反硝化-分解模型在荒漠土壤CH4和N2O通量估计中的应用

甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)等温室气体通量具有高度时空变化特点,通过野外站点直接测量耗时且费力。为弥补监测方面不足,解析变化环境下反硝化-分解模型(DNDC)模拟值和样地原位观测值之间的对应关系,探讨模型在温室气体预测方面的潜力具有意义。本文选择古尔班通古特沙漠,对氮沉降影响下荒漠土壤CH₄和N₂O通量进行了模拟估计,并与实测数据进行了对比分析。结果表明：DNDC模型可较好地模拟荒漠土壤N₂O通量的变化,模拟值与实测值显著相关(P<0.001);而模型对荒漠土壤CH₄吸收量的变化模拟效果不显著,但模拟的年累计吸收量与真实值较为符合。DNDC模型敏感性试验分析表明,随着年平均气温、土壤有机碳(SOC)含量和施氮量的增加,土壤N₂O排放量和CH₄的吸收量显著增加;年降水量对土壤N₂O和CH₄通量变化影响不显著;土壤容重与土壤N₂O排放量和C...     

区域土地利用影响地表CO2浓度异质性特征的动力学机制

本文综合应用高斯方程和拉姆齐模型,针对京津冀地区2000年以来10 km×10 km栅格尺度的地表CO₂浓度开展研究,分析了区域土地利用影响地表CO₂浓度异质性特征的动力学机制。研究发现：① 地表CO₂浓度与土地利用类型密切相关。2000—2018年京津冀地区CO₂浓度的高值区主要集中于经济较发达的快速城镇化地区;② 土地利用强度及土地利用效率上的时空分异为地表CO₂扩散提供了潜在的势能。京津冀地区地表CO₂排放及扩散存在明显的空间异质性,距离CO₂排放高值区越近,其相应的CO₂浓度越高并随时间推移及空间拓展呈逐步减小的态势;③ 京津冀地区在土地利用结构调整、格局优化及效率提升后,CO₂排放强度增幅明显减弱,其区域间的增幅差异也逐渐缩小。产业转型发展、土地利用格局优化、土地利用效率提高有效地抑制了京津冀地区地表CO₂排放强度的提升并促进了该区域的内涵式增长与高质量发展。     

大兴安岭多年冻土区森林土壤温室气体通量

多年冻土温室气体排放对全球气候变化有重要影响。采用静态暗箱—气相色谱法,于2016—2017年生长季（5—9月）,对大兴安岭多年冻土区兴安落叶松林、樟子松林和白桦林土壤二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）通量进行野外原位观测,对比分析温室气体通量的动态变化特征及其关键影响因子。结果表明：3种林型土壤CO₂通量范围为65.88~883.59 mg·m^-2·h^-1;CH₄通量范围为-93.29~-2.82 μg·m^-2·h^-1;N₂O通量范围为-5.31~45.22 μg·m^-2·h^-1。整个生长季兴安落叶松林、樟子松林和白桦林土壤均表现为CO₂、N₂O的排放源、CH₄的吸收汇,土壤CO₂和CH₄通量在不同林型和年际间差异显著。3种林型土壤CO₂通量与5 cm、10 cm和15 cm土壤温度呈极显著正相关（P < 0.01）;CH₄通量受土壤含水量和10 cm、15 cm土壤温度的影响较大（P < 0.05）;兴安落叶松林和樟子松林土壤N₂O通量与气温呈显著正相关（P < 0.05）,而白桦林土壤N₂O则与15 cm土壤温度呈显著负相关（P < 0.05）。基于100 a时间尺度计算温室气体全球综合增温潜势,3种林型土壤温室气体的排放对气候变暖具有正反馈作用。     

