太原冬季PM2.5中有机碳和元素碳的变化特征

2005年12月—2006年2月在太原市区持续观测了气溶胶细粒子PM_2.5, 并应用Sunset碳分析仪进行了有机碳 (organic carbon, OC) 和元素碳 (elemental carbon, EC) 的测定。结果表明:太原冬季PM_2.5, OC和EC浓度均较高, 其中PM_2.5日平均浓度变化范围为25.4~419.0 μg/m3, 日平均浓度为193.4±102.3 μg/m3, OC平均浓度为28.9±14.8 μg/m3, EC平均浓度为4.8±2.2 μg/m3, OC/EC平均比值是7.0±3.9, 即太原市冬季PM_2.5和碳气溶胶污染严重。OC在PM _2.5中占18.6%, EC占2.9%, 这表明碳气溶胶是太原大气细粒子污染控制的关键组分。在太原市冬季, 采暖燃烧的煤是OC和EC的主要贡献源, 造成OC大大高于EC, 从而使OC/EC比值增大。各种气象条件对PM_2.5, OC, EC和OC/EC比值的变化都有不同程度的影响, 特别是大雾天气、相对湿度、风速和降雪是影响碳气溶胶浓度变化的重要因素。     

盘锦湿地芦苇群落土壤碱解氮及溶解性有机碳季节动态

基于2005年4～10月盘锦湿地芦苇群落土壤不同土层土壤碱解氮及溶解性有机碳的观测资料,分析了盘锦湿地芦苇群落土壤碱解氮与溶解性有机碳(DOC)的季节动态。结果表明:不同土层碱解氮、溶解性有机碳的季节动态并不相同。0～10 cm土层碱解氮与DOC季节动态相似,6月土壤碱解氮与DOC含量均最高,分别为244.86 mg/kg和13.16 mg/L。8月碱解氮含量最低,为139.18 mg/kg;9月DOC含量最低。10～20 cm土层DOC的季节性动态变化与表土具有相似性,峰值均出现在6月,谷值出现在9月;10～20 cm土层碱解氮最低值出现在6月,与0～10 cm土层不同。20～30 cm土层内,4～7月DOC几乎无变化,8月DOC含量最低,9月增加;4～5月碱解氮波动较大,5月降到102 mg/kg,6月增加到151 mg/kg。研究表明,盘锦湿地芦苇群落土壤微生物活性与凋落物分解对DOC及碱解氮的季节动态有很大的影响,同时温度、降水量及冻融也影响着DOC及碱解氮的季节动态。     

基于卫星遥感的南海海域POC浓度时空变化特征研究

海水中颗粒有机碳(POC)是海洋碳循环的基本变量,在海洋碳循环研究中起着关键作用。根据2003—2020年南海区域遥感数据反演的POC数据集,分析了南海海域POC浓度时空变化规律。研究结果表明:在整个研究区POC的年平均浓度变化范围为76.98~83.91 mg/m^(3);POC浓度分布呈现出近岸高、远海低,主要原因为南海近岸浅水海域POC浓度主要受陆源输入和沿岸流影响,远海区域内POC浓度主要受南海环流和水团控制。在季度上,第1—4季度POC浓度平均值为89.62,72.90,79.22,84.86 mg/m^(3);总体上POC浓度呈现出夏季低、冬季高的趋势,主要原因为南海受到冬季的东北季风和夏季的西南季风影响,影响到南海海水混合层的结构变化,浮游植物在冬季比夏季更为繁盛。在月尺度上,1月POC浓度平均值达到最高值;2—4月POC浓度平均值快速下降,5月POC浓度平均值达到最低值;6—12月POC浓度平均值开始缓慢上升。以上研究结论可为南海碳循环、政府碳达峰、碳中和及应对气候变化等提供决策依据。     

