农田生态系统温室气体减排技术评价指标

目前,国内外学者很少从评价的角度去研究农田温室气体减排技术,缺乏完整性和统一性的评价指标,不利于对农田管理技术进行科学的判断.本研究汇总了当前可作为农田减排技术评价的指标,遵循代表性、客观性、完整性、主导性和可操作性原则,对各项指标的合理性进行了分析,依据我国农业生产实际情况,确定了农田生态系统温室气体减排技术的评价指标.以单位面积粮食产量作为约束性指标,温室气体排放强度(单位产量下的温室气体排放总量)作为综合指标,并将粮食产量、土壤有机碳变化、N2O直接排放、水田CH4排放与农田投入直接和间接排放作为后者的分项指标;依据温室气体排放强度计算公式,能够科学、系统地评价农田减排技术的温室效应,可为我国农田减排技术的提出和推广提供科学依据.     

农田土壤固碳措施的温室气体泄漏和净减排潜力

农田土壤固碳措施作为京都议定书认可的大气CO2减排途径受到了广泛关注.研究表明,农田土壤固碳措施在主要农业国家和全球都具有很大的固碳潜力.但是,实施农田土壤固碳措施有可能影响农业中化石燃料消耗和其他农业投入的CO2排放和非CO2温室气体排放.这些土壤碳库以外的温室气体排放变化可能抵消部分甚至全部土壤固碳效果,构成了农田土壤固碳措施的温室气体泄漏.因此,将土壤固碳和温室气体泄漏综合计算的净减排潜力成为了判定土壤固碳措施可行性的首要标准.综述总结了目前较受重视的一些农田措施(包括施用化学氮肥、免耕和保护性耕作、灌溉、秸秆还田、施用禽畜粪便以及污灌)的土壤固碳潜力,温室气体泄漏和净减排潜力研究成果.结果表明,温室气体泄漏可抵消以上措施土壤固碳效益的-241%～660%.建议在今后的研究中,应该关注土壤碳饱和、气候变化及土地利用变化对农田固碳措施温室气体泄漏和净减排潜力的评估结果的影响.     

稻田温室气体减排措施对稻米氨基酸含量的影响

为探索稻田中温室气体减排措施对稻米氨基酸含量的影响,用10个不同方法对双季稻田进行处理,并使用高效液相色谱分别测定了各处理稻田中所产稻米中的16种氨基酸的含量,其中色谱柱为Agilent Zorbax AAA分析柱,柱前衍生使用邻苯二甲醛(OPA)和9-芴甲基氯甲酸酯(FMOC-CL)为衍生试剂。结果发现:1)10个处理中的稻米16种氨基酸种类齐全,施氮肥+添加生物质炭48 t/hm2+间歇灌溉(NPK+HBC+IF)处理中所得氨基酸总量为6520.7 mg/100g,效果最佳;对照组处理(不施加氮肥+无稻草还田+间歇灌溉)所得氨基酸含量4338.0 mg/100g为最低。以对照组处理所得必需氨基酸百分含量36.8%为最高值;无稻草还田+长期淹水(NPK+CF)处理方法所得必需氨基酸百分含量33.1%为最低值。10个处理中16种氨基酸中含量较高的氨基酸均为天冬氨酸、谷氨酸和精氨酸,含量最低的均为甲硫氨酸;2)施氮肥量相同时,长期淹水与间歇灌溉相比,氨基酸总量增加185.1 mg/100g,非必需氨基酸百分含量增加3%,谷氨酸、组氨酸和丝氨酸含量明显升高,但亮氨酸含量显著降低;3)施用氮肥能提高稻米中的氨基酸含量,且随着氮肥使用量的增加,氨基酸含量也随之增加,组氨酸含量增加显著;4)供氮量相同时,添加猪粪使氨基酸总含量升高了286.0 mg/100g,此结果表明,在供氮量相同的情况下,施用猪粪更有利于稻米氨基酸含量的提高;5)灌溉模式相同时,稻草还田配施氮肥对必需氨基酸和氨基酸总量均有提高,天冬氨酸、谷氨酸和组氨酸的含量增加较多,甲硫氨酸含量略有下降;随着稻草还田量的增加,对非必需氨基酸影响较为明显;当稻草半量还田(还田量为3 t/hm2)时,稻米中氨基酸总量增加最多;稻草全量还田+长期淹水(NPK+HRS+CF)与稻草半量还田+间歇灌溉(NPK+LRS+IF)处理中的氨基酸含量基本接近,但必需氨基酸含量前者略高于后者,说明稻草还田与水肥管理对氨基酸含量影响可能存在交互作用;6)添加生物质炭配施氮肥提高了稻米必需氨基酸与非必需氨基酸含量,且随着生物质炭添加量的增加而增加;与稻草还田、添加猪粪处理相比,生物质炭的添加对氨基酸总含量提升的效果最为显著,对稻田实际生产具有指导意义且具有一定的环境效益。     

