大气CO2 浓度升高对华北夏玉米地温室气体排放的影响

开展大气CO₂ 浓度升高对华北夏玉米地温室气体排放的影响可为未来气候变化下农业温室气体减排提供依据。研究基于已稳定运行10 年的华北典型一年两季自由大气CO₂ 富集平台进行,于 2017 年设置2 个处理,即常规浓度CO₂(aCO₂,平均400 μmol·mol-1)和高浓度CO₂(eCO₂,550 μmol·mol-1),2018 年在不同CO₂ 浓度下增设低氮(LN)和高氮(HN)水平下的不同CO₂ 浓度处理(即aCO₂-LN、aCO₂-HN、eCO₂-LN、eCO₂-HN)开展试验,监测和分析不同处理下土壤CO₂ 及N2O 排放通量特征,结合土壤硝化潜势和反硝化潜势测定解析N2O排放量变化的可能原因。结果表明,eCO₂ 下夏玉米生育期农田N2O 和CO₂ 累积排放量分别比aCO₂ 下显著增加45.5% ～ 65.9% 和16.7% ～ 19.2%;N2O 排放增加主要发生在施肥、灌溉和降雨后,而土壤CO₂ 在玉米营养生长期排放量较高。eCO₂ 条件下土壤硝化潜势和反硝化潜势分别比aCO₂ 下提高了36.4% 和59.0%,对土壤N2O 排放有贡献潜力。eCO₂ 下,N2O 减排需结合排放机理采取合理的田间管理和水肥调控措施。     

气候变化下基于DayCent的旱地玉米农田温室气体排放通量模拟

气候变化通过大气CO₂浓度、温度和降雨的改变,直接或间接影响农田温室气体排放,研究未来气候情景下农田温室气体排放对实现农业碳减排具有重要意义。为探究气候变化背景下农田温室气体排放特征,该研究在长期田间定位试验基础上,利用当前大气CO₂浓度与CO₂浓度升高条件下旱作玉米农田温室气体排放通量的田间观测数据,采用“试错法”对DayCent模型进行校验,并利用校验后的模型,根据第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project phase 6,CMIP6）气候情景数据,预测未来SSP126与SSP245气候情景下旱地玉米农田温室气体排放通量。结果表明,DayCent模型对不同大气CO₂浓度下N₂O、CH₄和CO₂排放通量的模拟值与观测值高度一致,模拟效率（modeling efficiency,EF）分别为0.58～0.87、0.45～0.65和0.25～0.62,均方根误差（root mean square error,RMSE）分别为0.83～1.33、0.67～0.82和0.58～0.80 g/(hm²·d),决定系数（coefficient of determination,R²）分别为0.80～0.91、0.53～0.80和0.53～0.85。SSP126和SSP245气候情景下,在玉米单作种植模式下旱地农田N₂O和CO₂年排放量均呈现上升趋势,以2001—2020年农田温室气体排放通量为基准,到2060年N₂O年排放量分别增加22.8%和24.9%,CO₂年排放量分别增加6.7%和8.0%;旱地农田CH₄年吸收量呈下降趋势,两个气候情景下分别减少13.6%和13.4%。未来气候情景下旱地农田仍是温室气体排放源,优化氮肥管理和农田耕作措施对实现温室气体减排具有重要意义,模拟结果可以为制定农业适应气候变化对策提供基础数据支持。     

模拟CCS技术CO2泄露对C4作物种子萌发的影响

模拟CCS技术CO₂泄露对C₄作物种子萌发的影响,以期为CCS技术CO₂泄露后可能产生的环境影响提供基础性资料。利用CO₂人工气候箱,模拟CCS技术CO₂泄露产生的高浓度CO₂环境,研究在CO₂分别为正常大气CO₂浓度(对照组),10000,20000,40000,80000 mg/kg时,对玉米、高粱、谷子、糜子4种C₄作物发芽率、发芽势以及平均发芽天数的影响。高浓度CO₂对玉米发芽率无明显影响,而高粱、谷子和糜子分别在10000,20000, 20000 mg/kg时发芽率达到最高值;高浓度CO₂对玉米发芽势亦无明显影响,而高粱、谷子和糜子均在20000 mg/kg时发芽势达到最高值;高浓度CO₂对4种C₄作物发芽天数均产生较小影响,其中,对糜子影响较为显著。在不同CO₂浓度范围内对C₄作物种子发芽率分别有促进和抑制作用,促进和抑制作用不是很显著,其中,促进范围1%~5%,抑制范围1%~4%;高浓度CO₂对C₄作物种子发芽势有比较显著的促进作用,较对照组,发芽势的促进范围为9%~16%;高浓度CO₂对4种C₄作物发芽天数均产生较小影响。     

