溪流二氧化碳排放研究进展

陆源碳经内陆水体生态系统输出是全球碳循环的关键一环,其中溪流碳排放超过内陆水体平均碳排放,影响区域乃至全球碳收支.本文通过对前人的研究结果进行总结,归纳了当前溪流二氧化碳分压(pCO2)、二氧化碳排放通量(FCO2)的动态变化特征,二者均表现出明显的昼夜变化和季节变化特征,且随溪流分级的增大而减小;梳理了影响溪流pCO...     

不同水生植物对景观水体CO2与CH4排放通量的影响

城市景观水体是大气CO₂与CH₄的排放热源,而水生植物作为景观水体的重要组成要素,对水体温室气体排放动态的影响并不清楚。选择重庆市观音塘国家湿地公园为研究区,利用漂浮箱法与顶空平衡法对观音塘水域7种不同水生植物分布区进行水-气界面CO₂与CH₄排放通量及CO₂、CH₄溶存浓度进行季节性监测,估算了植物传输对气体通量的贡献。结果表明：1)观音塘水体CO₂与CH₄浓度范围分别为8.0—341.8μmol/L和0.23—5.26μmol/L,排放通量分别为26.5—869.1 mmol m^-2 d^-1和0.40—11.15 mmol m^-2 d^-1,是大气净CO₂与CH₄排放源;2)观音塘开敞水区CO₂与CH₄排放通量低于大部分城市湖泊或景观水体...     

我国典型城市化石能源消费CO2排放及其影响因素比较研究

城市是化石能源消费和CO₂排放的主要区域。分析典型城市化石能源消费CO₂排放特征,明确不同城市CO₂排放动态及主要影响因素的差异,是开展城市减排行动的重要科学依据。采用IPCC推荐方法及中国的排放参数核算11个典型城市2006—2015年间化石能源消费产生的CO₂排放量。根据各城市经济发展和CO₂排放特征将之分为四类:经济高度发达城市(北京、上海、广州)、高碳排放城市(重庆、乌鲁木齐、唐山)、低排放低增长城市(哈尔滨、呼和浩特和大庆)和低排放高增长城市(贵阳、合肥),并运用对数平均迪氏指数法(Logarithmic Mean Divisia Index,即LMDI分解法)对比分析了四类城市CO₂排放量的影响因素。结果表明:(1)研究期内大部分城市CO₂排放总量有所增加,仅北京和广州呈下降趋势,工业部门CO₂排放在城市排放总量及其变化中占据主导地位;四类城市的人均CO₂排放量表现出与排放总量相...     

开放式空气CO2增高对稻田CH4和N2O排放的影响

在FACE(free-aircarbondioxideenrichment)平台上,采用静态暗箱气相色谱法观测研究了大气CO₂浓度增加对稻田CH₄和N₂O排放的影响.结果表明,在150和250kgN·hm^-2两种氮肥水平下大气CO₂浓度增加200μmol·mol^-1均明显促进水稻生长,水稻生物量积累.大气CO₂浓度增加对150和250kgN·hm^-2两种氮肥水平下稻田CH₄排放均无显著影响,并简要分析了与现有文献报道结果不一致的原因.大气CO₂浓度增加也未导致150和250kgN·hm^-2两种氮肥水平下稻田N₂O排放的明显变化,与大多数研究结果一致.     