安徽省温室气体排放趋势及减排路径研究

控制温室气体排放是我国积极应对全球气候变化的重要任务, 区域温室气体排放控制是实现国家减排目标的基本保障。通过建立安徽省温室气体排放量的指标体系, 计算安徽省2001-2010 年十年间各领域产生的温室气体, 并利用回归分析预测安徽省2015 年和2020 年温室气体排放量; 应用聚类分析方法将全省各地市温室气体排放类型进行划分, 利用地理信息系统(Arc GIS)软件分析碳排放空间格局。结果显示: 2001 年以来, 安徽省的温室气体排放量呈现逐年上升趋势, 至2010 年达到3.96 ×10⁸ t。单位GDP 碳排放量自2007 年开始呈现下降趋势, 表明碳减排的经济效益已有所提高。在各排放源类别中, 原煤消耗产生碳排放量最多, 且增势明显。区域格局分析表明, 马鞍山市为省内工业发达城市, 温室气体排放源主要为能源及工业领域, 排放量也较多, 温室气体排放地域差异显著。根据安徽省经济发展特点及温室气体排放特征有针对性提出的减排对策对于健全全省碳减排体系具有积极意义。     

西安市温室气体排放的动态分析及等级评估

为了解西安市温室气体排放的动态规律和排放水平,基于全球标杆的温室气体排放等级评价方法,并采用国际公认的《2006年IPCC国家温室气体清单指南》和基于IPCC的《省级温室气体编制指南》推荐的方法对西安市的温室气体排放进行了动态分析和排放等级评估。结果表明,从1995年到2011年,西安市温室气体排放呈快速上升趋势,16年间温室气体排放量从1207.16×104t上升为3934.17×104t,年均增高7.66%。增幅最高的是水泥温室气体(年均增高11.75%)、废弃物(8.77%)和能源(7.63%),农业年均降低1.74%,林业固碳年圴增加3.56%。从温室气体构成看,能源占80.13%—90.55%,水泥占1.75%—7.49%,农业占1.86%—8.01%,林业固碳占-2.58%—-5.22%,废物处理占7.52%—16.38%。可见能源消费的增加是导致西安市温室气体排放增长的主要原因,林业碳汇能力有待提高。万元GDP温室气体排放不断降低,说明西安市碳减排方面的科技进步在不断提高。人均、单位面积温室气体排放量和排放指数增速很快,年均增幅分别达5.84%、7.66%和6.84%。西安市温室气体排放等级持续增高,16年间从较低等级(Ⅰc)上升为中下等级(Ⅱa),目前距应对气候变暖目标(Ⅰb)已高出两个亚级,温室气体排放增高的趋势不容忽视。     

植物与温室气体

CO_2、CH_4和N_2O是3种重要的温室气体由于它们对全球变暖具有较大影响,已引起科学家的广泛关注。研究表明导致温室气体增加的主要原因是人类活动和生物产生,作为占地球生物量约99%的植物,在温室气体产生与消耗中起着怎样的作用,对这一问题的研究将有助于进一步认识植物与大气的生态关系以及在全球气候变化中的作用。目前研究证明植物能吸收大气CO_2,参与大气CH_4和N_2O的产生或排放,因此,它对温室效应的影响是双重的。     

玉米秸秆基纤维素乙醇生命周期能耗与温室气体排放分析

生命周期评价是目前分析产品或工艺的环境负荷唯一标准化工具,利用其生命周期分析方法可以有效地研究纤维素乙醇生命周期能耗与温室气体排放问题。为了定量解释以玉米秸秆为原料的纤维素乙醇的节能和温室气体减排潜力,利用生命周期分析方法对以稀酸预处理、酶水解法生产的玉米秸秆基乙醇进行了生命周期能耗与温室气体排放分析,以汽车行驶1 km为功能单位。结果表明：与汽油相比,纤维素乙醇E100 (100％乙醇) 和E10 (乙醇和汽油体积比=1∶9) 生命周期化石能耗分别减少79.63％和6.25％,温室气体排放分别减少53.98％和6.69％;生物质阶段化石能耗占到总化石能耗68.3％,其中氮肥和柴油的生命周期能耗贡献最大,分别占到生物质阶段的45.78％和33.26％;工厂电力生产过程的生命周期温室气体排放最多,占净温室气体排放量的42.06％,提升技术减少排放是降低净排放的有效措施。     

