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.     

再生稻田温室气体排放特征及碳足迹

研究中国东南区域不同稻作方式对水稻生产过程中稻田温室气体排放特征及其碳足迹的影响,对促进水稻可持续生产有重要意义。本研究以当前推广的常规稻‘佳辐占'和杂交中稻‘甬优2640'为材料,构建4种适合福建不同生态类型区的稻作模式: 1) 双季稻,早稻和晚稻均种植佳辐占(D-J);2) 早熟再生稻,头季稻和再生季稻均种植佳辐占(R-J);3) 中熟再生稻,头季稻和再生季稻均种植甬优2640(R-Y);4) 单季晚稻,与中熟再生季稻同期抽穗的单季晚稻,种植甬优2640(S-Y)。采用密闭静态暗箱观测法和气相色谱法分别收集并检测稻田土壤温室气体排放量,借用生命周期法对不同稻作方式产生的直接和间接温室气体排放总量(即碳足迹)进行数据采集与比较分析。结果表明: 不同稻作方式稻田温室气体排放特征均表现为生育前期排放量较低,到孕穗期前后达到高峰后又下降,即全生育期呈前高后低的双峰曲线,其中早稻或头季稻达到的第1个峰值较相应晚稻或再生季稻的第2个峰值高。不同稻作模式稻田温室气体排放总量差异显著。各种植模式全球增温潜势(GWP)表现为:R-Y>D-J>S-Y>R-J,温室气体排放强度(GHGI)表现为:D-J>S-Y>R-Y>R-J;与双季稻模式相比,佳辐占再生稻模式GWP和GHGI分别降低26.1%和14.1%;与同期抽穗的单季晚稻相比,甬优2640再生季稻稻田GWP和GHGI分别降低74.3%和56.7%。不同稻作模式下水稻单位产量碳足迹为0.38~1.08 kg CO₂-eq.·kg^-1,其中双季稻模式下最高,再生稻模式下甬优2640的单位产量碳足迹最低。不同稻作模式产生的碳足迹主要来源于CH₄,其贡献率高达44.2%~71.5%。可见,再生稻种植模式能显著降低水稻全球增温潜势和碳排放强度。选用高产低碳排放的水稻优良品种并配套科学栽培技术,是有效降低稻田CH₄排放量和碳足迹、促进再生稻生产可持续发展的关键。     

土地利用变化对土壤温室气体排放通量影响研究进展

土壤是大气中主要温室气体(如CO2、CH4和N2O)重要的源或汇,土地利用方式的改变将会导致土壤相关微环境及其生理生化过程发生改变,从而显著影响土壤中温室气体的产生与排放。在全球变化和土地利用大幅度改变的背景下,国际上已逐步开展了关于土地利用变化对土壤温室气体通量的研究。本文在简要介绍土地利用变化与土壤温室气体通量研究的基础上,重点论述了农田、草地和森林互换、湿地向农田转变、不同土地利用类型(森林、草地、湿地和农田)内部变化对3种土壤温室气体排放的影响,并从3种土壤温室气体产生的关键过程简单阐述其主要影响机理。根据目前研究中存在的不足,提出了今后需要加强的领域,以期更好地揭示土地利用变化对土壤温室气体通量的影响及作用机理,为今后深入开展相关研究提供参考。     

长期不施磷对稻田温室气体排放的影响

稻田磷肥的“旱重水轻”施肥策略是有效提高磷素利用率、减少磷素流失的有效技术途径,但稻季不施磷对温室气体排放的影响尚不明确。本研究监测了苏州和宜兴两块长期定位试验田中正常施磷与不施磷处理水稻生育期内CH₄和N₂O的排放通量。结果表明: 与正常施磷处理相比,长期不施磷处理均显著促进了稻田CH₄和N₂O排放,其中,苏州试验田CH₄和N₂O排放量分别增加57%和25%,宜兴试验田CH₄和N₂O排放量分别增加221%和70%。长期不施磷使土壤的速效磷、有机酸和可溶性有机碳含量下降,与CH₄排放密切相关,特别是土壤速效磷含量与CH₄排放量呈显著负相关,相关系数r=-0.987。两处试验田不施磷处理的全球增温潜势均大于施磷处理。因此,稻田长期缺磷会对土壤有机酸、可溶性有机碳和速效磷含量产生影响,进而增加稻田CH₄和N₂O的排放。     

