生物质炭添加对农田温室气体净排放的影响综述

农田是温室气体的重要排放源,降低农田温室气体排放对减缓全球气候变化具有重要意义。生物质炭是生物质在缺氧条件下热解产生的固体物质,因其含碳量高、难于分解、比表面积大、疏松多孔等特性,已成为农田温室气体减排研究中人们关注和研究的热点。通过综述农田添加生物质炭对温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响及其机制,以及对温室气体净排放[包括净增温潜势(NGWP)、温室气体净排放(NGHGE)和温室气体排放强度(GHGI)]的影响等方面的国内外研究进展,并结合目前国内外生物质炭的研究现状,提出了未来生物质炭在农田温室气体减排领域的研究方向,旨在为生物质炭在农田温室气体减排中的应用提供思路和参考。     

生物质炭对农田土壤碳循环影响研究进展

近年来,随着农业集约化的推进和全球气候变暖的加剧,农田生态系统土壤有机碳库流失严重,并主要以土壤温室气体的形式进入大气,因此,寻求一种既可以减少土壤温室气体排放又可以确保农业可持续发展的途径尤为重要。生物碳作为含碳量极为丰富的高度芳香化难熔性物质,生物质碳的输入对土壤碳循环产生一系列深远影响,已成为环境及生态相关学科的研究热点。本文从生物质炭对土壤固碳的影响机制以及对土壤碳截留和温室气体排放的影响、我国生物质炭净减排能力等方面概述了生物质炭对农田土壤碳循环的影响,并对国内外研究中存在的问题进行分析并提出展望,以期对当前我国农田土壤固碳研究有所参考。     

生物质炭对农田N_2O排放及氮素淋失的影响研究进展

生物质炭作为环境友好型材料,具有高度稳定性和较强的吸附性能,施入土壤后能改善土壤结构,提高土壤肥力,增强生物固氮能力,还可减少温室气体的排放,农田土壤添加生物质炭会间接或直接对土壤氮素物质转化产生影响。本文从生物质炭的特性出发,概述了生物质炭的固氮机理、生物质炭的输入对农田N_2O排放以及氮素淋溶的影响,对研究中存在的问题进行分析,并提出展望。     

生物质炭的固碳减排与合理施用

近年来开展了大量短期一次性施用生物质炭对作物产量、土壤碳库和温室气体排放的研究。研究表明生物质炭能增加土壤碳库,但对作物产量、CH4和N2O排放的影响受生物质炭性质和土壤类型影响。生物质炭用在酸性土壤上比中性或碱性土壤上更能提高作物产量。草本或木本炭能减少N2O排放,但畜禽粪便炭不能减少N2O排放。在热带、亚热带地区生物质炭施用对N2O的减排作用小于温带地区。生物质炭的固碳减排效应除了受生物质炭类型、稳定性和施用区域影响外,还受制炭能耗和裂解气回收技术影响。在未来发展方向上,提出了亟需加强制炭技术、长期连续施用生物质炭效应和生物质炭性质与土壤类型互作研究。     

生物炭对农田N2O排放的影响机制研究

N₂O是影响全球气候变化的主要温室气体之一,对臭氧层的消耗起着催化作用。农田土壤作为温室气体第二大排放源,如何降低其N₂O的排放已成为不断探索的重大课题。生物炭是在缺氧条件下由含碳量丰富的生物质热解而成的一种高比表面积、多孔性材料,具有提高土壤肥力,促进作物生长等诸多优点,已成为研究热点。对农田N2O排放的影响以及作用机制已有较多研究,但尚未形成统一定论。综述了N₂O排放机制,以及生物炭特性、生物炭与环境因子的相互作用对农田N₂O排放的影响,并对未来生物炭对温室气体排放的影响研究提出方向性建议。     

施用棉花秸秆生物质炭对华北平原农田温室气体排放的影响

以我国华北平原冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,在常规施肥的情况下,研究了4种不同剂量棉花秸秆生物质炭[CK、C1(2.25 t/hm2生物质炭)、C2(4.5 t/hm2生物质炭)、C3(9.0 t/hm2生物质炭)]对土壤理化性质及温室气体(CH4、N2O)通量的影响,结合作物产量评估了不同处理对全球温室效应和温室气体强度的影响。结果表明:添加生物质炭不能显著影响土壤CH4的累积排放量。在夏玉米季,仅C2和C3处理可以显著降低土壤N2O累积排放量,分别为37.19%和48.58%;在冬小麦季,添加生物质炭处理均可以显著降低土壤N2O的排放,达24.26%～48.02%。路径分析结果表明,土壤NH4+-N含量是土壤N2O排放通量的主要影响因子。在夏玉米季,C2和C3处理可以显著增加玉米产量,分别达9.46%和10.99%;在冬小麦季,仅C3处理可以显著增加小麦产量,达7.13%。添加4.5 t/hm2和9 t/hm2的生物质炭处理可以显著降低全球增温潜势和温室气体强度,而添加2.25 t/hm2的生物质炭处理仅在冬小麦季可以显著降低全球增温潜势和温室气体强度。综上所述,将棉花秸秆转化为生物质炭用于华北平原农田,既能增加作物产量,又能降低温室气体排放。     