几种主要CO2施肥肥源性能的比较与评价

在空闲拱棚和黄瓜日光温室内，分别研究了化学反应法(H₂SO₄+NH₄HCO₃）、煤球燃烧法和颗粒CO₂气肥3种肥源的性能，并与液体CO₂进行成本比较，结果表明：化学反应法产气迅速，设备折旧成本较低；煤球燃烧法产气速度中等，原料成本最低；颗粒CO₂气肥产气速度较慢且不易调控，原料成本最高。考虑化学反应产物的再利用因素，化学反应法、煤球燃烧法和液体CO₂ 3种肥源总成本接近，但从生态、节能、成本和效果等方面综合评价，煤球燃烧法原料丰富、成本低廉，较符合我国目前的设施、经济、资源和技术条件。     

畜菜互补生态系统综合研究(Ⅰ)——CO2动态模拟及畜菜配比选择

现有畜菜互补生,系统畜菜配比差异极大,致使CO₂浓度过高或过低,影响CO₂气体施肥效果。在设有内部CO₂通风传输装置且温室CO₂均匀分布的条件下,建立了系统CO₂质量平衡数学模型,编制并验证了CO₂日变化动态模拟的计算机程序。利用该程序,以家畜给温室提供适宜的CO₂浓度为依据,以番茄与育肥猪为例,对沈阳地区主要CO₂施肥期12月～3月的畜菜配比进行了优化选择,为该生态系统的建设及管理提供了一定的依据。     

设施菜田土壤呼吸速率日变化特征分析

研究设施菜田土壤呼吸速率日变化特征对于了解CO₂排放对环境和作物生长的影响十分重要。本研究采用CO2红外分析仪 动态箱法在2009年秋冬季和2010年冬春季监测了不同有机肥和氮肥处理下设施菜田土壤呼吸速率的日变化特征。结果表明: 施用有机肥和秸秆明显提高设施菜田土壤呼吸速率, 尤其是在高氮投入下, 鸡粪和小麦秸秆混施土壤呼吸速率明显高于其他处理; 不同季节各处理土壤呼吸速率的日变化特征基本一致, 土壤呼吸速率的最大值出现在14:00-17:00; 随着温度升高, 土壤呼吸速率逐渐增加, 但是过高的温度和CO₂浓度均会抑制土壤呼吸速率; 上午8:00-11:00测定的土壤呼吸速率值与土壤呼吸速率日平均值基本一致, 可采用上午8:00-11:00土壤呼吸速率的观测值评估设施菜田CO₂的排放量; 施肥、温度和温室内近地面CO₂浓度是影响不同季节土壤呼吸速率日变化的主要因素, 合理调控对于实现设施蔬菜的可持续发展具有重要意义。     

环境因素对自然气调下双孢蘑菇呼吸速率影响的初步研究

研究了温度、容器内顶隙气体体积与双孢蘑菇体积比、O₂浓度、CO₂浓度及处理时间t对双孢蘑菇呼吸速率的影响，并采用多因素方差分析、重回归分析法，确定了双孢蘑菇呼吸速率的显著性影响因素，结果表明：温度对双孢蘑菇呼吸耗氧率R_O2、二氧化碳生成率R_CO2、呼吸商RQ的影响比体积比的影响更显著；25、18和4℃时，O₂浓度、CO₂浓度及时间t 3因素中，时间t对R_CO2的影响最大，而12℃时，CO₂浓度对R_CO2的影响最大；12℃时，随着体积比的增大，CO₂浓度、时间t的影响作用减弱，O₂浓度作用增强。     