海鸟活动对北极新奥尔松苔原—大气CO2交换的影响

北极高纬度地区是全球重要的海鸟活动区,海鸟粪为苔原土壤带来了丰富的养分,影响了苔原碳循环过程,但目前还未见有文献报道海鸟活动对北极苔原CO2通量的影响。2009年夏笔者采用密闭箱法对北极新奥尔松地区（Ny-?lesund）鸟类保护区和非鸟类活动区苔原的CO2夏季通量和日通量进行了对比监测,探讨了海鸟活动对苔原CO2通量的影响。结果表明：鸟类密集区（HB）、鸟类活动较少区（MB）和基本无海鸟活动的边缘区（LB）CO2净通量（NEE）平均分别为（-107.6±19.2）、（21.7±9.7）和（67.5±12.4）mg/(m2.h);光合速率平均分别为（-243.6±25.5）、（-105.5±7.6）和（-45.6±12.0） mg/(m2.h )。HB区NEE和光合速率显著高于MB和LB 区,表明鸟类活动显著增加了苔原生态系统NEE和光合速率;而呼吸速率平均分别为（136.0±16.5）、（127.2±15.6）和（113.0±6.8）mg/(m2.h),且差异不明显,表明海鸟活动对呼吸速率影响较小。非鸟类活动区苔原（海边苔原和煤矿区苔原）在夏季整体上表现为CO2排放源,平均NEE分别为（6.91±4.8）和（17.5±41.6）mg/(m2.h)。综合分析表明：NEE和呼吸速率与土壤温度呈正相关。综合三类不同苔原区域23个观测点CO2通量的结果表明：海鸟活动及其粪便增加了苔原土壤养分,从而促进了苔原植被发育,显著增强了北极高纬度地区苔原的碳汇功能。     

温室气体强迫与东亚亚热带季风演变耦合效应及动力机制研究

基于主要温室气体（CO₂、CH₄和N₂O）强迫因子和石笋δ¹⁸О观测资料（1~2002 年）,分别利用关联性耦合模型和非线性统计-动力学方法,分析温室气体强迫与东亚亚热带季风演变耦合度的时序规律和定量反演模拟温室气体强迫对近2 000 a东亚亚热带季风演变影响的非线性趋势和相对贡献。研究发现：① 温室气体与季风演变耦合度的高低对应季风的强弱变化,即两者耦合作用越强,东亚亚热带季风越强;反之,两者耦合强度越小,东亚亚热带季风越弱;耦合度峰谷值对应季风极强降水和极端干旱时段。② 时序演变规律为：N₂O和CO₂相互作用与季风演变间耦合效应最强,成为东亚亚热带季风演变的主要驱动力。其次,N₂O一次项和CO₂非线性项对季风演变起主要的负反馈调节机制。③ 时序演变阶段上有所不同：1~180年,CH₄因子对季风演变主要起负反馈调节机制;180~1760年和1760~2002年,对季风演变起主要的驱动和调节机制分别为CO₂因子和N₂O因子;但1900年后N₂O和CO₂相互作用与季风演变的耦合驱动效应近百年来明显增强,耦合度在中等-较强（或极强）之间来回波动转换,耦合作用明显增强,在耦合度由较强（或极强）转弱至中等时,东亚亚热带季风也随之减弱。     

人类活动影响下淡水沼泽湿地温室气体排放变化

利用静态箱/气相色谱法,研究了三江平原淡水沼泽湿地及垦殖农业利用下CO₂、CH₄、N₂O排放变化。不同类型湿地生长季土壤呼吸速率以季节性积水的小叶章草甸最大,湿地垦殖后土壤呼吸速率明显增大。不同类型沼泽湿地CH₄排放在时空两个方面都有明显的变化,与土壤水分条件、植物群落类型和生长状况有密切关系。沼泽湿地及垦殖后农田土壤在植物生长季都为N₂O的源,常年积水沼泽湿地在植物生长季N₂O排放通量值较小,而土壤水分常年处于非饱和的草甸灌丛土壤N₂O排放相对较高,垦殖后农田土壤N₂O排放通量最大,沼泽湿地土壤N₂O排放通量与土壤温度呈正相关关系,而垦殖后农田土壤不显著。     

