降低而增大; 在海拔较低的地区, 温度是N₂O 通量的重要影响因子, 海拔较高地区, 湿度是N₂O 通量的重要限制因子。     

日本长期不同施肥稻田N2O和CH4排放特征及其环境影响

观测了75年长期连续不施肥、施硫酸铵、施熟制水稻秸秆与豆饼混合堆肥、施绿肥苜蓿4种处理下日本单季稻田温室气体N₂O和CH₄的排放特征及其环境影响.结果表明： 在水稻生长季节,不同处理间N₂O排放无显著差异,但CH₄排放差异显著;长期连续施用有机肥虽然没有增加N₂O排放却促进了CH₄排放.各系统排放N₂O和CH₄所产生的累积全球增温潜势（GWP）以绿肥处理最大（310.7 g CO₂e·m^-2）,熟制有机堆肥次之（151g CO₂e·m^-2）,硫酸铵处理最小（60.6 g CO₂e·m^-2）.稻田系统的GWP主要来自CH₄排放,控制和减少稻田系统CH₄排放是稻田温室气体减排的核心问题.长期连续施用熟制有机堆肥既能增加土壤有机质,改善地力,满足水稻高产,又能实现CH₄减排,是实践中值得推荐的水稻生产模式.     

日本长期不同施肥稻田N2O和CH4排放特征及其环境影响

观测了75年长期连续不施肥、施硫酸铵、施熟制水稻秸秆与豆饼混合堆肥、施绿肥苜蓿4种处理下日本单季稻田温室气体N₂O和CH₄的排放特征及其环境影响.结果表明： 在水稻生长季节,不同处理间N₂O排放无显著差异,但CH₄排放差异显著;长期连续施用有机肥虽然没有增加N₂O排放却促进了CH₄排放.各系统排放N₂O和CH₄所产生的累积全球增温潜势（GWP）以绿肥处理最大（310.7 g CO₂e·m^-2）,熟制有机堆肥次之（151g CO₂e·m^-2）,硫酸铵处理最小（60.6 g CO₂e·m^-2）.稻田系统的GWP主要来自CH₄排放,控制和减少稻田系统CH₄排放是稻田温室气体减排的核心问题.长期连续施用熟制有机堆肥既能增加土壤有机质,改善地力,满足水稻高产,又能实现CH₄减排,是实践中值得推荐的水稻生产模式.     

黑土稻田CH4与N2O排放及减排措施研究

通过对黑土稻田CH₄和N₂O排放的观测,发现水稻生长季CH₄和N₂O排放量低于全国其它地区稻田.CH₄和N₂O排放之间存在互为消长关系(r=-0.513,P<0.05).但在同样施肥水平条件下,间歇灌溉与长期淹灌相比,CH₄排放明显减少而N₂O略有增加,其相对综合温室效应被大大减少且水稻产量未受影响.为此,间歇灌溉可作为减少稻田温室气体排放的水分管理措施.另外,通过对CH₄和N₂O排放的相关微生物过程探讨,揭示产甲烷菌数与CH₄排放间呈显著性正相关(R²=0.82,P<0.05),硝化菌数和反硝化菌数与N₂O排放有重要关系.     

剔除林下灌草和添加翅荚决明对尾叶桉林土壤温室气体排放的影响

森林土壤是CO₂、CH₄和N₂O等温室气体的重要排放源。采用静态箱/色谱分析技术对中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站的尾叶桉(Eucalyptus urophylla)林土壤CO₂、CH₄和N₂O排放通量进行了原位测定, 研究剔除林下灌草和添加翅荚决明(Cassia alata)对尾叶桉林土壤温室气体排放的影响。结果表明: 尾叶桉林土壤CO₂排放通量在湿季维持在较高水平, 在旱季则明显降低。CH₄和N₂O在湿季波动幅度较大, 在旱季则相对稳定。土壤CO₂和CH₄通量峰值均出现在湿季, 但N₂O峰值出现在旱季的12月。尾叶桉林土壤在不同处理下可能是CH₄的源, 也可能是CH₄的汇, 而对于CO₂和N₂O则主要是源。尾叶桉林下剔除灌草及添加翅荚决明能显著增大土壤CO₂和N₂O的排放, 但林下灌草剔除后有利于CH₄的吸收, 添加翅荚决明有利于CH₄的排放。表层土壤温度和湿度是影响土壤温室气体排放的首要因子。呼吸底物(氮源)和土壤微生物量也是影响土壤温室气体排放的重要因子。     