烟花爆竹燃放对天津市空气质量的影响研究

为了研究烟花爆竹燃放对空气质量的影响,利用动态滤膜校准系统-微量震荡天平法颗粒物分析仪、大气细颗粒化学组分在线离子色谱监测仪、有机碳（OC）/元素碳（EC）在线分析仪、气态污染物分析仪、常规自动气象站并结合云高仪和微波辐射计等设备于2015年2月18日至3月7日对天津市细颗粒物（PM2.5）及其主要化学组分,气态污染物（SO₂、NO₂、CO和O₃）和气象参数进行连续观测。本文选取3个污染事件作为研究重点进行分析,研究发现:烟花爆竹禁放和限放政策导致除夕夜烟花爆竹燃放量减少,PM2.5峰值与2014年相比明显下降;烟花爆竹禁放和限放区的设立导致天津市PM2.5质量浓度在烟花爆竹密集燃放期间存在明显的空间差异;站点之间小时平均值差异最高达到394 μg/m3。受烟花爆竹燃放的影响,距地面80 m以下颗粒物后向散射强度相近,表明80 m以下颗粒物呈均匀分布。污染事件1是由于烟花爆竹密集燃放引起的,PM2.5主要化学组分为K+、SO₄2-和Cl-,同时SO₂和CO质量浓度显著升高;但EC和OC质量浓度并未明显增加。污染事件2的形成是由于不利的气象条件（逆温、逆湿、下沉气流和较高的相对湿度）促进了SO₂和NO_x在烟花爆竹排放的颗粒物表面发生非均相化学反应,导致SO₄2-和NO₃-浓度快速增加。污染事件3由元宵节烟花爆竹燃放引发,而后呈现二次无机组分与臭氧协同增长的复合型污染特征;此外区域传输对污染事件3也有重要贡献。     

2015—2050年中国分省城乡人口变化及其影响因素研究

社会经济发展道路的选择影响城乡发展模式,带来城市和农村人口新的分布格局.本文基于IPCC共享社会经济路径（SSPs）框架,采用第六次中国人口普查数据,综合考虑中国人口政策和迁移规律,对人口-发展-环境分析模型（PDE）中的生育率、死亡率和迁移率参数进行本地化处理,开展5种SSPs路径下的中国及分省（区、市）城乡人口预估研究,并分析其变化的主要影响因素.结果表明：1）5种SSPs路径下中国城市人口均有所增加,2015-2050年增长3.4（2.2~3.7）亿人;农村人口持续降低,减少约3.0（1.1~4.0）亿人;到2050年中国城市化率将达到79%（67%~86%）.2）未来中国大部分省份城市人口都将较2015年有所增加,西部省份的增长速度高于东部省份;所有省份农村人口都将明显减少,东部地区农村人口减少幅度高于西部地区.相比2015年,2050年西藏、新疆等地城市人口最多可增加两倍以上;大部分省（区、市）农村人口可减少60%以上.3）未来大部分路径下自然变动对城市和农村人口均由正的影响逐渐变为负影响;机械变动对城市人口影响为正,对农村人口影响为负,影响程度逐渐减小.人口自然变动在东西部省份的差异是导致东西部城乡人口不同变化的主要因素.     

"一带一路"沿线主要国家碳捕集、利用和封存潜力与前景研究

碳捕集、利用和封存（CCUS）技术是世界公认的最有前景的碳减排技术之一,它在不改变能源结构的前提下,实现碳的有效封存,是协调经济发展和环境可持续的双赢策略。为了探讨“一带一路”沿线主要国家CCUS技术的发展前景,文中基于CO₂封存机理和CO₂在油藏和气藏中理论封存量的评估方法,分析了“一带一路”沿线主要国家CO₂的封存潜力。结果表明,“一带一路”沿线主要国家有较高的CO₂封存潜力, 在油藏和气藏中的理论封存量达到6200亿t。虽然目前沿线大部分国家CCUS技术都处于起步阶段,但在政府投资和政策的支持下,CCUS技术将为“一带一路”沿线主要国家碳减排目标的实现做出重要贡献。     

干旱和复水对羊草碳氮分配的影响

植物的碳氮营养及其相互关系是最重要的基本生物过程之一,阶段性干旱对植物碳氮分配的影响研究甚少。实验以中国北方草原的典型植物羊草为材料,研究不同干旱持续期复水对羊草碳氮含量、分配及其相互关系的影响。结果表明:短期和中期干旱使植株生物量、氮素水平和单株总氮量增加,但长期干旱使之降低。水分处理对碳含量的影响不显著。干旱后复水降低了各器官特别是绿叶的碳氮比。中度持续干旱的氮素利用率(NUE)最高、短期干旱最低。羊草各器官氮素绝对量占整株的百分比从大到小依次为:绿叶、根茎、根、枯叶和茎鞘,其中叶片的氮素总量占植株的一半以上;随着干旱持续期的增加,氮素对根部的投资亦加大。羊草受到适当干旱驯化后复水引发的超补偿作用可促进羊草植株生长、提高氮素水平,并在一定程度上通过碳氮分配的调节作用来适应于阶段性的干旱胁迫。     

