生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响

采用土柱室内模拟的方法,通过添加0%、0.5%、2%、4%、6%、8%生物黑炭于土壤中,测定土壤CO2、CH4、N2O排放通量,探讨生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响。结果表明:室内模拟土柱培养期内,施用生物黑炭能显著增加CO2排放,且生物黑炭添加百分数(x)与CO2累积排放量(y)之间满足线性方程:y=12.591x+235.02(R2=0.834,n=24);当生物黑炭添加量达到2%及以上时,基本抑制了CH4的排放和显著减少土壤N2O排放,并显著减少CH4和N2O的综合温室效应,当其达到4%以上时,CH4和N2O的综合温室效应降幅更大并趋于稳定,但施用少量生物黑炭(0.5%)可显著促进N2O排放,对减少CH4和N2O综合温室效应并无明显效果。生物黑炭表观分解率随其添加量的增加逐渐减少,生物黑炭添加比例越高,积累于土壤中的碳越多,从投入生物黑炭量与固碳量和减排比角度综合考虑,农业生产中推荐生物黑炭施用量为20 t/hm2,其固碳减排效果俱佳。     

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。     

神农架主要森林土壤CH4、CO2和N2O排放对降水减少的响应

研究降水格局改变后森林土壤温室气体排放格局,可为森林温室气体排放清单制定提供科学依据。以神农架典型森林类型常绿落叶阔叶混交林和2种人工林马尾松和杉木林为研究对象,研究了降水格局改变后,其土壤CH_4吸收、CO_2和N_2O的排放格局和可能机制。结果表明:常绿落叶阔叶混交林吸收CH_4通量为(-36.79±13.99)μg Cm~(-2)h~(-1),显著大于马尾松和杉木两种人工林的CH_4吸收通量,其吸收通量分别为(-14.10±3.38)μg Cm~(-2)h~(-1)和(-7.75±2.80)μg Cm~(-2)h~(-1)。马尾松和杉木两种人工林CO_2排放通量分别为(107.03±12.11)μg Cm~(-2)h~(-1)和(80.82±10.29)μg Cm~(-2)h~(-1),显著大于常绿落叶阔叶混交林(71.27±10.59)μg Cm~(-2)h~(-1)。常绿落叶阔叶混交林N_2O排放通量为(8.88±6.75)μg Nm~(-2)h~(-1),显著大于杉木人工林(5.93±2.79)μg Nm~(-2)h~(-1)和马尾松人工林(1.64±1.02)μg Nm~(-2)h~(-1)。分析3种森林土壤CH_4吸收量与其环境因子之间的关系发现,常绿落叶阔叶混交林的CH_4吸收通量与其土壤温度呈现显著的指数负相关关系(P0.01)。常绿落叶阔叶混交林、马尾松林和杉木林的土壤CO_2排放通量与其空气温度和土壤温度之间均呈现显著的指数正相关关系(P0.01)。常绿落叶阔叶混交林和马尾松林土壤N_2O排放通量与空气温度之间均呈现显著的指数正相关关系(P0.01),而马尾松林与土壤温度之间呈显著正相关(P0.05),与土壤湿度之间均无显著相关。降水减半后,减少降水对常绿落叶阔叶混交林和马尾松林土壤CH_4吸收通量均具有明显的促进作用,但对杉木林土壤CH_4吸收量具有抑制作用,对常绿落叶阔叶混交林和杉木林土壤CO_2平均排放通量均具有明显的促进作用,而对马尾松林土壤CO_2平均排放通量明显抑制作用,对常绿落叶阔叶混交林、马尾松和杉木林土壤N_2O排放量具有明显的抑制作用。     