喀斯特关键带水—土—气CO2分压垂直转化特征及影响因素

喀斯特关键带是碳循环在岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的主要综合作用区域,各层相互作用形成不同的反应体系,其中,CO₂扮演了十分重要的作用。通过对双河洞洞穴上覆土壤及洞穴水及空气CO₂浓度的监测,采用数理统计分析方法,根据碳酸平衡系统理论对CO₂的垂直向转化特征进行系统分析。结果表明：CO₂的垂直向转化过程受洞穴内外部气温变化、滴水pH及脱气沉积过程的影响,其供给来源、离子饱和状况在雨季和旱季存在明显差异;雨季时,大气降水在土壤中下渗速度较快,构成一个相对稳定的封闭环境,土壤、表层喀斯特带对渗透水CO₂补充作用较弱,渗透水中CO₂分压（即PCO₂）变化范围在0.035~0.126 vol%,洞内水—气CO₂分压（△lg PCO₂ > 0）,洞穴水具有溶蚀性,此时表层喀斯特带下部中的CO₂应为洞穴水CO₂的主要来源;旱季时,由于降水量较小,渗透水有充分时间接受土壤与表层喀斯特带CO₂补充,构成开放系统,渗透水变化范围为0.038 vol%~0.095 vol%,更有利于发生先期沉积过程（PCP）,此时洞内空气PCO₂小于洞穴水（△lg PCO₂ < 0）,促使滴水在洞内再次发生沉积、形成沉积物,此时土壤和表层喀斯特带均为洞穴水CO₂的主要来源。     

球形MnO2·0.5H2O提锂性能及其机理研究(英文)

考察了形貌对尖晶石型锂离子筛吸附剂MnO₂·0.5H₂O吸附性能的影响。实验证明,反应物Mn₂O₃的形貌在很大程度上决定了前驱体及其吸附剂的形貌。采用XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS和N₂吸附—解吸等温线等对样品进行了表征。表征和吸附实验结果表明,与立方形锂离子筛相比,球形锂离子筛具有较高的吸附容量(42.46 mg/g),同时对溶液中的Li+具有较高的选择性。表面脱质子和离子交换过程的共同作用增强了离子筛型吸附剂的提锂Li⁺性能。此外,本文对Li_1.6Mn_1.6O₄与MnO₂·0.5H₂O的吸附—解吸机理进行了解释。     

博台线作为中国区域发展均衡线的佐证分析——以城市温室气体排放为例

国际政治经济形势正在发生深刻变化,实现区域协调均衡发展对于形成以国内大循环为主的新发展格局至关重要。方创琳于2020年2月提出垂直于胡焕庸线的博台线可以表征中国区域发展的均衡格局。本文通过对中国338个地级市的温室气体排放水平进行分析,旨在论证博台线作为中国区域发展均衡线的合理性和可能性。结果显示：① 2015年二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）和含氟温室气体总量以博台线为界呈南北对称的空间分布格局,且博台线两侧各类温室气体的排放强度和人均排放量分布基本均衡,各产业部门CO₂排放强度和人均排放量的区域差异均较小;② 博台线西南半壁和东北半壁内各类温室气体排放在GDP和人口维度上总体呈均衡分布态势,且各部门CO₂排放强度和人均排放量的空间分布也较为均衡。总体而言,博台线两侧表征人类活动强度的温室气体排放水平较为均衡,一定程度上反映出其作为中国区域发展战略均衡线的科学性与合理性。     

南极海洋动物粪土源N2O稳定同位素实验研究

N₂O是一种重要的温室气体,土壤是全球N₂O的重要排放源。通过测定土壤源N₂O中N、O同位素值,可以有效识别N₂O的来源途径。本文采集了南极法尔兹半岛两个地点的海豹粪土（HS和GS）、阿德雷岛两个地点的企鹅粪土(AB和AF)以及东南极的帝企鹅粪土(DQ和DQT),在室内对所采集的样品分别在有氧和厌氧条件下进行冻融培养实验。结果表明：土壤在厌氧条件下比有氧条件下排放了更多的N₂O。土壤排放的N₂O与当地大气N₂O相比普遍贫15N和18O。除DQT和HS外, δ15N和δ18O在有氧和厌氧培养下均呈现很好的正相关性。N₂O排放量下降的同时伴随着培养瓶内剩余N₂O中δ15N和δ18O 值的增加,证实N₂O还原为N2的过程会引起重同位素富集。高的水分含量有利于土壤反硝化作用的进行,使释放的N₂O气体富集重同位素;pH值也会影响N₂O的同位素组成,低pH会引起δ15N值增加。     