城市小型景观水体CO2与CH4排放特征及影响因素

淡水生态系统被认为是大气温室气体排放的重要来源,尤其在人类活动影响下,其排放强度可能进一步增强。城市小型景观水体是城市生态系统的重要组成,具有面积小、数量大以及人类干扰强的特征,其温室气体排放特征及影响因素尚不清楚。选择重庆市大学城8个景观水体和周边2个自然水体为对象,于2019年1、4、7、10月,利用漂浮箱和顶空法分析了水体CO₂与CH₄的溶存浓度及排放通量,旨在揭示城市小型景观水体CO₂与CH₄排放强度、时空变异特征以及影响因素。结果表明,10个小型水体CO₂、CH₄的溶存浓度范围分别为10.75-116.25 μmol/L和0.09-3.61 μmol/L（均值分别为（47.6±29.3）μmol/L、（1.13±0.56）μmol/L）,均为过饱和状态;漂浮箱法实测的8个景观水体CO₂和CH₄排放通量均值分别为（72.7±65.9）mmol m^-2 d^-1和（2.31±3.48）mmol m^-2 d^-1（顶空法估算值为（69.7±82.0）mmol m^-2 d^-1和（3.69±2.92）mmol m^-2 d^-1）,是2个自然水体的3.5-6.1和2.0-4.5倍,呈较强的CO₂、CH₄排放源;居民区景观水体CO₂和CH₄排放略高于校园区,均显著高于对照的自然水体;CO₂排放夏季最高,秋季次之,冬、春季最低,CH₄呈夏季>秋季≈春季>冬季的季节模式,温度和水体初级生产共同影响CO₂和CH₄排放的季节模式;水生植物分布对景观水体CO₂、CH₄排放有显著影响,有植物分布的水域比无植物水域平均高1.97和2.94倍;漂浮箱法和顶空法测得气体通量线性关系较好,但顶空法测得CO₂通量在春季明显偏低,而CH₄则普遍偏高。相关分析表明,景观水体碳、氮浓度、pH值以及DO等对CO₂排放具有较好的指示性,CH₄排放通量主要与水体中碳、磷浓度有关。城市小型景观水体CO₂、CH₄排放通量远高于大部分已有自然水体的研究结果,呈一种较强的大气温室气体排放源,在区域淡水系统温室气体排放清单中具有重要贡献,未来研究中应给以更多关注。     

改变施肥管理后不同肥力稻田土壤CO2排放特征

利用一个长达30a水稻土长期定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下,将原化肥处理改施有机肥,原有机肥处理改施化肥或者增施有机肥。通过观测田间试验2012—2013年双季稻轮作周期内不同肥力水平稻田土壤施肥管理改变后的土体CO2排放通量(FCO2),研究不同后续施肥管理对不同肥力红壤性水稻土CO2排放的影响。结果表明:变更施肥能明显改变CO2排放动态变化,其中长期施用有机肥处理改施化肥后其FCO2明显减小,长期施用化肥或有机肥处理增施有机肥后其FCO2显著增大。有机肥和土壤有机碳均可促进土体CO2排放,有机肥处理有机物料碳添加量与CO2-C年排放量呈极显著的正相关关系(r=0.9015**,n=21),单施化肥处理土壤有机碳含量与土体CO2-C年排放量符合线性方程:y=10.962x-68.86(R2=0.7507,n=9,P0.01)。长期施用有机肥土壤改施化肥会导致其有机碳矿化损失,土壤有机碳含量越高,矿化损失量越多,最终其有机碳水平将与长期施用化肥的土壤有机碳平衡值一致;长期施用化肥或有机肥土壤改施或增施有机肥可促进土壤有机碳积累,外源添加碳越多,土壤积累碳越多;相同有机肥施用量下土壤有机碳含量越高,有机物料表观分解率越大,积累于土壤中的有机碳越少,不同有机碳水平土壤在相同有机肥管理下其有机碳最终会达到相同的平衡值。在有机碳水平较低(20.46 g/kg)红壤稻田上增施有机肥是提升已培肥水稻土有机碳含量的可持续发展措施,而在有机碳水平较高(14.45 g/kg)红壤稻田上应避免改施化肥。总之,在有机碳含量较高或者较低的中国南方红壤性水稻土上,持续的有机肥施用是保持或者提高其有机碳水平的必要措施。     

不同利用方式对红壤CO2排放的影响

采用静态箱法研究了我国亚热带红壤区农田利用方式 (旱地或水田 )对土壤 CO2 排放及其相关因子的影响 ,并估算了旱地和水田 CO2 的年排放通量。结果表明 ,水田在淹水植稻期 (夏季 ) ,其排放通量明显低于旱地 ,而在非淹水期 (排水落干或休闲期 ) ,其排放通量则显著高于旱地。 CO2 排放通量呈现明显的季节性变异 ,旱地以夏季最高、春秋季次之、冬季最低 ;而水田则以秋季最高、其次是春冬季、夏季最低。土壤温度和湿度分别是影响旱地和水田 CO2 排放的主导因子 ,可将二者与通量的指数关系作为模型 ,分别进行旱地和水田 CO2 排放的估算。经模型估算 ,我国中亚热带旱地和水田红壤 CO2 的年排放通量分别为 1.37和 2 .73kg CO2 / (m2 · a) )。     