不同生物质炭对酸化茶园土壤N2O和CO2排放的影响

为了研究不同生物质炭对酸化茶园土壤温室气体排放的影响,采用原料为小麦秸秆、柳树枝、椰壳3种生物质炭,通过室内培养试验来探究不同生物质炭对茶园土壤性质及N_2O、CO_2排放特征的影响。试验中生物质炭添加量为20 g·kg~(-1),同时设置了施氮肥处理,采用尿素作为外加氮源,施氮量为100 mg·kg~(-1)。结果表明,施加生物质炭提高了酸化茶园土壤pH值,柳树枝生物质炭处理土壤pH值最高为6.71,显著高于其他处理。不同生物质炭对土壤DOC含量的影响效果存在差异,柳树枝生物质炭使土壤DOC平均含量增加了95.6%,椰壳生物质炭使土壤DOC含量降低36.1%,小麦秸秆生物质炭则影响不显著。生物质炭通过抑制土壤硝化和反硝化作用降低土壤N_2O的排放,椰壳生物质炭降低N_2O排放比例达91.7%,减排效果最显著。在施氮条件下柳树枝生物质炭对土壤N_2O的减排效果显著低于小麦秸秆和椰壳生物质炭。土壤CO_2的排放通量与pH值、DOC含量均呈极显著正相关,生物质炭促进了土壤CO_2的排放,柳树枝生物质炭处理CO_2的排放显著高于其他处理。此外,外加氮源降低了土壤pH值,增加了土壤N_2O的排放,但是对土壤DOC含量变化无显著影响。     

施用生物质炭后稻田土壤性质、水稻产量和 痕量温室气体排放的变化

【目的】研究生物质炭对连续两年稻田土壤性质、水稻产量和痕量温室气体排放的影响,为合理施用生物质炭而促进水稻生产可持续的低碳发展提供科学依据。【方法】选择成都平原稻田,2010年布设了施氮与否（0与240 kg N•hm-2）下生物质炭土壤施用（0、20、40 t•hm-2）试验,连续两年观测土壤性质、水稻产量、土壤CH4和N2O排放的变化。【结果】施氮肥条件下,生物质炭连续两年对主要土壤肥力性质表现出改善效应,提高了土壤有机碳、全氮含量和pH,同时降低土壤容重,但对水稻产量影响不显著。生物质炭对CH4排放的影响依氮肥施用而异。不施氮肥下,施用生物质炭提高当季土壤CH4排放（20 t•hm-2用量时）,但次年无影响。施用氮肥下,不同用量生物质炭对土壤CH4排放无显著影响,仅40 t•hm-2用量时次年CH4排放有所增加;生物质炭对不施氮肥土壤当季N2O排放无显著影响,并降低次年的排放。然而,施氮肥下,生物质炭连续两年显著降低了土壤N2O的排放,其降幅高达66%。施氮肥条件下,连续两年生物质炭处理降低稻田痕量温室气体的综合温室效应及其水稻生产的碳强度,特别是40 t•hm-2的高用量下。【结论】在连续两年内,稻田采用生物质炭配施氮肥的管理措施对改善土壤性质和稳定水稻产量具有持续效应,高用量生物质炭(40 t•hm-2)显著降低稻田CH4和N2O痕量温室气体排放的综合温室效应和水稻生产的碳强度,且在连续两年内具有稳定的持续性。因此,在当前稻田管理措施下,生物质炭施用量为40 t•hm-2可实现稻田稳产和固碳减排的目标。     