沙地不同发育阶段的人工生物结皮对重金属的富集作用

生物结皮广泛存在于沙地生态系统,具有重要的生态功能.通过对位于库布齐沙漠腹地达拉特旗火力发电厂附近沙地中不同年代人工生物结皮及物理结皮中重金属含量的测定,旨在分析不同类型生物结皮及物理结皮在不同的发育阶段对重金属富集的影响和重金属污染的指示程度.通过分析和比较,得出以下结论:不同年代生物结皮和物理结皮各种重金属含量均表现为随着发育时间的增加而增加的趋势,生物结皮重金属含量多数类型表现为:Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞Cu＞As＞Co＞Cd＞Hg的顺序关系,少数类型表现为:Cr＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞As＞Co＞Cd＞Hg的顺序关系.通过单因素方差分析(ANOVA),不同年代藓结皮中各种元素差异显著性(P＜0.05)明显低于藻结皮和物理结皮.相同年代生物结皮和物理结皮重金属含量都表现为同样地规律:藓结皮＞藻结皮＞物理结皮,表明相同背景条件下,藓结皮对各种重金属的富集能力明显比藻结皮和物理结皮的富集能力强.通过单因素方差分析(ANOVA),Hg和Ni元素含量在所有相同年代样地的生物结皮和物理结皮均无差异,Cr、Zn、Cu、Co元素含量均存在差异(P＜0.05),但差异有的表现在藓结皮和藻结皮之间,而有的表现为藻结皮和物理结皮之间,而Pb、As、Cd元素含量则表现为有的年代有差异,有的年代无差异.通过污染因子CF值分析,藓结皮对污染的指示作用要明显比藻结皮和物理结皮敏感.同时生物结皮对于重金属的富集具有一定的选择性,像Hg、Ni、Zn、Cu、Pb、Co等元素生物结皮相对富集较少,而像Cr、Cd、As等元素相对富集较多.     

海河低平原区农田重金属含量的空间变异性——以河北省肥乡县为例

随着工业和农业的快速发展,农田受到重金属污染的压力越来越大,其土壤环境质量的及时监测和掌握重金属在其空间的变异规律对农业生产具有十分重要的意义。利用地统计学和GIS技术对海河低平原区（肥乡县）农田土壤耕层（0—20Cm）8种重金属含量空间变异性进行了研究。结果表明：去除异常值后,8种重金属含量都符合正态分布,且其含量算术平均值未超过国家土壤环境质量二级标准。通过变异函数分析,Ph和Cr具有纯块金效应,Cu和Zn符合指数模型,Ni和Cd符合球状模型,地和As符合带基台值的线性模型。在该地区以2．0km为取样间距较大,以后调查时应该缩小间隔。Zn和Cd的空间变异性受人为因素影响较小,而Cu、Ni、Hg和As的空间变异性受人为因素影响较大,Ph和Cr在整个研究尺度上具有恒定的变异。Cu、Zn、Ni、Hg、As和Cd的变程差异较大,在2．5—13．7km之间。通过普通kriging法局部插值,Cu、Zn、Ni和As含量由西南部向东北部含量逐步升高,但是Hg却表现出相反的分布趋势。这将为当地正在开展的优势农产品区域布局规划提供理论依据。     

某农药工业园区周边土壤重金属含量与风险评价

以苏南某农药工业园区周边30km2区域为研究区,采用同心圆法采集土壤样品183个,分析了农药工业园区周边土壤Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg和As8种重金属含量、空间变异性、来源及潜在风险.结果表明:以自然背景值为评价标准,研究区表层土壤Hg、Cu、Cd和Pb平均含量超过自然背景值,其中Hg和Cu含量最高;以国标二级标准为评价标准,土壤Cd、Cr、Ni、Pb、Zn、As6种重金属的单项污染指数平均值均小于1,Hg和Cu分别为1.59和1.05.在农药工业园区周边土壤重金属污染较重的东南方向和西北方向,随着与园区距离的增加,土壤Cd、Ni、Pb、Cr、As、Hg、Zn和Cu含量先上升、后下降、再趋于平稳.通过分析农药工业园区周边土壤重金属综合污染指数发现,距离园区约200～1000m周边土壤污染的风险较大,而1000m以外逐渐达到安全范围.利用地统计学和GIS相结合进行分析发现,8种重金属污染指数有明显的空间变异.依据相关分析与主成分分析结果推测,Zn、Ni、Cr、Pb和As主要来源于成土母质,而Hg、Cu和Cd主要与人类活动有关.     