微生物多样性损失对农田土壤CO2和N2O排放功能稳定性的影响

生物多样性与生态系统稳定性的关系一直是生态学领域的研究热点,然而已有研究主要关注地上植物系统,对地下土壤系统尚不够重视。本研究通过逐步稀释法获得3种微生物多样性不同的土壤悬液(10⁰、10^-2、10^-6),重新接种后考察农田黑土与红壤CO₂和N₂O排放功能在铜污染和热胁迫下的稳定性(用抵抗力和恢复力来表征)。结果表明：黑土CO₂排放的功能稳定性在不同微生物多样性处理下没有差异,N₂O排放对铜污染和热胁迫的抵抗力和恢复力均在10^-6多样性处理下发生明显下降;红壤N₂O排放对铜污染和热胁迫的抵抗力和恢复力在10^-2多样性处理下开始显著下降,而CO₂排放的功能稳定性在10^-6多样性处理下显著下降。说明微生物多样性损失对农田土壤功能稳定性的影响会因土壤类型和所选取的土壤功能而不同,当土壤养分含量较高、微生物群落中耐胁迫种类较多时,土壤...     

间作对旱地CO2和N2O排放影响的研究进展

农田温室气体排放是近年来科学界的研究热点,采用合适的种植模式是减少农田温室气体排放的有效途径之一.本文综述了作物间作对旱地土壤CO₂和N₂O排放的影响及机理.合理间作能够提高土壤有机碳(SOC)含量、促进不同作物秸秆向SOC转化、降低SOC矿化速率,从而减少CO₂排放.禾本科与豆科作物间作能够在维持作物产量的情况下,减少化学氮肥投入、土壤有效氮残留及还田秸秆产生的无机氮,降低N₂O排放.间作作物的互作、田间小气候环境的改善也是影响土壤温室气体排放的重要因素.今后,要增加土壤温室气体监测时长并对影响因子进行综合、全面的分析,尤其是从分子水平探究间作模式下土壤微生物对温室气体产生过程的作用机理,为构建环境友好型农业模式提供科学依据.     

利用微藻固定CO2实现碳减排的研究进展

CO2减排是目前社会经济发展所面临的重大环境问题之一,如何高效、绿色地进行减排已成为各国科研工作者关注与研究的热点。利用微藻技术进行减排符合碳循环规律,显示出很好的应用前景。本文结合笔者近年在利用微藻技术进行碳减排方面的研究工作,从固定CO2的微藻选育、微藻的培养、微藻减排在光生物反应器方面的开发以及CO2减排与污水深度处理及高价值生物质生产的耦合等4个方面对近些年来国内外在利用微藻技术实现CO2减排方面的研究情况进行了归纳与评述,并对前景进行了展望。     

我国养殖水体N2O排放特征及其影响因素研究进展

养殖水体作为不可忽视的温室气体排放源,已引起社会广泛关注。本文通过文献综述分析了国内养殖水体N₂O溶存浓度、饱和度及排放通量的时空分布特征,并结合N₂O产生机制探讨了养殖水体N2O排放的影响因素。我国养殖水体N₂O介于饱和与过饱和状态,水-气界面排放通量范围为-9.82×10^-3~143.25×10^-3mg·m^-2·h^-1,养殖水体成为N₂O的重要排放源;空间变异特征表现为南方地区的排放通量显著高于北方地区,北方地区养殖水体N2O排放通量整体高于本区自然水体,而南方地区相反;从时间变化特征看,各养殖塘排放通量变化规律较为相似,大致表现为养殖中期排放量最高,养殖末期和养殖初期较低;季节变化上,夏季最高、冬春季较低。养殖水体N₂O的产生机制与其他水生生态系统相似,主要为硝化和反硝化作用,影响养殖水体N₂O在排放的因素除温度、pH、营养盐、盐度、叶绿素a等环境因素外,还与曝气活动、饵料投放、排水活动和养殖种类等人为因素有关。     

绿藻CO2浓缩机制的研究进展

单细胞绿藻是淡水水体中浮游植物的重要组成部分,也是淡水生态系统中主要的初级生产者,其在适应外界环境CO₂浓度变化的过程中,细胞内形成了一种主动转移无机碳的机制———CO₂浓缩机制(CO₂concentrating mechanism,CCM).该机制能使细胞在核酮糖2磷酸羧化氧化酶(rubisco)固碳位点提高CO₂浓度,以增加光合作用和减少光呼吸.本文综述了这种机制中的无机碳转移模型和不同环境因子(光、温度、CO₂浓度和营养水平)对它的调控作用,以期促进深入开展浮游植物对大气CO₂浓度升高响应的研究.     