南极苔原沼泽温室气体通量变化特征及其对气候变化的响应

以南极阿德雷岛苔原沼泽为研究区域,2016年12月至2017年1月南极夏季期间观测研究了温室气体CH_4、CO_2和N_2O通量的变化规律及其对环境因子的响应关系。结果表明:光照条件下干旱苔原沼泽表现为CH_4吸收,通量为(–5.4±4.3)μg CH_4·m~(–2)·h~(–1),半干旱苔原与淹水苔原沼泽表现为净排放;三个类型苔原沼泽观测点均表现为N_2O净吸收,最高吸收通量出现在淹水苔原,为(–2.6±2.4)μg N_2O·m~(–2)·h~(–1);黑暗条件下苔原沼泽一致表现为CH_4和N_2O净排放。光照与土壤水分减少增加了苔原CH_4有氧氧化吸收,同时促进了反硝化作用对N_2O的还原转化。观测期间所有观测点均表现为CO_2的汇,最高CO_2净交换量与光合作用强度都出现在淹水苔原区,分别为(–40.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)和(91.2±26.5) mg CO_2·m~(–2)·h~(–1);而最高苔原沼泽呼吸速率出现在干旱苔原观测点,为(73.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)。夏季适宜的温度、降水条件促进了苔原植被的光合作用,增加了苔原沼泽CO_2吸收量。CO_2、N_2O、CH_4通量随时间变化的相互关系规律不显著(P0.05),但在降水与温度波动下,N_2O与CH_4通量都随CO_2通量呈现相似的波动。三种温室气体与各种环境因子之间的响应关系值得进一步研究;不同光照条件对CH_4、N_2O排放量的估算有重要影响。     

Responses of Soil CO2, CH4 and N2O Fluxes to N,P, and Acid Additions in Mixed Forest in Subtropical China

Understanding how nitrogen (N) availability interacts with soil acidity and phosphorus (P) availability to affect soil-atmosphere exchanges in CO₂, CH₄ and N₂O in forest ecosystems is important for understanding the mechanisms driving ecosystem responses to enhanced N deposition. Here, we conducted an experiment with N, P and acid (H) addition in a mixed forest in subtropical China to investigate how acid and P addition affects CO₂, CH₄ and N₂O exchange under N addition. Our results showed that soil NH₄⁺-N and NO₃^--N increased after N addition, but CO₂ emissions in N addition plots remained unaffected. CH₄ uptake in N-, P-, NP-, NH- and NPH-addition plots were reduced by 21.1%, 15.7%, 39.1%, 26.6%, and 28.4%, respectively. CH₄ uptake in NP-addition plots were lower compared to N-addition and P-addition plots, indicating that N and P addition had an additive effect on inhibiting CH₄ uptake. N₂O emission in N-, NP-, NH- and NPH-addition plots increased by 158.6%, 176.0%, 117.2%, and 91.8%, respectively. N₂O emissions in NPH-addition plots were lower compared to NP-addition plots while showed no difference between N-addition and NH-addition plots. This suggests that only under P rich conditions, acid addition would greatly mitigate N₂O emissions under N addition. Our results demonstrate that for N and P co-limited forest ecosystems with acidic soils, low P availability constrains the inhibition of soil CH₄ uptake by N deposition. When P availability is low, a weak soil acidation induced by N deposition may have less influence on the stimulation of N₂O emissions by N deposition.     

Modelling Soil Greenhouse Gas Fluxes from a Broad-leaved Korean Pine Forest in Changbai Mountain: Forest-DNDC Model Validation