紫金山不同海拔高度土壤的碳氮分布特征

有机碳氮是影响陆地生态系统的重要因子,保持并提高土壤碳氮储量,是稳定生态系统生产力的关键.以南京紫金山土壤为研究对象,依照海拔高度进行采样,对比分析了土壤有机碳氮的变化规律.研究结果表明:紫金山土壤有机碳氮受地表植被的影响比较大,混交林>林地>草地,土壤有机碳氮总量随海拔的升高呈现上升趋势,土壤碳氮比高达34~45,且随海拔升高呈下降趋势.相关分析表明,紫金山土壤有机碳与全氮质量分数呈显著正相关关系,由此说明氮素主要以有机氮的形式存在于有机质中.     

北京乡村地区分粒径气溶胶OC及EC分析

利用北京上甸子区域大气本底站2004年观测的分粒径大气气溶胶资料,分析了气溶胶中有机碳 (OC) 及元素碳 (EC) 的质量浓度水平、季节变化、尺度分布特征、OC与EC比值及其相关性。结果显示:上甸子站总悬浮颗粒物 (TSP) 中OC平均质量浓度为7.5~31.5 μg·m-3,EC质量浓度为1.4~6.6 μg·m-3;PM_2.1(粒径小于2.1 μm) 中OC质量浓度为4.0~19.1 μg·m-3,EC质量浓度大约为0.8~4.3 μg·m-3。冬季OC及EC质量浓度明显高于其他季节,其中冬、夏、秋季OC及EC峰值粒径出现为0.65~2.1 μm,但在春季峰值粒径移至2.1~4.7 μm。观测期间,OC与EC质量浓度比值平均为4~6,该比值略高于文献报道的我国一些城市地区的观测结果。     

Dependence of wheat and rice respiration on tissue nitrogen and the corresponding net carbon fixation efficiency under different rates of nitrogen application

To quantitatively address the role of tissue N in crop respiration under various agricultural practices, and to consequently evaluate the impact of synthetic fertilizer N application on biomass production and respiration, and hence net carbon fixation efficiency （Encf）, pot and field experiments were carried out for an annual rotation of a rice-wheat cropping system from 2001 to 2003. The treatments of the pot experiments included fertilizer N application, sowing date and planting density. Different rates of N application were tested in the field experiments. Static opaque chambers were used for sampling the gas. The respiration as CO2 emission was detected by a gas chromatograph. A successive biomass clipping method was employed to determine the crop autotrophic respiration coefficient （Ra）. Results from the pot experiments revealed a linear relationship between Ra and tissue N content as Ra = 4.74N-1.45 （R^2= 0.85, P 〈 0.001）. Measurements and calculations from the field experiments indicated that fertilizer N application promoted not only biomass production but also increased the respiration of crops. A further investigation showed that the increase of carbon loss in terms of respiration owing to fertilizer N application exceeded that of net carbon gain in terms of aboveground biomass when fertilizer N was applied over a certain rate. Consequently, the Encf declined as the N application rate increased.     

闹德海水库水环境氮磷容量预测及防治对策

为保障饮用水源地闹德海水库的水质安全,通过选取不同氮磷允许负荷量的测算模式进行综合分析。结果表明:闹德海水库实际负荷量总氮为139.98 t/a、总磷为28.28 t/a,目前已处于中—富营养化状态;水库若要达到贫—中营养化状态,应削减总氮129.96 t/a,总磷27.27 t/a。为此,从发展农业节水、综合防治化肥、农药、畜禽养殖业污染及治理水土流失等方面提出了科学的污染防治思路及削减对策。     

Impacts of urban expansion on nitrogen and phosphorus flows in the food system of Beijing from 1978 to 2008