基于DNDC模型模拟气候变化影响下的中国水稻田温室气体排放

当前国内外开展了很多农业温室气体对气候变化的响应研究,但气候变化对农业温室排放的影响机制研究还很少见.本文利用国际上广泛应用的生物地球化学过程模型——DNDC模型,模拟了中国过去40年(1971—2010年)气候变化对水稻田温室气体排放的影响.结果表明:与1971—1990年相比,1991—2010年的全国稻季平均气温上升了0.49℃,稻季平均降雨上升了11 mm;由于稻季气候变化导致全国水稻田1991—2010年的平均CH4排放量上升了0.25 kg C·hm-2,平均N2O排放量上升了0.25 kg N·hm-2.表明温度升高会促进CH4排放,降雨量增加会促进N2O排放,气候变化影响了水稻温室气体排放机制.     

产业园区温室气体排放清单

温室气体排放所导致的全球气候变化是国际社会长期关注的热点问题,它严重限制了人类社会的发展并威胁着人类的生存。产业园区通常集中了一个区域主要的生产要素与生产能力,也代表着特定产业在该区域的发展水平,理应作为发展低碳经济的基础单元和减少温室气体排放的重要控制点,也可以成为解决区域资源、环境问题的突破口。明确了产业园区温室气体排放的系统边界和内部结构,梳理了产业园区全生命周期温室气体排放行为,综合考虑产业园区能源消耗、工业生产、物质材料消耗、仪器设备投入、废弃物处理处置、景观绿化等过程,建立产业园区温室气体排放核算方法,并对案例园区进行了清单分析。结果表明:案例园区整个生命周期的温室气体排放量为1872177 t CO2-eq,其中运行管理阶段占全生命周期排放的比例最高,为95.35%。建设阶段的温室气体排放总量中建筑材料消耗引起的排放占到96.95%,主要集中在建筑工程、内部装修工程和外部装饰工程3个环节。运行管理阶段电力消耗、热力消耗和污水处理过程的排放量占到总量的98.69%。根据核算及分析结果提出了案例园区在建设和运行管理阶段实现温室气体减排的建议。     

冻融作用对土壤温室气体产生与排放的影响

土壤冻融交替是中、高纬度和高海拔地区常见的自然现象,土壤在冻融期间会经历一系列物理、化学和生物变化过程。有研究表明,冻融区土壤是温室气体的重要排放源,冻融期土壤温室气体的排放量在全年总排放量中占有重要的份额,尤其是N2O。随着全球气候变暖,部分地区的土壤环境将经受更广泛和频繁的冻融交替作用,这会导致土壤温室气体排放量增加,从而又进一步促进了气候变暖。本文重点概述了冻融作用对土壤温室气体产生与排放的影响及其主要影响机制,并简要提出了目前土壤冻融研究中的一些不足以及今后值得关注和深入研究的科学问题。     

Quantifying GHG emissions enabled by capital and labor: Economic and gender inequalities in France

Many studies have investigated the carbon footprint of households. They rely on consumption-based responsibility and focus on how many emissions are embodied in a product. Here we open a new field by discussing the emissions that individuals enable by providing labor and capital to companies, using the framework of income-based (downstream) responsibility. This perspective focuses on the emissions enabled by providing inputs to production processes, and is relevant for discussion of sustainable work and the carbon impact of investment and financial portfolios. We compute the downstream carbon intensity of primary inputs for 35 industries in France using the multi-regional input–output database EXIOBASE. We provide a detailed picture of enabled emissions, disaggregating those by industry and primary inputs. On average, capital inputs are more carbon intensive than labor inputs. Finally, we couple downstream carbon intensities with an extensive national survey on wages to obtain a distribution of the income-based emissions of employees. Income-based emissions are much more unequally distributed than wages due to the huge variability of carbon intensity across industries: a truck driver enables far more emissions than a social-care worker. Inequalities in emissions do not strongly interact with economic inequality. Yet they are gendered because women work disproportionately in low-carbon-intensive industries such as healthcare. As a result, women contribute less to GHG emissions than their wage share would seem to indicate.     