放牧对若尔盖高原湿地CH4排放的影响

湿地是大气甲烷(CH_4)的主要排放源,而有关放牧对湿地CH_4排放的影响特征仍未得到足够的报道。因此,通过静态箱法,研究了放牧对四川省若尔盖高原湿地CH_4排放的影响,CH_4气体通过快速温室气体分析仪测量。结果表明:放牧样地和围栏内样地生长季CH_4排放量为(31.32±19.57)g/m~2和(30.31±23.46)g/m~2,它们之间无差异显著;但是集中放牧期间(7—9月),放牧样地(21.01±12.35)g/m~2较围栏内样地显著增加了CH_4排放量为54.3%。2014年生长季期间通过刈割植物模拟放牧表明两种刈割强度CH_4排放量为(5.01±5.37)g/m~2和(4.69±5.99)g/m~2,较未刈割样地(1.15±1.89)g/m~2增加了335.9%和308.0%,其原因可能是放牧或者刈割减少地表植物生物量,降低植物高度,缩短了CH_4排放的路径距离。该结果可为我国高原湿地保护与管理决策提供基础数据支撑。     

温带森林不同演替阶段下的土壤CO2排放通量昼间变化

采用时空替代法,在长白山北坡分别选取了红松针阔叶混交林演替序列的5个不同阶段:草地、灌木林(幼龄林)地、白桦林地、阔叶杂木林地和红松阔叶林地,进行土壤CO_2排放通量昼间变化野外同步观测研究,旨在揭示温带森林不同演替阶段下的土壤呼吸CO_2排放过程的差异,探究其与温度、湿度、土壤理化性质等环境因子的关系。结果表明:(1)温带森林不同演替阶段下的土壤CO_2排放通量具有统一性,均为大气CO_2的源,这种统一性确保了小的时段(如昼间)观测能通过换算,实现CO_2排放量的估算。(2)CO_2排放通量的昼间排放都呈现出明显的单峰型,峰值在13:00—15:00左右,草地和灌木林地的峰值大概在13:00左右,明显提前于白桦林地、阔叶杂木林地和红松阔叶林地(14:00—15:00左右)。红松阔叶林地的土壤呼吸有明显的滞后性特征,峰值在15:00左右,比其他几个样地明显推迟。(3)土壤CO_2排放通量平均值由低到高排列依次为草地(2.760μmol m~(-2)s~(-1))、灌木林地(2.854μmol m~(-2)s~(-1))、白桦林地(3.048μmol m~(-2)s~(-1))、阔叶杂木林地(3.696μmol m~(-2)s~(-1))、红松阔叶林地(4.61μmol m~(-2)s~(-1))。随着温带森林演替的正向进行,土壤CO_2排放通量依次增大,次序为草地灌木林地白桦林地阔叶杂木林地红松阔叶林地。(4)环境因子中,0—5 cm土壤温度与土壤CO_2排放通量相关系数最高,土壤温度监测对土壤CO_2排放量的估算作用明显。     

川中丘陵区覆膜栽培再生稻对CH4排放的影响

为探讨覆膜栽培再生稻对CH_4排放的影响,采用静态箱-气相色谱法观测了川中丘陵区2016和2017年覆膜条件下再生稻田的CH_4排放通量。试验设置覆膜单季中稻(SR)和覆膜中稻-再生稻(SR-RR)两个处理。结果表明:SR-RR处理中稻季提前出现CH_4排放峰,再生季CH_4排放量少,约占两季总排放的8%—10%。全观测期内SR-RR处理两季的CH_4排放总量为103—306 kg/hm~2,比SR处理的单季排放量高11%—16%(P0.05)。SR-RR处理两季稻谷总产量为10.2—10.4 t/hm~2,比SR处理高出19%—22%(P0.05)。SR-RR处理单位产量的CH_4排放量为9.9—30.1 kg/t、,比SR处理减少6%(P0.05)。覆膜条件下种植再生稻,可保证水稻高产稳产,减少单位产量的CH_4排放量,值得推广。     

杉木人工林不同深度土壤CO2通量

土壤CO₂通量具有明显的时间和空间变异性。土壤温度和含水量是影响土壤CO₂通量的重要因素,同时,不同深度的土壤CO₂通量对温度和含水量变化的响应差异较大,因此,研究土壤CO₂通量和影响因素随土壤深度的变化,对于准确评估土壤碳排放具有重要意义。选择福建三明杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)作为研究对象,利用非散射红外CO₂浓度探头和Li-8100开路式土壤碳通量系统,并使用Fick扩散法计算了0-60cm深度土壤CO₂的通量,结果表明:(1)5种扩散模型计算的表层(5cm)CO₂通量与Li-8100测量结果均具有显著相关性(P<0.01),Moldrup气体扩散模型计算结果较好。(2)土壤CO₂浓度随深度的增加而升高,但60cm深度以下土壤CO₂浓度开始降低;不同深度土壤CO₂浓度的日变化均呈现单峰型;0-60cm土壤CO₂通量日通量均值变化范围为0.54-2.17μmol m^-2 s^-1;(3)指数拟合分析显示,5、10cm和60cm深度处土壤CO₂通量与温度具有显著相关性,Q₁₀值分别为1.35、2.01和4.95。不同深度土壤含水量与CO₂通量的相关性不显著。     

