青藏高原纳木错高寒草原温室气体通量及与环境因子关系研究

青藏高原广泛分布着以高寒草甸和高寒草原为主的陆地生态系统。由于高寒草地生态系统异质性较大,对高寒草地主要温室气体通量的估算具有较大的不确定性。为研究高寒草原温室气体通量规律及其驱动因子,并为动态碳-氮耦合模式在高寒生态系统的参数化与检验提供数据支持,于2008年7-9月,使用静态箱-气相色谱法在位于青藏高原腹地的纳木错高寒草原开展了主要温室气体通量(CO₂,CH₄,N₂O)及环境因子的同步观测。结果表明:纳木错高寒草原生态系统CH₄,N₂O通量和CO₂排放分别为:-0.047 mg·m^-2·h^-1,0.49μg·m^-2·h^-1和208.2 mg·m^-2·h^-1;在季节尺度上,土壤温度与CO₂排放呈显著正相关,与N₂O和CH₄通量线性关系不显著;土壤含水量与CH₄和N₂O通量呈正相关关系,但与CO₂通量无显著相关。在日变化尺度上,土壤湿度稳定,土壤温度变化与N₂O和CO₂通量成正相关,对CH₄通量影响不显著。     

三种土地利用方式下南方高山土壤温室气体通量特征及其影响因子研究

为探讨湖北火烧坪三种土地利用方式下土壤温室气体排放的特征及其影响因子,以研究区农田、草地和天然林地为研究对象,采用野外原位静态箱-气相色谱法对其土壤温室气体通量动态变化进行监测,并对环境因子进行分析。结果表明：三种土地利用方式下土壤CO₂均表现为排放,农田土壤CH₄和N₂O表现为排放,草地表现为吸收,林地不一致;土壤含水量抑制土壤CO₂,促进土壤CH₄产生,过氧化氢酶活性与土壤CO₂和CH₄的排放具有显著相关性,有机肥的施用影响土壤N₂O的排放;全球增温潜势（Global warming potential,GWP）由大到小表现为草地 > 林地 > 农田,但草地由于生物量高光合呼吸作用强,向大气排放CO₂的总量则较低。因此,人工草地的建造有利于降低研究区土壤温室气体的排放。     

黄河口滨岸潮滩湿地CO2、CH4和N2O通量特征初步研究

2009年8月,运用静态暗箱-气相色谱法对夏季黄河口滨岸潮滩湿地CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化特征进行了原位观测。结果表明,夏季低潮滩沉积物-大气界面的CO₂、CH₄和N₂O通量均具有明显日变化特征,日通量范围分别为-18.755～43.731,-0.070～0.224和-0.002～0.008 mg/(m²·h),均值为11.630,0.079和0.005 mg/(m²·h),全天表现为三者的排放“源”;中潮滩沉积物-大气界面CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化范围分别为-30.780～25.734,-0.111～0.100和-0.004～0.006 mg/(m²·h),均值为4.570,0.011和0.002 mg/(m²·h),全天亦表现为三者的排放“源”;中潮滩-大气界面CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化范围分别为46.253～102.637,-0.211～0.048和-0.008～0.008 mg/(m²·h),均值为76.656,-0.038和-0.002 mg/(m²·h),全天表现为CO₂的“源”、CH₄和N₂O的“汇”。 本研究还发现,中潮滩的CO₂通量与气温呈显著正相关(P＜0.05)关系,低潮滩沉积物的CH₄通量与气温、地表温度和5 cm地温呈极显著正相关(P＜0.01)关系,而中潮滩的N₂O通量与气温、地表温度和不同深度地温(5,10,20 cm)呈显著(P＜0.05)或极显著(P＜0.01)负相关关系;沉积物基质和翅碱蓬群落是影响CO₂、CH₄和N₂O通量特征的重要因素,而水分、盐分对于三者通量特征的影响也不容忽视。     