Fluctuations in soil greenhouse gas (GHG) are an important part of the terrestrial ecosystem carbon-nitrogen cycle, but uncertainties remain about the dynamic change and budget assessment of soil GHG flux. Using high frequency and consecutive soil GHG fluxes measured with an automatic dynamic chamber system, we tested the applicability of the current Forest-DNDC model in simulating soil CH₄, CO₂ and N₂O fluxes in a temperate broad-leaved Korean pine forest at Changbai Mountain. The results showed that the Forest-DNDC model reproduced general patterns of environmental variables, however, simulated seasonal variation in soil temperature, snow melt processes and soil moisture partly deviated from measured variables, especially during the non-growing season. The modeled CH₄ flux was close to the field measurement and co-varied mainly with soil temperature and snowpack. The modeled soil CO₂ flux had the same seasonal trend to that of the observation along with variation in temperature, however, simulated CO₂ flux in the growing season was underestimated. The modeled N₂O flux attained a peak in summer due to the influence of temperature, which was apparently different from the observed peak of N₂O flux in the freeze-thaw period. Meanwhile, both modeled CO₂ flux and N₂O flux were dampened by rainfall events. Apart from consistent estimation of annual soil CH₄ flux, the annual accumulation of CO₂ and N₂O was underestimated. It is still necessary to further optimize model parameters and processes using long-term high-frequency observation data, especially transference of heat and water in soil and GHG producing mechanism. Continues work will improve modeling, ecosystem carbon-nitrogen budget assessment and estimation of soil GHGs flux from the site to the region.     

南极大气CO_2、CH_4和N_2O本底趋势特征分析

对南极大气温室气体CO_2(含δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2)、CH_4和N_2O长期测值进行比较分析。结果表明,南极是全球大气温室气体浓度(CO_2稳定同位素丰度值)随纬度分布变化中的最低(高)区域。南极大气温室气体浓度值变化趋势、年增长率与全球整体上一致,但在具体数值上存在差异。南极CO_2平均年增长率(1958—2014年)为(1.43±0.59)mg·L~(–1)·a~(–1),低于同期赤道(1.51±0.72)mg·L~(–1)·a~(–1),但1980—2014年和2000—2014年年增长率均高于南半球中纬度地区。δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2丰度趋势揭示了化石燃料排放和全球尺度过程对CO_2的影响,但南极是受影响最小的区域。1983—2014年南极CH_4平均增长率为(6.2±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),低于北半球中纬度(6.5±5.6)μg·L~(–1)·a~(–1)而高于赤道(5.6±5.3)μg·L~(–1)·a~(–1)和南半球中纬度(6.1±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),这与CH_4人为排放增强主要在北半球中纬度地区而显著被OH氧化在赤道和中纬度地区的事实是吻合的。南极N_2O平均年增长率为(0.87±0.15)μg·L~(–1)·a~(–1)(2005—2013年),与南半球中纬度地区接近但低于北半球而高于赤道地区。     

南极普里兹湾及邻近南大洋水体N_2O分布特征

利用中国第25、26次南极科学考察航次获得南极普里兹湾及邻近南大洋附近水样,采用顶空气相色谱法分析其中N_2O含量,结果表明普里兹湾陆架水体N_2O浓度较低,介于13.2―17.4 nmol·L~(-1),且呈现不饱和状态,饱和度异常值为-7%;而普里兹湾附近南大洋水体中N_2O浓度较高,介于15.5―23.3 nmol·L-1,除表面一层极薄的不饱和层外,中层至底层水体相对工业革命前大气浓度为高度过饱和状态。该区域N_2O的分布格局与复杂的水团特性和水文过程有密切关系。N_2O含量不饱和的普里兹湾陆架水(SW)和绕极深层流(CDW)混合下沉形成南极底层水(AABW),可能为温室气体N_2O提供向深层海洋输运的通路。这个过程为大气N_2O提供了一个汇的机制,使南极近岸水体成为大气N_2O的汇区。     

铵态氮沉降对内蒙古呼伦贝尔草地CO_2通量的影响（英文）

大气氮沉降可能会影响陆地生态系统的碳通量。本文主要目的是探讨在氮素缺乏的草地生态系统中,氮素添加是否会增加CO2通量。本研究于2008和2009生长季进行,采用静态箱-气相色谱法研究CO2通量对氮沉降增加的响应。结果表明,2年的氮素添加并没有显著影响土壤NH4+含量,NO3-含量只是在2009年生长季后期有所增加。高氮处理增加了CO2通量,而低氮处理在2008年抑制了CO2通量,2009年后期增加了CO2通量。而且氮素添加显著增加了地上生物量和根系的生物量。CO2通量与土壤水分、土壤温度的关系并没有因为氮素的添加而改变,但是氮素添加增加了CO2通量对土壤水分和土壤温度的敏感性。这些结果表明,在未来大气氮沉降增加的背景下,呼伦贝尔草甸草原CO2通量有可能会增加。