GHG emissions and other environmental impacts of indirect land use change mitigation

The implementation of measures to increase productivity and resource efficiency in food and bioenergy chains as well as to more sustainably manage land use can significantly increase the biofuel production potential while limiting the risk of causing indirect land use change (ILUC). However, the application of these measures may influence the greenhouse gas (GHG) balance and other environmental impacts of agricultural and biofuel production. This study applies a novel, integrated approach to assess the environmental impacts of agricultural and biofuel production for three ILUC mitigation scenarios, representing a low, medium and high miscanthus‐based ethanol production potential, and for three agricultural intensification pathways in terms of sustainability in Lublin province in 2020. Generally, the ILUC mitigation scenarios attain lower net annual emissions compared to a baseline scenario that excludes ILUC mitigation and bioethanol production. However, the reduction potential significantly depends on the intensification pathway considered. For example, in the moderate ILUC mitigation scenario, the net annual GHG emissions in the case study are 2.3 MtCO₂‐eq yr^?1 (1.8 tCO₂‐eq ha^?1 yr^?1) for conventional intensification and ?0.8 MtCO₂‐eq yr^?1 (?0.6 tCO₂‐eq ha^?1 yr^?1) for sustainable intensification, compared to 3.0 MtCO₂‐eq yr^?1 (2.3 tCO₂‐eq ha^?1 yr^?1) in the baseline scenario. In addition, the intensification pathway is found to be more influential for the GHG balance than the ILUC mitigation scenario, indicating the importance of how agricultural intensification is implemented in practice. Furthermore, when the net emissions are included in the assessment of GHG emissions from bioenergy, the ILUC mitigation scenarios often abate GHG emissions compared to gasoline. But sustainable intensification is required to attain GHG abatement potentials of 90% or higher. A qualitative assessment of the impacts on biodiversity, water quantity and quality, soil quality and air quality also emphasizes the importance of sustainable intensification.     

Carbon emissions and sinks in agro-ecosystems of China

Besides ruminant animals and their wastes, soil is an important regulating medium incarbon cycling. The soil can be both a contributor to climate change and a recipient of impacts. Inthe past, land cultivation has generally resulted in considerable depletion of soil organic matter andthe release of greenhouse gases (GHGs) into the atmosphere. The observation in the North-South Transect of Eastern China showed that climate change and land use strongly impact all soil proc-esses and GHG exchanges between the soil and the atmosphere. Soil management can restoreorganic carbon by enhancing soil structure and fertility and by doing so mitigating the negative im-pacts of atmospheric greenhouses on climate. A wide estimation carried out in China shows that carbon sequestration potential is about 77.2 MMt C/a (ranging from 26.1-128.3 MMt C/a) using proposed IPCC activities during the next fifty years.     

Carbon emissions and sinks in agro-ecosystems of China

Besides ruminant animals and their wastes, soil is an important regula ting medium in carbon cycling. The soil can be both a contributor to climate cha nge and a recipient of impacts. In the past, land cultivation has generally resu lted in considerable depletion of soil organic matter and the release of greenho use gases (GHGs) into the atmosphere. The observation in the North-South Transec t of Eastern China showed that climate change and land use strongly impact all s oil processes and GHG exchanges between the soil and the atmosphere. Soil manage ment can restore organic carbon by enhancing soil structure and fertility and by doing so mitigating the negative impacts of atmospheric greenhouses on climate. A wide estimation carried out in China shows that carbon sequestration potentia l is about 77.2 MMt C/a (ranging from 26.1—128.3 MMt C/a) using proposed IPCC a ctivities during the next fifty years.     

基于能值及系统动力学的中新天津生态城可持续发展模式情景分析

可持续发展动态评价是确保我国第一个国际合作建设的中新天津生态城项目成功的关键基础之一.在对中新天津生态城自然经济状况、功能结构和规划建设指标体系等分析基础上,将能值分析和系统动力学方法相结合,基于功能流视角将生态城系统划分为能物流、货币流及人口流子系统,构建了中新天津生态城可持续发展的能值评价指标体系及系统动力学模型,设计了惯性情景、科技情景、经济情景、环保情景及协调发展情景等5种生态城发展情景,并对各情景下的可持续发展状况进行了仿真和动态评价分析.结果表明：在经济与环境协调发展情景下,中新天津生态城的GDP、能值积累量、货币积累量均呈稳步增长趋势,能值废弃率、废弃物能值比、环境负载率等较小,能值可持续指标(ESI)和生态效率指数(UEI)均处于较低水平,但比其他几种方案更具活力,是中新天津生态城的最佳发展模式.     