迁安市农田重金属含量空间变异性

利用地统计学和GIS相结合的方法,对河北省迁安市农田土壤耕层（0～20 cm)8种重金属含量的空间变异性进行了研究.结果表明,农田中8种重金属含量均值未超过土壤环境质量(GB15618-1995)二级标准,属于中等变异.Cu、Zn、Ni、Cr和As含量的变异函数理论模型符合指数模型,空间相关程度强;Hg和Cd含量的变异函数理论模型符合球状模型,空间相关程度中等;Pb含量具有纯块金效应,空间相关程度弱.在整个研究尺度上,Pb含量具有恒定的变异,其余7种重金属含量由空间自相关部分引起的空间变异性起主要作用,空间相关距离为11～20 km.用普通Kriging方法对Cu、Zn、Ni、Cr、Hg、As和Cd含量空间局部插值表明,北部山地重金属含量较高,而中部盆地重金属含量较低.     

福建省耕地土壤重金属含量和可浸提性研究

测定了福建省6市、县耕地土壤中的Cu、Zn、Cd、Ni、Pb、Hg、As等7种重金属元素的全量和可浸提态含量,并对测定结果进行了数理统计。结果表明,福建省耕地土壤存在着不同程度的重金属污染,但依元素不同而不同,重金属可浸提态含量占全量的10.0?52.2 Cu、Zn、Cd、Pb、Ni的可浸提态含量与全量之间的相关达极显著水平,Zn、Cd、Pb、As等4元素含量之间存在着显著正相关,而Ni则只与Zn元素有极显著正相关,Cu和Hg与其它重金属元素的相关则均不显著。     

江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价

为了研究江苏省典型区地震带农田土壤和小麦中重金属的污染,在具有代表性的农田采集收获期小麦及耕层土壤,分析和评价了土壤和小麦中重金属Cu、Pb、Cd、Ni、Cr、Hg、As和Zn的含量及污染程度。结果表明,土壤样品中Cd、Zn、Pb的含量均超过江苏省土壤背景值,Cr、Cu、Ni和As分别有25.64%、97.44%、92.31%和92.31%的土壤样品中超过江苏省土壤背景值,Hg的含量均在背景值以下;与国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)中Ⅱ级标准相比,Cd的含量均超出标准限值,其它7种重金属元素含量均在标准限值以下。土壤中重金属相关分析表明,Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn、As具有相同的来源的可能性较大,而Hg与Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn、As的来源均不相同。以NY 861—2004为评价标准,小麦籽粒Pb、Cr、Hg、Ni、As样品超标率分别为100%、58.97%、33.33%、10.26%、2.56%,Cu、Zn和Cd没有样品超标,由此可见小麦籽粒中Pb的污染最为严重。采用单因子污染指数法、综合污染指数法和Hakanson潜在生态评价指数法以国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)和江苏省土壤背景值为参比值,对农田土壤重金属污染进行评价,结果显示,从单项污染指数来看只有Cd达到重度污染水平,其它元素均在安全范围以内,从综合污染指数来看土壤重金属污染达到中度污染水平,从潜在生态评价指数法来看,研究区域表现为很强的生态危害,并以Cd为主要污染因子。     

某污灌区重金属与两种持久性有机污染物(POPs)污染趋势评价

对某污灌区的土壤剖面进行采样分析,利用不同的评价方法进行评价,结果表明,土壤中金属元素Cr、As、HG、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn和持久性有机污染物BHC、DDT含量有上升趋势,80%以上的表层土壤样品污染物含量超过土壤底层,85%以上的土壤样品污染物含量明显超过当地土壤的自然背景值.通过污染物在土壤中的残留模型预测,两种有机污染物和元素Cr、As、Hg、Cd、Cu会在土壤中累积,持续的污水灌溉可能使在土壤中累积的这些污染物进入地下水或食物链,对环境健康造成危害.     