Rapid growth of metropolitan areas is associated with increased flows of nitrogen (N) and phosphorus (P) in the food production–consumption system. However, quantitative analyses of these flows during urban expansion and information about their controlling factors are scarce.Here, we report on N and P flows in the food system of Beijing, which experienced a remarkable growth in population number between especially 1978–2008, using a combination of statistical data bases, surveys and the NUFER model (nutrient flow in the food system, environment and resource). The N (or P) cost of food is defined as the amount of ‘new’ N (or P) used in food production for the delivery of 1 kg N (or P) in the food entering household. ‘New’ N (P) includes fertilizer N (P), biological N fixation, atmospheric N deposition, and imports of N (P) via feed and food. Recycled N (P) includes N (P) in crop residues, manures and wastes.We found that the rapid increase in temporary migrants greatly increased food imports to Beijing metropolitan areas and thereby led to an apparent decrease of the N and P cost of food. The input of ‘new’ N to the food system of Beijing metropolitan areas increased from 180 to 281 Gg, and for P from 33.5 to 50.4 Gg during 1978–2008, as a result of increases in population and changes in food consumption patterns per capita. The food and feed imports in per cent of total ‘new’ N and P inputs increased from 31 to 63% for N and from 18 to 46% for P during 1978–2008. The N and P cost of the food was relatively low compared to the mean of China, and decreased over time. About 52% of the new N input and 85% of the new P input was not recycled in 2008, it accumulated as wastes (in crop residues, animal excreta, and human excreta and household wastes). The N and P use efficiencies in crop and animal production were low, i.e., only 17% for N and 11% for P in 2008. Total losses of ammonia (NH₃) and nitrous oxide (N₂O) to air and of N to groundwater and surface waters increased by a factor of about 3, and losses of P to groundwater and surface waters increased by a factor of 37 in the period 1978–2008.Key measures for decreasing N and P accumulation and losses are (1) developing satellite towns, (2) expelling animal production to rural areas, and (3) effective collection of the wastes and animal manure, and the utilization of these in rural areas outside Beijing. These findings may also portend changes in other metropolitan areas in China and elsewhere in the rapidly developing world.     

盘锦芦苇湿地空气动力学参数动态特征及其影响因素分析

应用盘锦芦苇生态系统观测场的涡度相关通量观测系统和小气候梯度系统的观测资料,估算了芦苇下垫面的空气动力学参数,并分析了其影响因素。结果表明:芦苇湿地零平面位移d和粗糙度Z0的季节变化总体呈现先增加后减少的单峰曲线变化规律。Z0和d均在9月达到最大,分别为0.24 m和1.85 m;12月达到最小,分别为0.03 m和0.02 m。芦苇湿地的Z0和d的季节变化主要受叶面积指数(LAI)、株高(h)及风速的影响。d随h的增加而单调增加,Z0随着h的变化遵循二次曲线,d/h、Z0/h与LAI之间的复相关系数分别为0.99和0.78。研究亦表明,大气稳定度和风向也对d和Z0有一定的影响。     

共享社会经济路径在土地利用、能源与碳排放研究的应用

情景是气候变化研究的重要工具。为了科学支撑气候变化科学评估和研究,2010年政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出了共享社会经济路径(Shared Socioeconomic Pathways, SSPs)。作为从社会经济变化视角构建的气候情景,SSPs促进了气候变化科学基础、影响、脆弱性、风险、适应和减缓等学科的综合研究。本文介绍了SSPs情景研发与应用过程;阐述了全球和中国的人口经济、土地利用、能源和碳排放的模拟和预估主要成果;探讨了全球和中国碳排放路径及其与“双碳”目标的关系;并展望了SSPs应用前景。     

天山北坡典型草地净初级生产力对氮沉降及气候变化的响应阈值研究

生态阈值现象普遍存在于自然系统中.气候变化幅度过大,超出了生态系统本身的调节和修复能力,生态系统的结构功能就会遭到破坏.新疆干旱区气候波动明显,该区草地生态系统对大气氮沉降和气候变化的响应是否存在阈值,有待深入研究.本文以天山北坡沿海拔梯度分布的四种草地类型（高山草甸（AM）、中山森林草地（MMFM）、低山干草原（LMDG）和平原荒漠草原（PDG））为研究对象,基于DNDC模型,揭示氮沉降及气候变化对天山北坡草地生态系统净初级生产力的影响.研究结果表明：1）草地净初级生产力 （NPP）对氮沉降增加的响应存在阈值,PDG、LMDG、MMFM和AM的响应阈值分别为20±5.77、60±26.46、50±15.28和30±11.55 kg·hm^-2.2）四种草地类型的NPP从大到小依次为MMFM、LMDG、PDG和AM,水热条件是决定NPP的主要因素.3）PDG草地NPP对温度升高的响应存在阈值,而对于其他类型的草地,在目前的研究中尚未得出确切结论.4）PDG和LMDG草地NPP与降水有明显的正相关关系,而AM草地NPP的变化与降水变化呈负相关.不同草地类型对降水变化的敏感程度也有较大差异,PDG最大,其次是LMDG,之后是AM和MMFM.