辽河口滨海湿地CH4排放特征及其影响因素

采用静态箱-气相色谱法,于2016年6—11月连续观测辽河口芦苇湿地、翅碱蓬湿地和裸滩湿地的CH_4排放速率,同时测定温度、氧化还原电位(Eh)、pH值和电导率(EC)等相关环境因子的动态变化。结果表明,3种类型湿地的CH_4排放具有明显的季节变化特征,均呈先上升后下降趋势。芦苇湿地、翅碱蓬湿地(涨潮前)和裸滩湿地(涨潮前)CH_4排放通量变化范围分别为0.447—10.40、0.045—0.509 mg m~(-2) h~(-1)和0.016—0.593 mg m~(-2) h~(-1),观测期内排放通量均值相应为(3.699±3.679)、(0.165±0.156) mg m~(-2) h~(-1)和(0.198±0.191) mg m~(-2) h~(-1),不同类型湿地之间差异显著(P0.01),芦苇湿地裸滩湿地(涨潮前)翅碱蓬湿地(涨潮前)。涨潮过程中,翅碱蓬湿地和裸滩湿地的排放速率分别变化在0.009—0.353 mg m~(-2) h~(-1)和0.018—0.335 mg m~(-2) h~(-1),观测期间其排放速率均值分别为(0.119±0.132) mg m~(-2) h~(-1)和(0.131±0.103) mg m~(-2) h~(-1),明显低于涨潮前(P0.01)。不同湿地类型间CH_4排放通量与电导率(EC)呈显著负相关(P0.01)。研究结果表明,潮汐和电导率均为影响辽河口不同类型湿地中CH_4排放的关键因子。     

冬季水分管理和水稻覆膜栽培对川中丘陵地区冬水田CH4排放的影响

采用静态箱-气相色谱法观测冬季水分管理和水稻覆膜栽培对川中丘陵地区冬水田全年的CH_4排放通量。试验设置持续淹水(CF)、冬季直接落干+稻季淹水(TF)与冬季覆膜落干+稻季覆膜(PM)3个处理。结果表明,冬季休闲期,CF、TF和PM处理CH_4排放分别为16.1、1.4 g/m~2和2.7 g/m~2;水稻生长期,CF、TF和PM处理CH_4排放分别为57.7、27.7 g/m~2和13.5 g/m~2。相较于CF处理,TF与PM处理分别减少其全年CH_4排放60.6%和78.0%。TF与PM处理水稻生长期CH_4排放峰值分别较CF处理低33.0%和56.1%。休闲期,TF、PM处理厢面与厢沟区域CH_4排放与土壤温度显著正相关(P0.05),与土壤氧化还原电位(土壤Eh)显著负相关(P0.05),而CF处理CH_4排放仅与土壤温度显著正相关(P0.05)。水稻生长期,CF处理CH_4排放与土壤温度显著正相关(P0.05),与土壤Eh显著负相关(P0.05),TF处理CH_4排放仅与土壤Eh显著负相关(P0.05),PM处理厢沟CH_4排放与土壤Eh显著正相关(P0.05)。各处理水稻生长期土壤可溶性有机碳含量(DOC)与微生物生物量碳含量(MBC)显著高于休闲期(P0.05)。研究结果为进一步研究冬水田全年CH_4排放规律及寻求有效的减排措施提供数据支撑和科学依据。     