天山土壤微量(类)重金属的来源解析及潜在生态危害评估

从天山山地3个区段(巴里坤-伊吾、乌鲁木齐-阿克苏、昭苏-特克斯)采集土壤样品,测定了其中(类)重金属Pb、Ni、Cd、Co、Hg、Cu、Mn、Zn、Cr和As的含量.运用经典统计学与多元统计方法分析了这些(类)重金属的来源;同时采用污染指数法与潜在生态风险指数法,并结合天山及新疆土壤背景值、国家土壤质量标准开展了区域土壤微量(类)重金属生态风险的评价.结果表明： 所测10种(类)重金属的平均含量均高于天山或新疆土壤背景值.从变异系数来看,均为中等变异.总体上看,天山山地土壤中10种(类)重金属的含量均较低;主成分分析显示,10种元素可以辨识出 2 个主成分,主成分1(PC1,包括Cd、Pb、Hg、Mn和Zn)为人为源因子,主成分2(PC2,包括Cu、Ni、Cr、Co和As)为自然源因子.Mn 和As在PC1和PC2上均有较大载荷,主要受人为源和自然地质背景的共同控制;污染评价表明, 重金属Hg、Cd在天山中部的乌鲁木齐-阿克苏区段、As在天山西部的昭苏-特克斯区段的单因子污染指数(P_i)属于警戒等级,其他均属于安全等级和清洁水平.从综合污染(P_z)指数来看,天山中部乌鲁木齐 阿克苏区段土壤中10种(类)重金属元素的综合污染程度均属于轻度污染,其他两个区段均属于清洁水平;生态风险评估表明,重金属Hg、Cd在天山中部乌鲁木齐 阿克苏区段,As在天山西部昭苏 特克斯区段的潜在生态风险系数(E_i^r)和生态危害指数(RI)相对较高.     

Distribution of Heavy Metals and Arsenic in Greenbelt Roadside Soils of Pudong New District in Shanghai

We studied the distribution of seven heavy metals and As in typical municipal greenbelt roadside soils in Pudong New District, Shanghai, China. As and Ni showed no significant accumulation compared with the background values of the local soils, but there was strong evidence of accumulation of Cd, Cr, Cu, Hg, Pb and Zn in the roadside soils. However, only Zn and Cd contents were higher than the pollution thresholds of the Chinese National Soil Quality standard. The concentrations of heavy metal(loid)s in the soils were significantly affected by the length of time since the roads were constructed. Soils from areas adjacent to an older road had higher levels of Cu, Pb, Cd and Zn. In terms of spatial distribution, more Cd, Cu, Pb and Zn were found in the soil from the green areas of median between carriageways than from those of the roadside verges. Vertical distribution analysis shows that the contents of Pb, Cd, Cu and Zn had maximum values in the topsoil and were substantially lower in the deeper layers of the soil profile. Moreover, correlation analysis reveals that these four heavy metals originated from the same pollution sources and their contents were directly associated with the traffic density.     

广州市花都城区绿地土壤肥力与重金属污染分析

在对广州市花都城区绿地土壤取样调查的基础上,采用全国第二次土壤普查养分分级标准和内梅罗污染指数法等对其土壤肥力和重金属污染情况进行分析评价,揭示花都城区绿地土壤存在的问题。结果表明,花都城区绿地土壤容重变幅在1.25～1.75 g·cm–3之间,孔隙度变幅在30.81%～47.42%之间,pH在6.16～7.68之间,有机质含量在四级及以下标准,严重缺乏氮素和磷素。不同绿地类型中,厂区路旁绿地土壤重金属污染最严重,其次为主干道两侧绿地;研究区As污染最严重,Pb次之,未受Zn污染,存在不同程度的Cu、Cd、Cr、Ni、Hg污染。相关性分析表明,土壤pH与全钾、碱解氮含量极显著相关,有机质与全氮极显著相关,全氮、全磷分别与碱解氮、有效磷显著正相关,全钾与碱解氮显著负相关;重金属元素中,Cu与Zn、Cr、Ni极显著相关,Zn与Cu、Pb、Cd、Cr、Ni极显著相关,Pb与Zn、Cd极显著相关,Cr与Cu、Zn、Ni极显著相关,As和Hg与其他重金属元素均无显著相关性。