广东省不同地区稻田甲烷排放的差异性及其模型估计

减少温室气体排放以减缓全球变暖是当前全球变化研究的主要关注点。制定区域适应性的减排措施,有赖于对不同环境条件下温室气体排放空间差异性的进一步研究。广东是我国主要的双季稻种植区,其气候条件及稻田耕作方式都有别于我国其他稻区的。为估算广东省区域稻甲烷(CH_4)排放情况,利用IPCC2006清单指南中的稻田甲烷模型——CH_4MOD,模拟计算了2010年广东省21个地市双季早(晚)稻CH_4排放量及其排放因子。结果显示:1) 2010年稻田CH_4排放量为60. 74万t,其中双季晚稻CH_4排放量35. 01万t,双季早稻CH_4排放量25. 73万t。2)稻田CH_4排放量空间分布不均,区域稻田甲烷排放量为粤西的粤北的珠江三角洲的粤东的,排放量分别为21. 22万t、17. 02万t、15. 14万t、7. 36万t。3)双季早稻CH_4排放因子明显小于晚稻的,双季早稻CH_4排放因子为261. 18 kg CH_4/hm~2,双季晚稻为358. 53 kg CH_4/hm~2。4)空间上,粤西地区稻田CH_4排放因子水平较高,粤北、粤东的处于中等水平,珠江三角洲稻田CH_4排放水平最低。     

农田生态系统温室气体排放研究进展

自1985年起,中国科学院大气物理研究所利用自行设计制造的自动观测仪器系统,历时十六年先后对我国四大类主要水稻产区的甲烷排放规律及其与土壤、气象条件和农业管理措施的关系进行了系统野外观测实验,并对稻田甲烷产生、转化和输送机理进行了理论研究,探讨了控制稻田甲烷排放的实用措施,建立了估算和预测稻田甲烷排放的数值模型.在甲烷排放的时空变化规律和转化率研究方面有一系列新的发现,在稻田甲烷产生率、排放率及其与环境条件的关系方面取得一系列新的成果,以充分证据改变了国际上关于全球和中国稻田甲烷排放总量的估算.在对稻田甲     

1955-2005年中国稻田甲烷排放估算

 将稻田甲烷排放模型CH4MOD和GIS空间化数据库结合,模拟估计了中国大陆1955-2005年水稻生长季稻田甲烷排放量。结果表明：中国稻田甲烷排放总体呈增加趋势,1960年代、1970年代、1980年代和1990年代年均排放量分别为（3.18±0.53）、（4.71±0.27）、（5.22±0.24）和（5.79±0.34）Tg,2000-2005年平均排放量为（6.25±0.36） Tg。1960-1975年增加最快,速率为0.167 Tg/a;自1970年代中期开始增加速率减缓,为0.054 Tg/a。中国稻田甲烷排放高值区主要分布在湖南、湖北、江西、广东、广西、江苏和安徽省,约占全国稻田甲烷排放总量的73.2%。自1980年代初以来,东北三省稻田甲烷排放增加显著,这主要归因于该区水稻种植面积的迅速扩大。     

水稻田甲烷的减排方法研究及评价

通过对稻田甲烷排放多年的野外实验观测和对稻田甲烷排放控制因子的研究,总结出减少稻田甲烷排放的主要方法,对各种减排方法的减排效果和经济效益做了研究,并利用层次分析法对各种减排方法做了进一步的评价分析。现有的稻田甲烷减排方法主要有其他肥料代替传统的有机肥、种植低甲烷排放的水稻品种,以及稻田的灌水管理。适合中国国情的方法主要有杂交稻替代常规稻,沼渣肥替代纯有机肥。杂交稻替代常规稻的经济效益很显著,减少甲烷排放的同时能增加水稻的产量。沼渣肥替代有机肥的减排效果较好,社会效益和环境效益明显优于杂交稻替代常规稻。     