基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究

应用能值分析方法,通过能值转换率,把深圳市3个农场生态经济系统的能量流、物质流、货币流和信息流转化为统一量纲———能值。在绘制能值系统概图和编制能值分析表的基础上,建立能值评价指标体系对3个系统的能值输入结构、生产效率、环境负载和可持续发展状况等进行分析和比较。此外,比较经济指标与能值分析结果,并采用情景分析对农场未来发展做出预测。能值分析方法不仅考虑环境及其服务功能对经济生产的贡献,同时能值交换率和能值产出率把系统经济流入和产出纳入分析过程,结合环境和经济评价,可用于综合分析农场生态效益和经济效益。研究结果表明:西丽果场是可持续发展能力最高的农场,碧岭现代农业科技园次之,而山海农场的可持续发展能力最低。都市农场应该大比例利用可更新资源,努力发展农业生产,并且积极提升农业的技术含量。在此基础上,控制规模合理地发展旅游经济,走高科技农业生态旅游之路。     

基于IPSO-BP神经网络模型的山东省碳排放预测及生态经济分析

在低碳经济发展背景下,针对山东省碳排放数据更新迟缓、以往预测模型难以满足现实需求的问题,统计相关数据,根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)推荐方法测算山东省2000—2017年碳排放量和排放强度,并借助脱钩分析、碳承载力和碳赤字探究碳排放的动态变化趋势;基于5项最重要的碳排放影响因素,建立改进的粒子群算法(IPSO...     

旅游交通碳排放的空间结构与情景分析

旅游业作为全球第一大产业,是影响气候变化的重要因素之一,旅游碳排放的相关研究近年来已经引起学者们的关注.选择了九寨沟风景区、西安碑林博物馆、南京珍珠泉风景区3个旅游交通模式差异明显的案例地为例,根据实地问卷调查数据估算了九寨沟风景区、西安碑林博物馆、珍珠泉旅游风景区2010年的旅游交通碳排放总量分别为654.18,108.44和15.92 Gg.通过比较九寨沟、西安碑林和珍珠泉的碳排放累积曲线,得出不同旅游平均距离的景区的碳排放结构均衡度有所不同,旅游平均距离偏低景区的碳排放结构最不均衡.同时,旅游景区的交通碳排放在距离上具有分段性,不同旅游平均距离的景区交通碳排放的空间结构具有明显的差异性.通过4种不同的交通情景分析发现,旅游平均距离高和距离中等的景区对飞机的碳减排敏感度较高,旅游平均距离偏低的景区自驾车的碳减排效果最为明显.研究结果为旅游管理部门根据碳排放结构有针对性的制定差异化的旅游交通碳减排政策提供了参考和借鉴.     

厦门市资源水与虚拟水耦合代谢效率评价

自然水循环与社会水循环的关联研究是制定系统性水代谢对策的前提。从水资源代谢过程与格局角度,用物质流分析法(MFA)剖析了亚热带季风气候雨影区缺水城市枯水年份资源水与虚拟水耦合代谢的路径、数量,提取代谢效率评价所需的过程与结构指标,以社会、经济、生态环境效益最优化为评价原则构建了城市水资源代谢效率评价指标体系,采用层次分析法赋权,评价了近10年来枯水年份厦门市资源水与虚拟水耦合代谢效率。结果表明,厦门水资源代谢效率呈加速提高趋势,主要由用水效率类和水代谢过程与结构类指标驱动。说明提高水资源代谢效率的根本对策在于用水行为和用水过程与结构的改善。采用情景分析法设计主导驱动指标不同组合下水资源代谢效率情景方案,提高了方案的可操作性,可基于这些指标制定水资源管理对策。基于MFA结果提取指标丰富了指标体系构建理论。     

Moderate precipitation reduction enhances nitrogen cycling and soil nitrous oxide emissions in a semi-arid grassland

The ongoing climate change is predicted to induce more weather extremes such as frequent drought and high-intensity precipitation events, causing more severe drying-rewetting cycles in soil. However, it remains largely unknown how these changes will affect soil nitrogen (N)-cycling microbes and the emissions of potent greenhouse gas nitrous oxide (N₂O). Utilizing a field precipitation manipulation in a semi-arid grassland on the Loess Plateau, we examined how precipitation reduction (ca. −30%) influenced soil N₂O and carbon dioxide (CO₂) emissions in field, and in a complementary lab-incubation with simulated drying-rewetting cycles. Results obtained showed that precipitation reduction stimulated plant root turnover and N-cycling processes, enhancing soil N₂O and CO₂ emissions in field, particularly after each rainfall event. Also, high-resolution isotopic analyses revealed that field soil N₂O emissions primarily originated from nitrification process. The incubation experiment further showed that in field soils under precipitation reduction, drying-rewetting stimulated N mineralization and ammonia-oxidizing bacteria in favor of genera Nitrosospira and Nitrosovibrio, increasing nitrification and N₂O emissions. These findings suggest that moderate precipitation reduction, accompanied with changes in drying-rewetting cycles under future precipitation scenarios, may enhance N cycling processes and soil N₂O emissions in semi-arid ecosystems, feeding positively back to the ongoing climate change.