稻田温室气体排放与土壤微生物菌群的多元回归分析

为揭示多种田间管理措施综合影响下双季稻田温室气体平均排放通量与土壤微生物菌群的多元回归关系,利用静态箱—气相色谱法和稀释培养计数法进行了温室气体排放通量和土壤产气微生物菌群数量的连续观测。两年研究结果显示,稻田甲烷排放通量与土壤微生物总活性和产甲烷菌数量关系密切,甲烷排放通量与二者的关系可分别由指数和二次多项式模型拟合。一元回归分析表明,仅产甲烷菌数量就能单独解释96.9%的稻田甲烷排放通量变异（R2=0.969,P<0.001）,但考虑两种因素以后的二元回归拟合优度高于一元回归（R2=0.975,P<0.001）。氧化亚氮排放通量与土壤硝化细菌和反硝化细菌数量也密切相关（P <0.05）,氧化亚氮排放通量与二者的二元非线性混合回归模型可以解释至少70.4%的稻田氧化亚氮排放通量（R2≥0.704, P <0.001）,其拟合优度也高于一元回归。稻田温室气体排放通量受多种影响因素控制,土壤产气微生物活性和数量是多种因素影响的直接响应,因此二者与温室气体排放存在显著相关,基于田间试验的多元非线性回归分析客观的揭示了温室气体排放通量与环境因子的相关关系。     

秸秆还田与氮肥施用对稻田温室气体排放的影响

秸秆还田与氮肥施用是农田生态系统中碳氮元素的两大主要补给途径,其在调控稻田甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放以及水稻产量方面具有重要作用。以往的研究主要关注秸秆还田或氮肥施用单因素对稻田温室气体排放的影响,而双因素互作对甲烷和氧化亚氮排放的影响尚未明确。同时,在秸秆还田条件下如何进行合理的氮肥施用鲜有深入研究。本研究基于3个氮肥处理(0、180、360 kg N/hm²)和3个秸秆还田处理(0、2.25、3.75 t/hm²)进行多年水稻田间定位试验,研究结果表明:CH₄季节累积排放随秸秆还田量增加而增加,与施氮量无显著正相关关系;N₂O季节累积排放随施氮量增加而增加,与秸秆还田量无显著正相关关系;秸秆还田对于产量的影响具有不确定性,两年均在秸秆不还田+不施氮处理(S0N0)出现最低产量,2021与2022年最低产量分别为5740.64和4903.75 kg/hm²。2021与2022年最高产量分别在秸秆不还田+高氮(S0N2)和高量秸秆还田+高氮(S2N2)出现,分别为10938.48和10384.83 kg/hm²。同时,本研究发现在低量秸秆还田条件下,在碳足迹(CF, Carbon Footprint)方面,施氮量为251 kg N/hm²时碳足迹达到最低点,为1.01 kg C/kg;而在生态经济净收益(NEEB, Net Ecosystem Economic Benefits)方面,施氮量为294 kg N/hm²时生态经济净收益达到最高点,为11778.15 元/hm²。为协同生态经济净收益与碳排放,在低量秸秆还田(S1)下,配合251-294 kg N/hm²的施氮量为最优施肥方案。研究结果为指导稻田温室气体减排、实现稻田碳中和以及农田管理提供了理论支撑,为实现水稻的高产稳产与低碳生产科学依据。     