江西省冬水田休闲期甲烷排放研究

利用85个气象站的观测资料和14个农业气象观测站水稻生育期资料,以及第二次土壤普查数据,基于气温与冬水田休闲期甲烷排放通量的指数关系模型,分析了江西省2000—2013年冬水田休闲期甲烷排放因子和排放量的时空分布特征。结果表明:1)江西省冬水田甲烷排放因子无显著的上升趋势;2)江西省冬水田休闲期甲烷排放平均通量为7.66 mg/(m2·h),平均年排放因子为406.5 kg/hm2,其中2007年排放通量为1.214×105 t,占稻田甲烷排放的12.4%;3)吉安、赣州、抚州、上饶和宜春市是江西省冬水田休闲期甲烷排放的主要地区,累计约占全省排放量的75.0%;4)各设区市冬水田休闲期甲烷排放量主要决定于各地水田面积的大小,赣州市除外。     

中国甲烷排放现状

介绍了１９９０年和１９９４年我国甲烷排放源估算工作。首先,对１９９０年的甲烷排放源进行了收集和完善,尤其是对１９９０年城市垃圾甲烷排放源重新做了计算;其次,根据最新研究资料,对１９９４年的甲烷排放源重新作了计算;最后把１９９４年甲烷排放与１９９０年进行了对比。研究表明,中国１９９０年和１９９４年甲烷排放分别为３０９２×１０６ｔ和３２９１×１０６ｔ,分别约占当年全球总排放的５９％和６１％,其中,采煤、油气领域泄漏、反刍动物与动物粪便、垃圾填埋等甲烷排放有所增大,而生物质燃烧、稻田甲烷的排放有所减少,农村堆肥中的甲烷排放变化不大。     

中国稻田甲烷产生和排放研究 Ⅰ.产生和排放机理及其影响因子

综合论述了近 2 0年来中国稻田甲烷排放的研究状况 ,包括中国稻田甲烷排放通量的观测 ,稻田甲烷生成的生物学机理及产生、转化、传输的机理研究 ,稻田甲烷排放的影响因子 ,主要介绍了稻田甲烷产生和氧化过程、影响甲烷排放的因子     

中国稻田甲烷排放在减少

2005年6月8-9日在中国气象局召开了中国科技部和美国能源部合作项目“气候科学”的第三届科学工作组会议。在会上,美国Portland State University物理系Khalil教授做了一个引人注意的报告,基于对中国稻田甲烷排放的多年测量进行分析,提出了中国稻田甲烷排放在减少,人口增长与稻田甲烷排放没有明显的关系,稻田可能不再是一个减少甲烷排放的有效途径以及现在大气甲烷浓度年增长率在减小和变化趋势趋于稳定等结论。笔者对以上结论作了简要介绍和分析。     

我国甲烷排放情景分析:IPAC模型结果

近期发布的IPCC第六次评估报告再次强调了短寿命期温室气体减排对温升减缓的作用。甲烷是最重要的短寿命期非CO₂温室气体。在各国提出各自新的减排目标之后,针对甲烷减排的行动方案也越来越多。甲烷减排正在成为下一阶段各国和全球合作的重点领域之一。本文在我国碳减排目标下的能源转型基础上,结合其他非能源活动的减排排放源的减排技术选择基础上,利用IPAC模型对未来甲烷的排放情景进行了分析。在模型设定的两个情景分析基础之上,研究发现,到2050年的能源转型可明显减少能源活动的甲烷排放,和2015年相比能源活动的排放可减少67％。和其他行业相比,能源部门的甲烷减排具有更好的协同性。如果考虑进一步减排甲烷,则需要在考虑其他大气污染物减排的基础上,可通过实现天然气的进一步减排来实现。同时其他部门的甲烷减排也具有很大潜力,低甲烷排放情景可以实现到2050年将甲烷排放减少到1 494万吨,和2015年相比全范围排放可减排58％。     