CO2浓度升高对不同水分条件下冬小麦生长和水分利用的影响

以CO₂浓度升高为主要特征的气候变化对作物生长发育及产量形成的影响日益受到重视。冬小麦是我国主要粮食作物之一, 主要分布在干旱及半干旱地区, 且生长期内多干旱少雨。研究不同水分条件下冬小麦的生长变化及水分利用对CO₂浓度升高的响应具有重要的科学和实践意义。本研究在封顶式生长室中对2个土壤水分水平[适宜水分: 70%~80%田间持水量; 干旱胁迫: 50%~60%田间持水量]的盆栽冬小麦进行了CO₂熏蒸试验[背景大气浓度: (396.1±29.2) μmol·mol^-1; 升高的浓度: (760.1±36.1)μmol·mol^-1]。对小麦植株生理指标、生物量、产量、耗水量和水分利用效率(WUE)等的研究结果表明, 与背景大气CO₂浓度相比, CO₂浓度升高可促进冬小麦生长, 其地上生物量显著增加, 适宜水分和干旱胁迫条件下分别增加了28.6%和18.6%; 籽粒产量显著增加, 适宜水分和干旱胁迫条件下分别增加了32.6%和22.6%; CO₂浓度升高主要通过增加穗粒数提高籽粒产量, 穗粒数在适宜水分条件下提高24.3%, 干旱胁迫条件下提高15.5%, 对千粒重没有显著影响。CO₂浓度升高使群体和产量WUE显著提高, 在适宜水分条件下提高幅度较大, 分别提高17.7%和24.8%。CO₂浓度升高显著提高了叶片光合速率(P_n)、降低了气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r); 在适宜水分和干旱胁迫下P_n分别提高15.6%与12.9%, G_s分别降低22.7%与18.2%, T_r分别降低8.9%与7.5%。CO₂浓度升高提高了叶片水势及叶绿素含量; 在适宜水分条件下叶片水势提高幅度较大, 为7.7%; 叶片叶绿素含量在2种水分条件分别提高7.5%与3.8%。由以上试验结果可得出: CO₂浓度升高对冬小麦的生长、产量及水分利用效率均具有促进作用, 而且在土壤水分状况较好时, 这种作用效果更明显; CO₂浓度升高主要通过增加穗粒数来促进产量提高。     

CO2施肥对黄瓜幼苗矿质营养吸收与分配的影响

以土培和砂培黄瓜幼苗为试材，研究CO₂施肥对植株矿质营养吸收和分配的影响。结果表明：每天上午以1100±100 μl/L CO₂浓度施肥3 h或上、下午各施肥3 h明显降低植株各部位多数矿质元素的含量，CO₂施肥时间延长，降幅增大。CO₂施肥增强了黄瓜对矿质元素的吸收能力，使单株吸收总量显著增加，且施肥时间越长，吸收数量越多。因此，在CO₂施肥的同时应增加矿质营养的供给。     

CO2浓度增加对作物影响的实验研究进展

简要综述了近10年来国内外有关CO₂增加对作物生长影响的研究方法、实验装置和实验结果。CO₂增加促进了作物光合、抑制蒸腾、提高了水分利用率,有利于作物生长发育、干物质积累和产量形成。就总体而言,C₃比C₄作物对CO₂增加的反应更为敏感。     

中国农村户用沼气工程建设对减排CO2、SO2的贡献——分析与预测

农村户用沼气工程是中国可再生能源建设的重点项目，可为农村居民生活提供清洁的可再生能源，该工程的建设能减轻农村环境污染，有助于部分缓解全球气候变暖的趋势。该文根据国际通用的减排量计算方法，对中国农村户用沼气替代传统生物质能和煤炭所产生的CO₂和SO₂的减排量进行了计算分析，为制定农村能源发展战略和农村环境发展规划提供参考。研究结果表明，在1996～2003年间，每年可减少CO₂排放39.76～419.39万t，减少SO₂排放2.13～6.20万t。通过对2010、2020和2050年沼气替代农村传统能源减排CO₂和SO₂量的预测，证明农村户用沼气工程的建设可以有效减少CO₂和SO₂的排放。     

农村土地整治项目CO2排放及减排政策下的情景模拟

[目的]揭示农村土地整治的CO_2排放效应,为土地整理的碳排放研究提供科学参考。[方法]在项目预算书编制的基础上,采用IPCC清单法,估算农村土地整治项目的 CO_2排放量,分析影响CO_2排放的关键因子,模拟不同政策情景下农村土地整治项目CO_2排放的变化情况。[结果]项目的 CO_2排放总量约5.50×105t,灌溉与排水工程所占比例最大;水泥是最主要的碳源,占总排放量的92.07%,碳源材料的CO_2排放量直接取决于该类材料的CO_2排放系数及消耗量,间接取决于各单项工程的工程量和工程结构;随着相关节能减排政策力度的加大,减排量也会随之增多。[结论]应在土地整治规划设计中贯彻绿色、低碳、环保的设计理念,重视土地整治的生态效应;加大对水泥、电力、钢铁等能源密集型行业的节能减排力度,严格执行国家减排政策。     