FACE系统处理三年后淹水条件下土壤CH4和CO2排放变化

采用淹水培养实验（25（C）,在实验室CO2浓度和高CO2浓度（1000μlL^-1）条件下,研究了稻麦轮作FACE系统运行3a后FACE处理和大气CO2浓度（Ambient）处理土壤CO2和CH4排放的差异。实验结果表明：经过FACE处理后,土壤有机碳含量较Ambient处理提高11%。在实验室和高CO2浓度下淹水培育60d,FACE处理土壤CO2累积排放量较Ambient处理土壤分别增加35%和22%,CH4累积排放量分别是Ambient处理土壤的2.6倍和2.3倍。高CO2浓度下培养,显著促进FACE和Ambient处理土壤的CO2排放量（p〈0.01）,促进CH4排放量,但未达到统计显著水平（p〉0.05）。由此说明,大气CO2浓度升高可能直接影响土壤有机碳的转化速率和CO2及CH4的排放。     

覆膜对绿洲棉田土壤CO2通量和CO2浓度的影响

基于静态箱法和气井法分别测定新疆棉田覆膜位置的土壤CO2通量和CO2浓度.结果表明:土壤CO2通量和CO2浓度时间变化特征与土壤温度变化趋势一致,均表现为7月较高,10月最低.观测期内,棉田土壤CO2累积排放量非覆膜处理为2032.81 kg C·hm-2,覆膜处理为1871.95 kg C·hm-2;而1 m深度内土壤CO2浓度非覆膜处理为2165~23986μL·L-1,覆膜处理为5137~25945μL·L-1,即覆膜减少了棉田土壤排放CO2的同时增加了土壤CO2积累量.覆膜和非覆膜处理下不同深度土壤CO2浓度和CO2通量的相关系数分别为0.60~0.73和0.57~0.75,表明地表释放的CO2强烈依赖于土壤剖面储存的CO2.覆膜和非覆膜处理下Q10值分别为2.77和2.48,表明覆膜处理下的土壤CO2通量对土壤温度变化的响应更敏感.     

华北平原冬小麦农田生态系统CO2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO₂通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO₂通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明: 冬小麦整个生育期内NEE为-360.15 g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO₂通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO₂·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO₂·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92 g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.     

开放式空气CO2浓度增高条件下旱地土壤气体CO2浓度廓线测定

设计了一套适合于FACE(free-air CO₂ enrichment)平台的旱地土壤气体CO₂浓度廓线测定方法,并将其应用于田间实验.在江苏省无锡市郊区具有太湖地区典型水稻土的稻麦轮作农田,对FACE和对照麦田以及裸土0～30cm土层的土壤气体CO₂浓度廓线进行了观测研究.结果表明,所采用的方法满足进行旱地农田土壤气体CO₂浓度廓线研究的要求;在0～30cm土层中,上层土壤气体中的CO₂向上垂直扩散要比下层土壤快;在作物旺盛生长期,大气CO₂浓度升高200±40μmol·mol^-1使0～30cm土层的土壤气体CO₂浓度显著提高14%±5%(t检验P<0.001).     