陆地生态系统土壤CO2排放对模拟增温的响应特征及影响因素

全球变暖已经成为不争的事实,陆地生态系统碳循环的研究受到了各界广泛关注,是当前全球变化研究中的重点。土壤CO₂排放是陆地生态系统与大气间二氧化碳交换的最大通量之一,当前陆地生态系统中土壤CO₂排放如何响应全球气候变暖及其影响因素仍不清楚,限制了对土壤碳循环过程及影响机制的深入认识。旨在明确全球变暖背景下陆地生态系统中土壤CO₂排放格局及影响因素。基于Web of Science、PubMed和中国知网等中英文期刊数据库,充分收集全球范围内的相关野外试验文献81篇,提取出65个研究位置和213组相关研究数据,采用Meta分析方法探讨陆地生态系统土壤CO₂排放对增温的响应特征,分析其与海拔、气候、土壤含水量、容重(BD)、pH、全氮(TN)和土壤有机碳(SOC)的相关关系。结果表明:陆地生态系统中土壤CO₂排放对增温整体有显著的正向响应,在农、林、草生态系统中,增温使土壤CO₂排放分别显著增加13.1%、18.0%、5.9% (P<0.05),森林生态系统对增温响应的正效应最强烈;增温能在短时期内促进土壤呼吸,但随着增温持续时间增加,土壤呼吸对温度的敏感性会降低,对温度变化产生适应性,从而使其对增温的响应能力减弱;响应特征受到环境因子、土壤特性以及其他试验条件等的影响,绝大多数条件下对增温表现出显著的正响应特征,不同影响因子之间共同作用、相互影响。增温通常能够改变植物生物量、土壤养分含量及微生物数量和活性,从而影响到植被根际呼吸和土壤呼吸速率。相关分析表明,海拔对土壤CO₂排放有显著负向影响,而年均气温、年均降水量、土壤含水量和仪器嵌入土壤深度则对土壤CO₂排放产生显著正向影响。这些结果对于理解全球土壤CO₂排放的时空变化格局有重要意义,也为准确评价全球变暖背景下土壤碳汇功能及其持续性提供理论依据。     

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...     

温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系

中高纬度森林地区由于气候条件变化剧烈,土壤温室气体排放量的估算存在很大的不确定性,并且不同碳氮气体通量的主控因子与耦合关系尚不明确。以长白山温带针阔混交林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法连续4a(2005—2009年)测定土壤二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)净交换通量以及温度、水分等相关环境因子。研究结果表明:温带针阔混交林土壤整体上表现为CO2和N2O的排放源和CH4的吸收汇。土壤CH4、CO2和N2O通量的年均值分别为-1.3 kg CH4hm-2a-1、15102.2 kg CO2hm-2a-1和6.13 kg N2O hm-2a-1。土壤CO2通量呈现明显的季节性规律,主要受土壤温度的影响,水分次之;土壤CH4通量的季节变化不明显,与土壤水分显著正相关;土壤N2O通量季节变化与土壤CO2通量相似,与土壤水分、温度显著正相关。土壤CO2通量和CH4通量不存在任何类型的耦合关系,与N2O通量也不存在耦合关系;土壤CH4和N2O通量之间表现为消长型耦合关系。这项研究显示温带针阔混交林土壤碳氮气体通量主要受环境因子驱动,不同气体通量产生与消耗之间存在复杂的耦合关系,下一步研究需要深入探讨环境变化对其耦合关系的影响以及内在的生物驱动机制。     

Changes in CH4 and CO2 emissions from soils under flooded conditions after being exposed to FACE (free-air CO2 enrichment) for three years

To evaluate the variations of CO₂ and CH₄ emissions from FACE (free-air CO₂ enrichment, F) soils three years after rice-wheat rotation FACE treatment, incubation experiments in the laboratory with laboratory and elevated CO₂ concentration (1000 μl L?1) were carried out under flooded conditions at 25°C. Results show that soil organic carbon is increased by 11% after exposure to FACE treatment for three years. The results indicate that at laboratory and elevated CO₂, the cumulative CO₂ emissions from FACE soils are 35% and 22% higher than those from the ambient soils, whereas the cumulative CH₄ emissions from FACE soils are 2.6 and 2.3 times that of ambient soils. Thus, there is a larger ratio of cumulative emissions of CH₄ to CO₂ in the soil F. The elevated CO₂ concentration during the incubation stimulates the cumulative CO₂ emission significantly, but its stimulation on CH₄ emission is not statistically significant. The results indicate that the elevated atmospheric CO₂ concentration stimulates the turnover rates of soil organic matter, with a net increase in soil organic matter content, and alters the CH₄/CO₂ ratio.     