稻田甲烷排放及产生、转化、输送机理

通过对中国五大水稻产区稻田甲烷排放的多年观测实验,描述了稻田甲烷排放的时空变化规律及特征并分析研究了其形成机理。稻田甲烷排放的日变化有四种类型,甲烷的传输效率是日变化形成的主要因素。稻田甲烷土壤中排放率的季节变化型式在不同的地区是不同的,这取决于气温变化、水稻品种、施肥及水管理等不同因素。甲烷产生主要发生在稻田土壤耕作还原层（2～20 cm）,氧化主要发生在水土交界面的氧化层和根部氧化膜,并受多种因子的影响。土壤中的甲烷通过三个路径向大气排放,不同时期三个路径在甲烷传输中的相对重要性不同。施用化肥和沼渣肥可以降低土壤中甲烷的产生和排放,而有机肥会增加土壤中甲烷的产生和排放。中国的稻田每年向大气中排放9.67～12.66百万吨甲烷,全球稻田甲烷的总排放量约为35～56 Tg/a。     

江汉平原不同稻作模式下温室气体排放特征

采用静态箱-气相色谱法在江汉平原开展早稻、晚稻、中稻、虾稻和再生稻5种稻作类型温室气体排放监测试验,研究不同稻作模式下稻田CH₄和N₂O排放特征、总增温潜势及温室气体排放强度,为准确评估稻田生态系统温室气体排放提供参考依据。结果表明:CH₄排放集中在水稻前期淹水阶段,排放峰值最高为虾稻（85.7 mg·m-2·h-1）,较其他稻作模式高71.7%~191.5%。N₂O排放峰值主要出现于中期晒田和施肥阶段,排放峰值最高为再生稻（1100.7 μg·m-2·h-1）,较其他稻作模式高16.8%~654.9%。CH₄累积排放量从大到小依次为虾稻、再生稻、早稻、晚稻、中稻;N₂O累积排放量从大到小依次为再生稻、早稻、晚稻、中稻、虾稻;总增温潜势从大到小依次为虾稻、再生稻、早稻、晚稻、中稻;温室气体排放强度从大到小依次为虾稻、早稻、再生稻、晚稻、中稻。CH₄排放占比为82.9%~99.0%,稻虾田高排放主要原因为持续淹水时间长、秸秆还田和饲料投入,探究该模式CH₄减排举措最为关键;中稻由于水旱轮作,稻田温室气体排放最低,可作为低碳减排的主要稻作类型。     

碳中和愿景下的污水处理厂温室气体排放情景模拟研究

污水处理厂运行过程中大量释放甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O),是重要的人为温室气体排放源。基于2005—2015年统计资料和IPCC核算方法,估算了2005—2015年中国生活污水处理厂CH₄和N₂O排放,分析了其排放特征和影响因素;依据碳中和愿景设定3种减排情景（低减排、中减排和高减排),并预估了2020—2050年排放趋势和时空变化。结果表明：2005—2015年间污水处理厂温室气体排放量呈稳定增长趋势,CH₄从1135.37万t CO₂e上升至1501.45万t CO₂e,N₂O从2651.08万t CO₂e上升为2787.05万t CO₂e,年均增速分别为2.8%和0.5%。3种减排情景下,2020—2050年CH₄和N₂O排放量时间上呈先增后减趋势,低减排情景下CH₄和N₂O排放量分别于2036年和2025年达到峰值,分别为2431万和2819万t CO₂e;中减排情景和高减排情景下CH₄峰值点分别出现在2027和2025年,而N₂O排放峰值均出现在2025年。2050年中减排和高减排情景下CH₄排放量相较于低减排情景减排率约为47%和94%;2050年低减排、中减排和高减排情景下N₂O排放量相较于2015年分别减排了12%、53%和95%。CH₄和N₂O排放量在空间上差异显著,华东地区排放量高,西北地区排放量低,东南区域所在省份排放量整体高于西北区域省份。影响因素中的经济发展程度与温室气体排放量密切相关。     