土壤氧气可获得性对双季稻田温室气体排放通量的影响

为探讨土壤氧气可获得性(SOA)对双季稻田温室气体排放的影响,利用静态箱气相色谱法对多种管理措施影响下稻田温室气体排放通量和土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及田间淹水深度(H)等3种SOA因子进行了观测。结果表明,甲烷(CH₄)排放最集中的Eh值、pH值和H范围分别为-100-0mV、5 < pH < 6和1-5cm,3个范围内分别观测到48.8%、61.1%和77.0%的CH₄排放,其中H对CH₄排放影响最明显,单独由其就可解释37.8%的CH₄排放通量(P < 0.0001)。对于氧化亚氮(N₂O),观测到较多的负通量,其纯排放最密集的3种SOA因子的范围分别是:0-100mV、5 < pH < 6和1-5cm,而200-300mV是其排放的临界Eh范围,高于此范围N₂O排放极少。厌氧的反硝化过程是双季稻田N₂O产生的主导过程。可为水稻田温室气体排放机理研究提供基础数据。     

西双版纳地区稻田CO2排放通量

采用静态暗箱-气相色谱法对云南西双版纳地区单季稻田CO2排放及氮肥、水热因子对CO2排放的影响进行田间原位观测研究.试验设3个氮肥水平处理:N0(0 kg N hm-2)、N150(150 kg N hm-2)和N300(300 kg N hm-2).结果表明,受一天温度变化的影响,西双版纳地区稻田生态系统呼吸日变化为单峰型,其最大值出现在11:00～13:00之间,最小值出现在凌晨.稻田土壤呼吸呈明显的季节变化趋势,土壤呼吸平均速率为水稻收获后休闲季节>种植前休闲季节>水稻生长季节,差异达到1%显著水平.不同季节影响土壤呼吸的环境因子不同.土壤水分含量低于34%时,土壤呼吸速率与土壤含水量呈正相关,达5%显著水平;地面淹水时,土壤呼吸速率与淹水深度呈1%极显著负相关;水分含量高于38%时,土壤呼吸速率与温度呈极显著指数相关.长期考虑(整个生长季节),氮肥的施用对稻田土壤呼吸和生态系统呼吸无影响;N300处理抑制植株呼吸作用,单位生物量呼吸速率下降.氮肥的施用对土壤呼吸有短期影响,氮肥用量增加,土壤呼吸速率增加.计算得出N0、N150和N300处理年土壤呼吸量分别为6.27、6.31 t C hm-2 a-1和5.89 t C hm-2 a-1;年净固定大气中CO2-C分别为1.41、2.22 t C hm-2 a-1和1 11 t C hm-2 a-1,表明西双版纳稻田生态系统是碳汇.     

全球温室气体排放概况

全球温室气体排放概况曹志平（中国农业大学资源与环境学院生态系,北京１０００９４）ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＧｌｏｂａｌＥｍｉｓｓｉｏｎｓｏｆＧｒｅｅｎｈｏｕｓｅＧａｓ．ＣａｏＺｈｉｐｉｎｇ（ＣｏｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍ...     