Changes in CH4 and CO2 emissions from soils under flooded conditions after being exposed to FACE (free-air CO2 enrichment) for three years

To evaluate the variations of CO₂ and CH₄ emissions from FACE (free-air CO₂ enrichment, F) soils three years after rice-wheat rotation FACE treatment, incubation experiments in the laboratory with laboratory and elevated CO₂ concentration (1000 μl L?1) were carried out under flooded conditions at 25°C. Results show that soil organic carbon is increased by 11% after exposure to FACE treatment for three years. The results indicate that at laboratory and elevated CO₂, the cumulative CO₂ emissions from FACE soils are 35% and 22% higher than those from the ambient soils, whereas the cumulative CH₄ emissions from FACE soils are 2.6 and 2.3 times that of ambient soils. Thus, there is a larger ratio of cumulative emissions of CH₄ to CO₂ in the soil F. The elevated CO₂ concentration during the incubation stimulates the cumulative CO₂ emission significantly, but its stimulation on CH₄ emission is not statistically significant. The results indicate that the elevated atmospheric CO₂ concentration stimulates the turnover rates of soil organic matter, with a net increase in soil organic matter content, and alters the CH₄/CO₂ ratio.     

长白山北坡不同土壤N2O和CH4排放的初步研究

用箱法技术原位测定了长白山北坡不同土壤(苔原土、生草森林土、棕色针叶林土和暗棕色森林土)6-8月间的N₂O和CH₄排放。结果表明,这些土壤既是N₂O的源,又同时是CH₄的汇。N₂O通量变化于6.17-12.33μg·m^-2·h^-3之间(平均9.37μg·m^-2·h^-1),CH₄通量为-85.63—7.58μg·m^-2·h^-1(平均-41.45μg·m^-3·h^-1),并观察到在N₂O排放和CH₄吸收之间有着相互消长关系。实验室培养实验表明,最大反硝化作用活性存在于土壤上层(0-6cm);不同土壤的反硝化作用活性明显不同。山地暗棕色森林土的CH₄吸收作用也主要发生在土壤的上层(0-12cm).     

共享社会经济路径下中国2020—2100年碳排放预测研究

碳排放和减碳经济代价研究日益受到学术界和决策者的关注,中国政府做出的关于争取在2060年前实现碳中和的表态引起了国际社会的热议。在此背景下,开展中国未来长时间序列碳排放的情景预测具有切实意义。基于可拓展的随机性环境影响评估模型（STIRPAT）评估了人口、经济和受教育程度对碳排放的影响,对比历史数据并验证了碳排放预测模型的准确性,结合共享社会经济路径（SSPs）情景的设定和模型参数,预测了5种情景下中国2020年至2100年的碳排放轨迹及经济代价。结果表明：（1）考虑碳排放达峰目标的实现,SSP3情景是中国未来发展的最佳情景,在此情景下,中国有望提前三年实现碳排放达峰目标;（2） SSP3情景可使中国年度总碳排放量和人均碳排放量处于相对其他四种情景的最低值,但需要付出累积GDP下降5.49%至8.80%的代价;（3）为完成在2060年前实现碳中和的承诺,中国政府在未来的40年需面对409.36-467.42 Gt的碳中和量;（4）2020年中国的碳排放强度将会较2005年水平下降40.52%至41.39%,2030年碳排放强度将会较2005年水平下降59.64%至60.75%。5种情境中,SSP5情景是降低碳排放强度的最佳情景,可最大程度地超额实现碳排放强度目标。未来,受经济发展、人口增长等重要因素影响,中国政府减碳压力将进一步加大。后疫情时代,考虑到能源供应的减少和高科技产业的发展,碳排放社会成本的上升将为中国创造一个使能源系统脱碳的机遇。中国应在"十四五"期间继续提升能源利用效率、升级产业结构、提倡低碳消费、实施隐含碳战略,以尽快实现碳减排目标。