尿素和生物质炭对茶园土壤pH值及CO2和CH4排放的影响

为明确生物质炭对酸化茶园土壤改良及温室气体排放的影响,利用室内培养试验,研究了在施氮(N1)和不施氮(N0)条件下,不同小麦秸秆生物质炭添加量(B1,10 g·kg~(-1);B2,30 g·kg~(-1);B3,50 g·kg~(-1))对茶园土壤pH值、CO_2和CH_4排放的影响。结果表明,添加生物质炭显著提高了茶园土壤pH值(P0.05),生物质炭施加比例越高,土壤pH值提高幅度越大,处理组N0B1、N0B2和N0B3土壤平均pH较对照组CK(氮和生物质炭都不施)分别提高了0.18、0.53、1.06个单位,生物质炭添加量为3%(B2)时,短期内可达到提高土壤pH值、改良酸化土壤的效果;CO_2和CH_4的累积排放量随着生物质炭添加比例的升高而增大,且显著高于对照组CK(P0.05)。施加尿素短期内显著提高了土壤pH值(P0.05),并促进了CO_2的排放,但对CH_4的排放无显著影响。与单施生物质炭相比,生物质炭与尿素共施时土壤pH提高幅度更大,CO_2累积排放量提高程度也更为显著,而CH_4的排放得到抑制,但仍显著高于对照组CK(P0.05)。生物质炭的添加在提高土壤pH值的同时也会增加CO_2和CH_4的排放量,增大环境风险,但当土壤酸化程度较轻时,可适当施加低量生物质炭,在缓解土壤酸化状况的同时尽可能地减少温室气体的排放量。     

生物质炭基肥对农田土壤温室气体排放年际变化的影响

通过大田试验,研究分析不同梯度用量生物质炭基肥(0、10、20、30 t·hm~(-2))对旱作农田土壤温室气体排放的影响。结果表明,与对照(CK)相比,施用生物质炭基肥土壤的CO_2-C排放量在2015年和2016年分别提高了0.81%~23.05%和11.66%~30.94%;土壤N_2O的排放总量分别降低了13.32%~16.59%和7.90%~19.57%。综合连续2 a试验结果,本研究中生物质炭基肥施用增加了土壤CO_2排放,但对于降低土壤N_2O排放、全球增温潜势(GWP)、温室气体排放强度(GHGI)具有显著和持续效应,且在高用量下(30 t·hm~(-2))的持续效应具有年际间稳定性。     

畜禽废弃物堆肥氨气与温室气体协同减排研究

畜禽废弃物堆肥过程氨气与温室气体排放机理及减排技术是国内外学者的研究热点。堆肥过程中碳氮转化与氨气和温室气体的排放是相互关联的,而目前的研究主要关注氨气减排,尚缺乏对氨气与温室气体协同减排的系统性研究。因此,本研究通过系统梳理已发表的文献,分析了畜禽废弃物堆肥过程中氨气和温室气体的产排机制和协同关系,阐述了影响因素、调控策略和减排潜力,探讨了氨气和温室气体协同减排的技术途径,展望了氨气和温室气体协同减排机理与策略研究的重点和方向,旨在为畜禽废弃物堆肥过程中氨气和温室气体的协同减排提供理论依据和技术途径。研究表明,畜禽废弃物堆肥过程中氨气和温室气体的协同减排机理和调控途径尚不清楚,应加强在调节物料性质和优化供气策略的基础上,通过使用物理、化学和生物添加剂以实现堆肥过程氨气和温室气体的协同减排机理和技术研究。     

江西省生猪养殖温室气体排放特征研究

概述了江西省生猪规模化养殖、生猪存栏量的区域分布特点及2004-2011 年变化趋势,对生猪养殖肠道甲烷排放、粪便处理甲烷和氧化亚氮排放机制进行了介绍,计算分析了各地区在不同时间段的生猪养殖温室气体排放特征以及影响生猪养殖温室气体排放的因素,并结合江西省省情提出了生猪养殖温室气体减排的建议和对策。     

添加黄土或古土壤降低猪粪温室气体综合排放效应

为了探究加土垫圈这一传统措施对控制畜禽粪便存贮过程中温室气体排放的作用,采用室内培养方法研究了添加黄土与古土壤对猪粪温室气体排放的影响及可能的作用机理。结果表明:与猪粪处理相比,添加黄土或古土壤处理的CO_2累积排放量降低了42.4%～64.3%,CH_4累积排放量降低了99.8%以上,但N_2O累积排放量增加了1.8～18.0倍,这与土壤对养分的保蓄作用及土壤添加后碳、氮底物的变化有关。总体而言,添加黄土或古土壤处理的全球增温潜势为猪粪对照的38.1%～67.0%,有效减少了猪粪的温室气体排放。与施用黄土相比,添加古土壤具有更好的减排效果,这与古土壤中具有吸附能力的物理性黏粒和游离态氧化铁含量较高有关,说明添加物类型的选择对减少畜禽粪便存贮阶段的温室气体排放具有重要作用。     