环境因子对C3植物光呼吸生态学效应研究进展

光呼吸是C3植物体内重要的代谢过程.本文阐述了人类经济发展的同时对自然环境所产生的种种影响后果,包括CO:浓度升高、紫外辐射增加、温度变化、强光等环境因子对植物光呼吸所产生的影响,如直接或间接导致植物光呼吸速率的变化,进而在植物生理和生态上产生相关的效应.C3植物在受到环境胁迫时,可以通过光呼吸协调代谢功能,在一定程度上发挥规避环境、尤其是极端环境胁迫的效应.因此,可通过调节C3植物的光呼吸规避环境胁迫,这为光呼吸研究在环境生态学领域的拓展指出新的方向.     

外加碳酸盐增加石灰性土壤密闭培养过程中CO2的释放量

The closed-jar incubation method is widely used to estimate the mineralization of soil organic C. There are two C pools (i.e., organic and inorganic C) in calcareous soil. To evaluate the effect of additional carbonates on CO2 emission from calcareous soil during closed-jar incubation, three incubation experiments were conducted by adding different types (CaCO3 and MgCO3 ) and amounts of carbonate to the soil. The addition of carbonates significantly increased CO2 emission from the soil; the increase ranged from 12.0% in the CaCO3 amended soil to 460% in the MgCO3 amended soil during a 100-d incubation. Cumulative CO2 production at the end of the incubation was three times greater in the MgCO3 amended soil compared to the CaCO3 amended one. The CO2 emission increased with the amount of CaCO3 added to the soil. In contrast, CO2 emission decreased as the amount of MgCO3 added to the soil increased. Our results confirmed that the closed-jar incubation method could lead to an overestimate of organic C mineralization in calcareous soils. Because of its effect on soil pH and the dissolution of carbonates, HgCl2 should not be used to sterilize calcareous soil if the experiment includes the measurement of soil CO2 production.     

保护性耕作对小麦玉米间作系统生产效率和可持续性的影响

农田复合系统是集约化农作的有效途径之一,在增加生物多样性和提高产量方面具有重要作用。干旱区农业生产中,温室气体减排和作物耗水减量是发展高效可持续农业的重要参考指标,研发基于作物复合生产的模式是该区节水、减排和可持续农业发展面临的重大课题。本研究以河西绿洲灌区长期规模化种植的小麦/玉米复合生产系统为对象,于2010-2012年度在甘肃农业大学校地联合绿洲农业科研教学基地（武威站）,通过集成免耕立茬（NTS）、免耕秸秆覆盖（NTM）、少耕秸秆翻压（RTS）形成不同小麦/玉米间作复合系统,并以传统间作（CTI）为对照,重点研究了不同系统的土壤碳排放量和水分利用特征,比较分析了其生产效率和可持续性。结果表明,小麦和玉米复合系统的生物热能产较单作小麦提高113%,较单作玉米提高21%,该系统基于生物热能产的土地当量比均大于1。农田复合生产系统能有效降低土壤CO₂排放,特别是集成免耕秸秆覆盖的间作系统,土壤CO₂排放量比单作玉米降低12%,比传统间作降低13%,排放效率比单作玉米提高39%,比传统间作提高31%。此外,农田复合生产系统还显著降低了作物耗水,与传统间作相比,集成免耕秸秆覆盖的间作系统的棵间蒸发量、耗水总量和单位耗水碳排放量分别降低11%、5%和9%,但单位耗水生物热能产提高19%。农田复合生产系统较传统间作具有更高的土地当量比（1.78）、碳排当量比（1.48）和耗水当量比（1.22）,三者分别提高14%、28%和20%,因而其可持续评价指数提高了13%。小麦/玉米间作集成免耕秸秆覆盖的农田复合生产系统可作为河西绿洲灌区高效可持续农作的可行模式。     

Flow-microcalorimetry measurements of aerobic and anaerobic soil microbial activity