微塑料对稻田土壤温室气体排放和微生物群落的影响

微塑料因在土壤环境中广泛存在及其潜在的生态风险而受到越来越多的关注。微塑料的赋存会改变土壤理化性质,并对土壤微生物群落及其驱动的生物地球化学过程产生影响,而相关研究尚处于起步阶段。可生物降解塑料作为传统塑料的替代品,越来越多地应用于农业活动,并释放到土壤中。然而,可生物降解微塑料对土壤微生物特性产生影响的研究鲜有报道。基于此,本试验以我国三江平原水稻田土壤为研究对象,选取了2种常见的微塑料为试验材料,分别为传统型微塑料聚丙烯(Polypropylene,PP)和可降解微塑料聚乳酸(Polylactic acid,PLA),进行了为期41d的微宇宙培养实验,旨在分析不同浓度与类型的微塑料对土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)含量及官能团特征、温室气体排放以及微生物群落结构的差异性影响。结果表明,传统型微塑料PP与可降解微塑料PLA添加均对土壤理化性质与微生物群落产生显著影响。其中,微塑料添加大体上增加了土壤DOC含量,PLA的促进作用较为明显,且增加含量与微塑料添加量呈正相关;PP和PLA均影响土壤DOC分子结构,削弱了土壤团聚化程度并促进了大分子量DOC化合物的生成;微塑料的添加促进土壤CH₄排放,而有效抑制了土壤CO₂排放;微塑料显著改变了土壤细菌和真菌群落的丰富度与多样性。相关分析结果表明,土壤CO₂累计排放量与芳香族化合物结构及疏水性等官能团特征、变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)均呈显著正相关关系。以上结果表明,微塑料添加改变了土壤DOC含量及官能团特征与微生物环境,进而影响土壤温室气体排放。本研究为今后微塑料对土壤地球化学和微生物特性的影响研究提供了科学的思路,同时也有助于评估微塑料对土壤生态系统的生态风险。     

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。     

生物质炭化还田对稻田温室气体排放及土壤理化性质的影响

通过水稻种植田间试验,研究了水稻秸秆直接还田、水稻秸秆与生活垃圾炭化后还田对稻田温室气体CH4、CO2和N2O排放及土壤理化性质和水稻产量的影响.结果表明:与直接还田相比,秸秆炭化后还田可显著降低稻田CH4和N2O的累积排放量,降幅分别为64.2%～78.5%和16.3%～18.4%.与不添加生物炭相比,无论种植水稻与否,添加秸秆炭和垃圾炭均显著降低了稻田N2O的累积排放量;不种植水稻情况下,添加垃圾炭显著降低了稻田CO2的累积排放量,降幅为25.3%.秸秆炭对提高稻田土壤pH和速效钾含量的作用优于垃圾炭.两种生物炭均能显著提高稻田土壤有机碳含量,但对土壤容重、全氮、有效磷、阳离子交换量及水稻籽粒产量均未产生显著影响.与秸秆直接还田相比,秸秆炭化后还田对水稻增产的效果更佳.     

模拟氮沉降对藏北高寒草甸温室气体排放的影响

目前,高寒草甸对全球温室效应的贡献仍具有不确定性,而随着N沉降的增加,该系统温室体气排放也必将发生变化。为揭示高寒草甸对N沉降的响应机制,探讨其对全球变化的反馈作用,利用人工添加氮素的方法,于2014年生长季(6-9月)在那曲地区那曲县设置不同水平N添加梯度(0、7、20kg hm~(-2)a~(-1)和40 kg hm~(-2)a~(-1)),模拟氮沉降增加对藏北高寒草甸温室气体排放的影响。经过1a的研究结果表明:1)施氮显著促进了CO_2排放但对CH_4的吸收和N_2O的排放无显著影响。总体而言,添加氮素明显增加了温室气体排放总量,其中N2O处理下高寒草甸温室气体排放总量最高。2)回归分析结果表明,CO_2与NPP(总生物量)和TOC(土壤有机碳)线性相关(P0.05),而与TN(总氮)、NH_4~+-N和NO_3~--N均无显著相关关系(P0.05),CH_4与TN/NPP/TOC/NH_4~+-N/NO_3~--N均不相关(P0.05),N_2O与NPP/TOC/NO_3~--N均显著线性相关(P0.05),而与TN/NH_4~+-N不相关。综合初步研究结果,未来氮沉降增加条件下,藏北高寒草甸温室气体排放通量将有可能明显增加,从而对气候变化产生重要的反馈作用。     