西藏纳木错高寒草原、高寒草甸和沼泽化草甸主要温室气体通量对比研究

青藏高原高寒草地占我国天然草地的40%,研究其温室气体源汇强度及驱动因子具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法,在西藏纳木错地区开展高寒草原、高寒草甸和沼泽化草甸的生态系统呼吸、CH₄和N₂O通量观测,生长季内的观测表明：高寒草原和高寒草甸生态系统呼吸分别为（283.7±14.4） mg·m^-2·h^-1和（275.7±20.6） mg·m^-2·h^-1,低于有机质丰富的沼泽化草甸,为（591.6±53.2） mg·m^-2·h^-1。高寒草原和高寒草甸均是CH₄的汇,其生长季均值分别为（-84.9±7.6） μg·m^-2·h^-1和（-39.2±4.6） μg·m^-2·h^-1;而沼泽化草甸是CH₄的源其均值为（149.2±34.2） μg·m^-2·h^-1。高寒草原、高寒草甸和沼泽化草甸均为N₂O的源,生长季排放量分别为（7.3±2.8）,（3.0±1.1）和（2.2±4.3） μg·m^-2·h^-1。土壤水分总体控制着高寒草地CH₄通量的时空变化,在土壤水分含量约大于30%的沼泽化草甸表现为CH₄的排放源,而在土壤水分含量低于30%的高寒草原和草甸表现为CH₄的汇;生长季水分含量越高,对CH₄的吸收越弱。     

不同降水格局下填闲种植对旱作冬小麦农田夏闲期土壤温室气体排放的影响

田间盆栽试验研究了不同降水格局下填闲种植对冬小麦农田夏闲期土壤温室气体排放的影响。试验采用控制降水格局(自然降水和减半降水)和填闲作物(黑麦草单播、长武怀豆单播、黑麦草和怀豆混播、裸地对照)双因素处理设计, 利用静态箱-气相色谱法对土壤CO₂、N₂O和CH₄排放通量进行观测。结果表明:1)各处理土壤是CO₂、N₂O的排放源, 是CH₄的弱吸收汇。2)降水格局和填闲种植对土壤温室气体排放均具有显著影响。与自然降水相比, 减半降水的土壤CO₂日均排放通量降低了33%, N₂O日均排放通量降低了17.9%, 但对CH₄通量影响不大。3)与裸地对照相比, 单播黑麦草、长武怀豆和二者混播日均CO₂排放通量提高了140.8%、135.6%和137.7%, 不同填闲处理间差异不显著。而日均N₂O排放通量分别降低了8.0%、21.8%和27.4%, 其中单播长武怀豆和混播处理与单播黑麦草处理差异显著。单播长武怀豆处理土壤日均CH₄吸收通量较裸地对照、单播黑麦草和混播处理分别降低了65.8%、63.7%和68.9%。4)与自然降水相比, 减半降水农田综合增温潜势平均下降了26.1%, 温室气体排放强度平均提高了47.2%。而与裸地对照相比, 单播黑麦草、单播长武怀豆和二者混播处理综合增温潜势平均分别提高了67.9%、65.5%和67.8%, 且各填闲作物处理间差异不显著。与单播黑麦草和混播处理相比, 在冬小麦夏闲期单播长武怀豆具有更高的地上生物量和更低的温室气体排放强度, 在自然降水条件下能够兼顾经济效益与生态效益, 适宜在本地区加以推广种植。     

规模化猪场碳排放特性研究

推动低碳发展建设研究,探讨实现碳达峰路径,并在此基础上实现碳中和目标,已成为当下我国应对气候变化和加强生态文明建设的首要任务。本研究以山东省烟台市某规模化猪场为研究对象,通过测算该猪场生猪生长过程和粪便贮存过程CH₄和N₂O排放量、粪便农田利用过程N₂O排放量,以及能源消耗CO₂排放量,对生猪养殖过程中各排放源的碳排放特性进行分析。结果表明：该猪场生猪肠道发酵CH₄排放CO₂当量仅占生猪生长过程温室气体排放总量的6.4%,而生猪呼出CO₂排放占比高达93.6%;粪便贮存过程N₂O排放CO₂当量仅占粪便贮存过程温室气体排放总量的15.2%,占粪便贮存过程CH₄排放CO₂当量的17.9%;农田利用过程N₂O直接排放量为间接排放量的10倍;耗煤、耗电、耗油CO₂排放量分别占能源消耗CO₂排...     