中国城市固体废弃物甲烷排放研究

甲烷（CH4）所引起的温室效应仅次于CO2,固体废弃物填埋处理所产生的CH4作为总的人为温室气体排放源的一部分,估算其排放量对于计算大气中整个温室气体增加所引起的气候效应具有重要的作用和意义。在以往研究的基础上,通过对典型城市生活垃圾的采样分析,确定了最近几年中国城市固体废弃物（MSW）中可降解有机碳（DOC）的含量,并根据IPCC计算CH4排放量的方法以及全国不同区域废弃物管理程度状况,估算得到CH4排放量在全国范围内从东部到西部逐渐减少,且在1994-2004年排放量逐年增加。     

长春周围地区稻田甲烷排放研究

通过对长春及其周围地区稻田上空甲烷浓度和稻田甲烷排放量持续2年的监测研究发现，在水稻生长季内，该区稻田甲烷排放量的变化曲线里单峰型，排放高峰出现在7月上、中旬至8月上旬的水稻孕穗期，且在此期间，稻田上空甲烷浓度和稻田甲烷排放量关系密切。采用持续淹水方式的C稻田的甲烷平均排放通量为7．65mg·m-2·h－1；采用间歇灌水方式的A、B稻田分别为0．Z7和0．72mg·m-2·h-1。人为的水管理方式和施肥对该区稻田甲烷排放具有重要影响。采用间歇灌水的水管理方式可大幅度降低稻田甲烷的排放量。     

中国废水处理甲烷排放特征和减排潜力分析

废弃物处理温室气体排放的主要排放源之一为废水（生活污水和工业废水）处理CH₄排放。根据统计资料和IPCC提供的方法,选择适合中国的排放因子,分析了中国废水处理2005-2010年的CH₄排放特征和2000-2010年CH₄产生的各驱动因子。并且根据中国的实际情况预测和分析了中国废水处理CH₄排放趋势和排放潜力。结果显示：2010年中国生活污水处理CH₄排放量为61.10万t,工业废水处理的CH₄排放量为162.37万t,造纸等八大行业CH₄排放量达到总CH₄排放量的92%以上,2005-2010年的CH₄排放量逐年增加;到2020年在减排情景下,生活污水处理CH₄排放量为101.36万t,减排潜力为7.63万t,比2010年排放量增加了66%;工业废水处理CH₄排放量233.93万t,减排潜力为25.99万t,比2010年排放量增加了44%。     

稻田CH4排放的农业气象数值模拟研究

在美国DNDC模式基础上, 综合气象学、农业气象学及生态学最新研究进展, 将作物生长、碳氮循环及CH₄排放有机耦合, 建立了一个CH₄排放数值模式, 模式通过了相关显著性检验。利用模式重点分析了气象因子对稻田CH₄排放的影响状况, 数值分析表明, 当仅考虑气象条件影响时: (1) 不同地区不同生长季节的CH₄排放量均与相应生长期的平均气温成正相关关系; (2) 功率谱分析表明稻田CH₄排放存在4~5年周期变化, 与相应生长季节的平均温度年际变化规律相一致; (3) CH₄排放量年际之间变化趋势与生长季平均气温变化趋势基本一致。利用数值计算结果, 给出了杭州及昌德地区早稻、晚稻CH₄简易统计模式, 为应用模型监测并调控农田生态系统中的CH₄排放奠定了基础。     