城市温室气体排放清单编制研究进展

温室气体排放清单是目前最常用的城市碳排放核算方法,有助于在大尺度上了解城市不同行业或部门的温室气体排放情况.然而,中国城市温室气体清单研究刚刚起步,研究成果还不多,尚缺乏系统、规范的城市温室气体研究方法和指标体系.概述了城市温室气体排放清单的主要参考编制方法,介绍了国内外城市温室气体清单的编制情况,对目前城市温室气体清单编制的特点进行了分析,总结了城市温室气体清单与国家温室气体清单在关键排放源、编制模式、方法体系等方面的差异;在此基础上结合我国城市实际,对适合中国城市的温室气体清单编制方法进行了探索,并针对清单编制过程中存在的具体问题提出了建议;最后对未来城市温室气体清单的发展趋势进行了展望,以期为中国温室气体清单编制及研究提供借鉴.     

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.     

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.     

基于温室气体排放的云南香格里拉旅游线路产品生态效率

生态效率反映了人们对于经济和生态问题的双重思考,要求整个社会在经济发展的同时力求环境影响最小.温室气体排放已成为全球环境关注的焦点,如何量化旅游活动所产生的温室气体排放也是旅游环境影响研究的难点.以旅游产品为对象,选用旅游者支出和旅游活动CO2-e排放量作为生态效率的指标,构建了旅游线路产品生态效率的计算模型.以云南旅游市场最具代表性的香格里拉"八日游"系列产品为例,对其生态效率进行计算和分析.结果表明:①旅游业内部,各个部门、各种产品之间的生态效率存在很大的差别.②交通、餐饮是影响旅游线路产品生态效率的关键因素.③影响旅游线路产品生态效率的因素主要来自经济量和排放量两个方面.影响经济量的主要因素是包价部分价格和自费部分的花销.影响排放量的主要因素是交通、产品结构以及能源类型.从产品角度讨论生态效率,有利于旅游者和旅游从业者加深对生态效率的理解,促进其生态意识的提高.     

氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响

大气氮沉降已经并将继续对森林土壤主要温室气体(CO2、CH4和N2O)通量产生影响.综述了国内外氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响及其机理的研究现状.由于森林类型、土壤N状况、氮沉降量及沉降类型等不同,氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响主要表现为抑制、促进和不显著3种效果.在N限制的森林中,氮沉降对土壤主要温室气体通量无显著影响,或促进土壤CO2排放;在"N饱和"的森林中,氮沉降可减少土壤CO2排放,抑制对大气CH4的吸收,增加N2O排放.分析了产生以上影响效果的作用机理,介绍了氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响的研究方法,探讨了该领域存在的问题及未来研究的方向.     

生物燃料会增加温室气体排放？

硫酸乙酰肝素是一种碳水化合物分子,它是细胞表面某些蛋白质的包被物,日前有研究显示,这种化合物对胚胎干细胞的正常增殖和潜能非常重要,它可能是介导细胞内外促使干细胞更新信号的细胞表面元件,并有可能成为干细胞工程的重要靶标。     

三江平原小叶章湿地温室气体排放及其对模拟氮沉降的响应

利用黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原湿地生态定位研究站内的长期模拟氮沉降试验平台,采用静态箱-气相色谱法,设置低氮(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1)处理,以及对照(0 kg N·hm^-2·a^-1),测定小叶章湿地温室气体排放通量及其相关环境因子,研究三江平原小叶章湿地温室气体排放对氮沉降的响应.结果表明: 低氮和高氮输入均显著增加了温室气体的排放通量,低氮和高氮处理使CO₂排放通量增加47.5%和47.9%,CH₄排放通量增加76.8%和110.1%,N₂O排放通量增加42.4%和10.6%.低氮输入改变了N₂O排放的季节动态,但对CO₂和CH₄排放的季节动态没有显著影响,高氮处理对3种气体排放的季节动态均未造成影响.CO₂排放通量和CH₄排放通量均与土壤温度呈显著正相关,而影响N₂O排放的因素较为复杂,未与土壤温度出现显著的相关关系.