3种栽培草地N2O释放通量季节动态的研究

为探究栽培草地生长季N₂O释放规律与其土壤水分、温度及土壤硝态氮、铵态氮含量的关系,在黄土高原旱塬区,采用静态箱-气相色谱法,研究早熟禾(Poa pratensis)、紫花苜蓿(Medicago sativa)和红豆草(Onobrychis viciaefolia)草地生长季N₂O释放通量季节动态。结果表明:3种栽培草地生长季N₂O释放通量差异显著(P <0.05)。早熟禾草地N₂O释放通量最高,红豆草草地次之,紫花苜蓿草地最小。通量变化范围分别为-0.3185~0.4943,-0.4962~0.4755,-0.3167~0.4620 mg·m^-2·h^-1。生长季内早熟禾草地N₂O累积释放通量显著高于紫花苜蓿和红豆草草地。3种栽培草地N₂O释放通量在花期出现峰值,在再生期出现吸收现象。早熟禾草地N₂O释放通量主要受土壤水分影响。2种豆科栽培草地N₂O释放通量主要与土壤硝态氮、铵态氮含量相关联。     

黄土高原雨养农业区不同种植模式土壤温室气体排放特征

研究陇中黄土高原旱作农田,设置了苜蓿-苜蓿(L-L)、苜蓿-休闲(L-F)、苜蓿-小麦(L-W)、苜蓿-玉米(L-C)、苜蓿-马铃薯(L-P)和苜蓿-谷子(L-M)6个处理,采用静态箱-气相色谱法和碳通量测量系统LI-8100对苜蓿后茬轮作不同作物土壤温室气体排放动态及其影响因素进行了测定与分析。研究结果表明,农田土壤表现为CO₂源、N₂O源和CH₄吸收汇,且呈现夏秋高,春冬低的季节性变化特征。L-L处理的CO₂累积排放量最高,L-W处理较之降低了42.43%;L-C处理的N₂O累积排放量最高,L-P处理最低;CH₄吸收量以L-M处理最高,较L-F和L-L分别增加了62.71%和31.87%,综合增温潜势表现为L-L>L-M>L-C>L-P>L-F>L-W。相关分析结果表明,CO₂、CH₄、N₂O排放量与脲酶、过氧化氢酶活性及土壤温度呈极显著相关(P<0.01),与土壤水分在不同土层有显著相关性;逐步回归分析发现,土壤温度、过氧化氢酶是CO₂和CH₄排放的主导因素,土壤温度极显著影响气体排放,N₂O排放主要受到环境因子的影响。综合来看,与长期苜蓿连作相比,黄土高原地区苜蓿种植一定年限之后轮作粮食作物能减少土壤温室气体排放量,减弱农田温室气体的增温效应,其中以小麦效果最佳。     

黄河源区建植19年人工草地生物结皮CO2通量与叶绿素荧光参数的变化

为了解黄河源人工草地不同类型生物结皮和植被群落CO₂释放和固定的变化特征,并探讨二者的影响因子,本文通过调查黄河源建植19年人工草地不同类型生物结皮CO₂通量和植被土壤特征变化发现：藻和地衣结皮CO₂通量均显著小于苔藓结皮（10.58 μmol·m^-2·s^-1）（P<0.05）;苔藓结皮对应的植被群落CO₂通量（11.55 μmol·m^-2·s^-1）显著低于藻和地衣结皮（P<0.05）;藻和地衣结皮下的土壤CO₂通量显著大于苔藓结皮（约2倍,P<0.05）。苔藓结皮叶绿素初始荧光参数F₀（Minimal Fluorescence）和最大荧光参数F_m（Maximal Fluorescence）均最大;藻和苔藓结皮的PS Ⅱ最大光化学量子产量F_v/F_m（Optimal/Maximal Quantum Yield of PS Ⅱ）均高于地衣结皮。CO₂通量和叶绿素荧光参数的主要影响因子相似,均与禾本科高度、土壤铵态氮含量正相关,与pH负相关。因此,在研究草地碳平衡过程中应充分考虑生物结皮的贡献,同时需注意不同类型的生物结皮的CO₂通量和叶绿素荧光参数的差异变化。     

高寒灌丛土壤温室气体释放对添加不同形态氮素的响应

为探索不同形态氮素输入对青藏高原高寒灌丛土壤CO₂、N₂O和CH₄排放的影响,采集青藏高原东部金露梅高寒灌丛土壤,设置1个对照(CK)和3个添加不同形态氮素的处理(NH₄Cl,NH₄NO₃,KNO₃),在实验室恒温15℃下进行培养,分析了土壤CO₂、N₂O和CH₄的释放量以及土壤NH₄⁺,NO₃^-和可溶性有机碳(DOC)含量。结果表明:1)所有氮素处理抑制了高寒灌丛土壤CO₂的排放,土壤CO₂排放量与DOC浓度呈显著正相关关系;2)所有氮素处理显著增加了土壤N₂O的排放,而且以添加NO₃^--N增加的N₂O最为显著;3)高寒灌丛土壤N₂O的产生过程以反硝化作用为主;4)添加不同形态氮素对高寒灌丛土壤CH₄吸收没有显著影响。5)不同形态氮素施入后,高寒灌丛土壤温室气体全球增温潜能(GWP)顺序:KNO₃>NH₄NO₃>NH₄Cl>CK。     