Heat output can be used as an indicator of microbial activity and is usually measured in a microcalorimeter with closed ampoules. In long-term experiments particularly, interpretation of the data is hindered by the changing environment in the closed ampoules because of O₂ consumption and CO₂ enrichment. We used a combination of a flow-microcalorimeter and a gas chromatograph to measure the heat flux and CO₂ and N₂O production rates under controlled conditions. Simultaneous detection of the heat output and CO₂ emission allowed calculation of the calorimetric: CO₂ (Cal/CO₂) ratio. A mean ratio of-435 kJ mol^-1 CO₂ was detected in six different soils amended with glucose and incubated under aerobic conditions. This ratio indicated that CO₂ was the end-product of catabolism. In wet 10–12 mm soil aggregates of a gleyic vertisol amended with glucose, values of-285 kJ mol^-1 CO₂ under an aerobic and-141 kJ mol^-1 CO₂ under a N₂ atmosphere was determined. These findings indicated that fermentative metabolism occurred. The Cal/CO₂ ratio was not affected when enough NO _inf3 ^sup- was available and denitrification processes (N₂O production) were possible.     

Control techniques and strategies for regional air pollution control from energy and industrial sectors

The technological options currently available to reduce SO₂ and NO_x emissions including abatement technologies and high efficient energy conversion technologies are reviewed. The energy emission model EFOMENV (Energy Flow Optimization Model-Environment) which takes into account all relevant emission reduction measures is used to determine the cost optimized energy pathway, the ranking of reduction measures and the corresponding costs as a function of given reduction levels of SO₂ and/or NO_x emissions for different scenarios in selected Central and Eastern European countries. It is shown that restructuring of the energy system is a major emission reduction option in all countries but with a potential varying greatly from country to country depending mainly on the existing structure and the age of the plants and on the development of the energy demand. The emission reduction costs for SO₂ in Central and Eastern European countries are 50% to 70% lower than in Western countries due to high potential of fuel/technology switching and energy saving measures. Cost efficient measures to reduce CO₂ emissions also lead to a significant decrease of SO₂ and NO_x emissions.     

华北平原玉米季优化管理的密集型农业系统下一氧化二氮和甲烷通量研究

Addressing concerns about mitigating greenhouse gas （GHG） emissions while maintaining high grain yield requires improved management practices that achieve sustainable intensification of cereal production systems. In the North China Plain, a field experiment was conducted to measure nitrous oxide （N2O） and methane （CH4） fluxes during the maize （Zea mays L.） season under various agricultural management regimes including conventional treatment （CONT） with high N fertilizer application at a rate of 300 kg N ha-1 and overuse of groundwater by flood irrigation, optimal fertilization 1 treatment （OPTIT）, optimal fertilization 2 treatment （OPT2T）, and controlled-release urea treatment （CRUT） with reduced N fertilizer application and irrigation, and a control （CK） with no N fertilizer. In contrast to CONT, balanced N fertilization treatments （OPT1T, OPT2T, and CRUT） and CK demonstrated a significant drop in cumulative N20 emission （1.70 v.s. 0.43-1.07 kg N ha-l）, indicating that balanced N fertilization substantially reduced N20 emission. The vMues of the N20 emission factor were 0.42%, 0.29%, 0.32%, and 0.27% for CONT, OPTIT, OPT2T, and CRUT, respectively. Global warming potentials, which were predominantly determined by N20 emission, were estimated to be 188 kg CO2-eq ha-1 for CK and 419-765 kg CO2-eq ha-1 for the N fertilization treatments. Global warming potential intensity calculated by considering maize yield was significantly lower for OPT1T, OPT2T, CRUT, and CK than for CONT. Therefore, OPTIT, OPT2T, and CRUT were recommended as promising management practices for sustaining maize yield and reducing GHG emissions in the North China Plain.     

环境CO2浓度增加对玉米生育生理及产量的影响

研究了盆栽玉米在700、600、500和350ppm的CO₂浓度处理下,生育、生理及产量形成的动态变化和反应。结果表明,CO₂浓度增加促进了玉米的生长和发育,物候期提前,光合速率增大,蒸腾系数减少,加快了根、茎、叶等干物质积累,提高了生物产量和经济产量。实验还表明:从苗期、抽雄、吐丝、乳熟到收获的各生育阶段,CO₂浓度对玉米的影响有所不同,以抽雄阶段影响最大;对植株的产量性状影响程度也不一致(穗>茎叶>根),收获指数也随CO₂浓度增加而有所提高。此外,CO₂浓度增加还可增强玉米抗短期高温(>40℃)和低光(常量的1/2)胁迫的能力。