成都平原稻田甲烷排放的实验研究

根据1996～1999年四个稻季的观测资料,分析了成都平原单季稻甲烷排放的季节变化和年际变化特征.结果表明:在水稻生长季节甲烷排放通量变化很大,在分蘖期和成熟期一般会出现峰值.年际间的通量变化也很大,其年均排放通量的变化范围在2.35～33.95mg m-2 h-1之间.4年的平均排放通量为12 mg m-2 h-1,与四川乐山的7年平均值30mg m-2 h-1相比,存在着明显的地区差异.同时分析讨论了温度、施肥、水稻品种、土壤氧化还原电位(Eh)以及稻田水位等诸多因素对稻田甲烷排放的影响.结果表明:在成都平原水稻生长季节的平均气温对CH4的平均排放通量影响不大;而气温对CH4排放的日变化有相对重要的影响,但气温对甲烷排放日变化的影响与水稻植物体的生长阶段有关;发现了水稻植物体(根、茎、叶)重量对CH4排放的重要作用.讨论了合理使用肥料和施肥量,控制水位和Eh值对稻田CH4的减排作用,提出优化组合诸影响因子,以充分发挥其减排潜力.     

稻田土壤中甲烷产生率的实验研究

本实验旨在研究稻田土壤中甲烷产生率对稻田CH_4排放的影响.观测结果表明:土壤各深度的甲烷产生率有很大的变化范围(1—4639ng·h~(-1)·g~(-1)d.w.).主要的甲烷产生区域是7—17cm深的土壤层,其中以13cm深的土壤层上的生成速率最大.土壤中甲烷产生率与稻田CH_4排放率在水稻生长的某些阶段有较好的相关性,但它的季节变化却不能与排放的季节变化完全耦合.在水稻生长期,土壤中甲烷产生率随时间而增大,并在8月份水稻收割前达到最大,其日平均值在38—767 ng·h~(-1)·g~(-1)d.w.间变动.稻田土壤中甲烷产生率也存在日变化,一般在下午达到最大值,但却没有发现它与土壤温度有明显的相关关系.在不同施肥及水稻品种的稻田土壤中也观测到不同的甲烷产生率.在土壤中产生的甲烷最多只有28.8％被排放到大气中,而其余多于71.2％的则被氧化在土壤中.     

中国氟化工行业HFC-23减排潜力分析

我国是全球二氟一氯甲烷（HCFC-22）的主要生产国,在HCFC-22的生产过程中,会产生大量的温室气体--三氟甲烷（HFC-23）。通过分析我国11个HFC-23减排清洁发展机制（CDM）项目的监测数据,确定HFC-23的排放因子,估算我国2000-2010年HFC-23的排放量,并预测了2011-2020年HFC-23的排放量和减排潜力。预计到2020年,我国HFC-23的排放量将达到2.3亿t CO₂当量。如果HCFC-22企业能够实现自主减排,那么将为我国2020年CO₂排放强度下降40%～45%的减排目标贡献3.2%～3.6%。     

面向我国碳中和、碳达峰的大气甲烷观测卫星现状与发展趋势分析

甲烷（CH₄）是辐射强迫仅次于二氧化碳（CO₂）的重要温室气体,减少CH₄排放是控制全球增温,实现碳中和目标的必要手段。面对碳中和战略需求,快速定位排放源并定量监测CH₄排放量,准确估算全球和区域CH₄源汇分布,对减排措施的制定、实施和评价均具有重要的现实意义。此外,结合长期CH₄观测数据和气候系统模型探索大气CH₄浓度变化规律,是预测和积极应对气候变化的前提。IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019修订版正式提出了利用“自上而下”方法计算通量、核验排放清单的方法,表明获取全球范围内的高精度高时空分辨率CH₄观测数据势在必行。为了实现碳中和目标,本文首先从大气CH₄研究需解决的几个关键科学问题入手,分析了CH₄的星载探测需求,总结了CH₄星载探测的现状和发展趋势,并简要介绍了中国第二代碳卫星的设计思路。同时,星载CH₄探测还依赖于高精度的反演算法提供可靠的数据产品,以实现监测和实际应用的目的。因此,本文进一步阐述了卫星遥感CH₄反演算法及相应数据产品在排放量监测和通量反演中的应用,论述了提升反演算法计算效率和精度,开发甲烷烟羽快速识别算法和建立通量反演算法的必要性。最后,本文从探测、数据获取和应用的角度进行总结,表明了CH₄卫星观测在碳中和目标实践中的科学应用潜能。