热带山地雨林CO2浓度环境的时空梯度特征

基于2000年旱、雨季梯度观测结果叠加分析晴及晴间少云天气,山地雨林垂直CO2浓度雨季在333～350ml/m3的时间空间特征显著即800～1800林内1 6m至冠顶28m,较旱季浓度分别小10～21、7～20.2ml/n3,夜间呼吸影响空间的最大浓度均在近林地上5m、出现时段有季节性差别.800～1800林冠上CO 2浓度梯度、气温梯度表明,大气至林冠的CO2通量和冠层指向大气的热通量特征显著,夜间则梯度值减小、方向相反,且雨季晴天的△Ct/△Z大于旱季,旱季气温梯度大于雨季;林内二氧化碳垂直梯度(△Ct/△Z＜0)昼夜均小于零,即林地指向上层的CO2通量特征显著,且两类天气均表现出雨季的浓度梯度大于相应的旱季.从而,科学地揭示出在28m的山地雨林垂直高度上,植物光合固定CO2最多而导致空间浓度最低的季节、天气、时间和空间,同时证实冠上两个高度实时气温与相应CO2浓度成CCO2.=a10b/T.而山地雨林水汽压时空则较为直观地解释了蒸发、扩散和乱流机制影响的效果以及雨林"雨"形成的特征.     

岩溶区不同土地利用方式下土壤CO2排放模拟研究

土地利用变化作为全球气候变化研究的重要内容之一,对土壤CO₂的排放具有重要影响。岩溶区石漠化治理过程中植被恢复伴随着土地利用方式的转变,其对土壤CO₂排放的影响有待进一步研究。基于控制性实验,以土壤、岩溶含水介质初始条件相同,仅土地利用方式不同的贵州普定沙湾模拟试验场为研究对象,通过1年的土壤CO₂浓度和通量数据,研究岩溶区不同土地利用方式下土壤CO₂的排放规律及其影响因素。结果表明：(1)土壤CO₂的浓度和通量具有明显的季节变化规律,不同季节下的土壤CO₂通量呈现昼夜变化规律,温度和降雨影响着土壤CO₂的排放,前者可促进排放量,后者可抑制排放量,且不同土地利用方式受影响的程度不同;(2)耕作活动也会影响土壤CO₂的排放,耕作使得土壤变得松散,加上岩溶区下伏基岩的溶蚀作用,增加了土壤CO₂向含水层的扩散,导致春季耕地表现为负通量;(3)不同土地利用方式下土壤CO₂的年排...     

微生物利用CO2的研究进展

微生物利用CO₂,这不仅提高了自然界碳的利用率,而且能将CO₂转化为高附加值产品,可以实现资源的再利用。利用现代生物技术改造微生物以提高CO₂的利用效率对生物制造和实现碳中和有一定的促进作用。本文首先总结了微生物利用CO₂的6个主要天然途径,并分析这些途径的优缺点,这是对相关途径进行改造的基础;其次提供克服天然途径中碳原子利用率低、能耗高、产品得率低等问题的方法;再次阐述了面向CO₂高效利用的合成生物技术研究方向以及途径改造的主要策略和效果;最后展望了微生物利用CO₂的机遇及挑战,以期为改造微生物提高CO₂利用效率和高附加值产品的生产奠定基础。     

若尔盖高原沼泽湿地CO2排放时空变化特征

为了更好理解若尔盖高原不同微生境下沼泽湿地生态系统CO₂排放通量的变化特征,以若尔盖高原湿地自然保护区为研究对象,2013和2014年生长季期间,采用了静态箱和快速温室气体法原位观测了3种湿地5种微生境下沼泽湿地CO₂排放通量时空变化规律。结果表明：长期淹水微地貌草丘区湿地（PHK）和洼地区湿地（PHW） CO₂排放通量变化范围分别为38.99-1731.74 mg m^-2 h^-1和46.69-335.22 mg m^-2 h^-1,季节性淹水区微地貌草丘区湿地（SHK）和洼地区湿地（SHW） CO₂排放通量变化范围分别为193.90-2575.60 mg m^-2 h^-1和49.93-1467.45 mg m^-2 h^-1,而两者过渡区的无淹水区沼泽湿地（Lawn） CO₂排放通量变化范围194.20-898.75 mg m^-2 h^-1。相关性分析表明5种微地貌区沼泽湿地CO₂排放通量季节性变化与不同深度土壤温度均存在显著正相关,与水位存在显著负相关（PHW、SHW、SHK、Lawn）或不相关（PHK）,并且水位和温度（5 cm）共同解释了CO₂排放通量季节性变化的87%。3种湿地5种微生境下沼泽湿地CO₂排放通量存在空间变化规律,主要受水位影响,但植物也影响沼泽湿地CO₂排放通量空间变化规律,并且表明沼泽湿地CO₂排放通量与水位平均值存在显著负相关。