中国畜禽粪便管理变化对温室气体排放的影响

畜禽粪便是重要的温室气体排放源,不同粪便管理方式对温室气体排放的影响差异显著,科学分析我国畜禽粪便管理温室气体排放变化及其影响因素,对提高畜禽粪便管理和推进畜禽粪污资源化利用,实现畜禽低碳养殖具有重要意义。本文分析了我国国家信息通报中报告的1994—2014年畜禽粪便管理温室气体排放变化,结果表明:我国畜禽粪便管理温室气体排放量占农业源温室排放总量的比例逐步提高,2014年占比达到17.7%。基于第一次和第二次污染源普查相关数据,分析结果表明目前我国畜禽规模养殖场清粪方式以干清粪为主,粪便管理以固体粪便贮存、液体粪便贮存和厌氧发酵后沼液还田为主;比较分析了不同清粪工艺和粪便管理方式变化对温室气体排放的影响,提出了通过源头减量-过程控制-末端利用的全链条技术创新建议,以期促进我国畜禽低碳养殖和绿色发展。     

贵州省六盘水市温室气体排放动态分析

[目的]估算贵州省六盘水市温室气体排放量,分析其2005—2014年的动态变化情况。[方法]参照《2006年IPCC国家温室气体清单指南》与《省级温室气体清单编制指南》推荐方法,对2005—2014年六盘水市温室气体排放量进行估算。[结果]2005—2014年六盘水市温室气体总排放量为89 495.78万t,其中,能源部门排放量为75 083.60万t,占总排放量83.90%,是六盘水市温室气体最大的排放贡献源;其次为森林碳汇(20 859.40万t),占总排放量的23.31%;农业生产排放量最小,仅占0.43%。2005—2014年六盘水市人均和单位面积温室气体排放呈持续增加,人均温室气体排放量年均增长18.1%,单位面积温室气体排放量年均增长17.1%,万元GDP温室气体排放量年均降低9.6%。[结论]2005—2014年六盘水市温室气体人均排放量较大,需采取相关措施。     

重庆农村有机废弃物产沼气潜力估算及减排效益

农业是温室气体的主要排放源,减少农业源温室气体排放对控制全球气候变化有重要作用。充分利用农村有机废弃物发展农村沼气,减少温室气体排放,对推动低碳农业有着重要意义。对重庆农村有机废弃物产沼气潜力进行定量估算,并分析了温室气体减排的效益,为重庆市发展低碳农业提供参考。     

我国典型省份小麦和玉米农田化学氮肥施用与生产运输过程的温室气体排放量估算

基于相关统计数据,通过文献调研方法,估算了我国河南、河北和山东3个典型省份在小麦和玉米上消费的化学氮肥产生的温室气体排放量,包括化学氮肥施用产生的土壤N_2O直接排放、通过挥发沉降和淋溶径流途径损失的氮素导致的N_2O间接排放以及不同种类化学氮肥在生产和运输过程中的温室气体排放。结果表明:河南、河北和山东3个典型省份在小麦上消费的化学氮肥产生的温室气体排放量分别为1536万、847万、1153万t CO_2–eq·a–1,单位播种面积温室气体排放量分别为2.85、3.61、3.09 t CO_2–eq·hm–2·a–1,单位产量温室气体排放量分别为0.46、0.60、0.51 t CO_2–eq·t~(–1)·a~(–1);相应省份在玉米上消费的化学氮肥产生的温室气体排放量分别为717万、720万、912万t CO_2–eq·a–1,单位播种面积温室气体排放量分别为2.19、2.27、2.92 t CO_2–eq·hm–2·a–1,单位产量温室气体排放量分别为0.40、0.43、0.46 t CO_2–eq·t~(–1)·a~(–1)。研究表明,化学氮肥消费带来的温室气体排放主要来自于化学氮肥在生产过程中的温室气体排放以及化学氮肥施用导致的土壤N_2O直接排放这两部分。     

嘉兴市农业温室气体排放特征及减排路径

农业是重要的温室气体排放源之一,准确分析农业温室气体的排放特征可为制定和更新低碳化政策及措施提供重要依据。根据浙江省嘉兴市相关统计资料,参照《浙江省温室气体清单编制指南(2017年版)》温室气体核算方法,分析了嘉兴市2010—2016年农业温室气体的排放特征。结果显示:嘉兴市农业温室气体减排工作成效显著,年均减排幅度达8.4%,2014年较2013年减排20.2%;种植业是嘉兴市农业温室气体的主要来源,排放占比最大的温室气体排放源依次为化肥氮、稻田甲烷和与羊养殖相关的排放源,2016年,三者分别占嘉兴市农业温室气体排放总量的40.2%、36.0%和10.5%;种植业发展规模较大的桐乡市和平湖市农业温室气体排放量位居嘉兴市前2位;种植业和畜牧业体量都不大的嘉善县,农业温室气体排放量总体相应较小。稻田甲烷减排、合理施用化肥将是未来嘉兴市低碳农业发展的重点。