不同施肥策略对阴山北麓旱作燕麦人工草地N2O排放的影响

本研究以内蒙古武川县燕麦(Avena sativa)人工草地为研究对象,采用静态箱法,通过无氮施肥为对照(CK),设置常规施氮(NN),控释施氮(CN)2个施肥处理,研究旱作燕麦人工草地N₂O排放规律,探讨N₂O排放对不同施肥种类的响应。结果表明：与无氮施肥相比,常规施氮的地上生物量显著提高37.8%,控释施氮的地上生物量显著提高64.5%(P<0.05);与常规施肥相比控释肥氮素利用率显著提升了71.0%(P<0.05);不同施肥处理下,燕麦人工草地生长季的N₂O排放通量均表现为先增加后降低的趋势,并在苗期和拔节期出现峰值;与无氮施肥相比,常规施氮的N₂O排放量(0.85 kg·hm^-2)显著提高44.1%,控释施氮的单位产量N₂O排放量(0.86×10^-4 g·g^-1)显著降低37.2%(P<0.05)。本研究发现相较于常规施肥,控释氮肥提高了燕麦产量且降低了N₂O的排...     

DNDC模型评估苜蓿绿肥对水稻产量和温室气体排放的影响

DNDC(denitrifiction-decompostion)模型是以生物地球化学进程为基础模拟碳氮循环的模型,被广泛用来预测稻田温室气体的排放,但利用DNDC模型研究苜蓿绿肥对稻田生态系统的相关研究尚未见报道。因此,本研究结合两种绿肥在上海地区的使用,模拟了4个不同处理:对照(未施氮肥和绿肥)、氮肥(200 kg/hm²)、紫花苜蓿绿肥(3000 kg DM/hm²)+氮肥和蚕豆绿肥(3000 kg DM/hm²)+氮肥,研究苜蓿绿肥对水稻产量和稻田温室气体排放的影响,同时,对DNDC模型进行本地化修正,建立适宜我国长江中下游地区绿肥-水稻轮作生态系统的DNDC模型,结果表明,与对照相比,苜蓿、蚕豆和氮肥处理下的水稻产量分别提高了41.85%,29.81%和25.36%;蚕豆绿肥处理下的CH₄排放量高于苜蓿绿肥处理,温室气体的排放强度在苜蓿绿肥处理下未显著提高。通过对DNDC模型多个参数的调整和模拟,DNDC模型对水稻产量和CH₄排放的模拟值与实测值十分接近,其中,水稻产量实测值和模拟值的决定系数R²为0.89,相对平均误差RMD为-0.8%。大气温度、大气CO₂浓度、土壤有机碳和土壤粘粒对稻田CH₄和N₂O排放十分敏感,其中,大气温度、CO₂浓度和土壤有机碳与CH₄和N₂O的排放强度呈显著的正相关关系,而土壤粘粒与CH₄排放呈显著的负相关关系,本研究结果说明本地化改进的DNDC模型能够准确模拟紫花苜蓿绿肥对水稻产量和稻田温室气体排放的作用效果。     

A French inventory of gaseous emissions (CH4, N2O, NH3) from livestock manure management using a mass-flow approach

A new methodology based on (1) national data concerning livestock and rearing practices and (2) a mass-flow approach was developed to quantify ammonia (NH₃), methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) emissions resulting from manure management in France. A literature review was performed to determine emission factors for each animal type and each management stage. A Microsoft Access® database containing these emission factors, the census data and manure compositions was then developed, allowing the calculation of gaseous emissions by the mass-flow approach. From this database, a national gas emissions inventory resulting from manure management was drawn up for the year 2003. Total NH₃ emissions were estimated at 382 kt N, mainly arising from cattle (72%). Greenhouse gas emissions were estimated at 14.0 Tg CO₂-eq. for N₂O and 10.2 Tg CO₂-eq. for CH₄. Most of the N₂O emissions occurred after the deposition of manure on soil during cattle grazing, while the CH₄ was mainly produced during the period where cattle manure remained in livestock buildings and in outside storage facilities. Moreover, an evaluation of the uncertainty was performed considering the standard deviation obtained for the emission factors.