中国稻田甲烷产生和排放研究 Ⅱ.模式研究和减排措施

主要介绍了近 2 0年来稻田甲烷排放的模式研究和排放量的估算以及减少稻田甲烷排放的措施。数值模式是估算稻田甲烷排放量的一条有效途径 ,模式的研究现在正处于发展阶段。介绍了几个主要的模型 ,既有物理过程模型也有经验模型。年排放量的估算范围为 6 79～ 4 1 4Tg ,随着技术的发展和大量实验的进行估算值的精度正得到不断的提高。减排措施是减少稻田甲烷排放的必要手段 ,但是目前的减排技术均处于研究阶段 ,应用还不成熟     

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。     

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%。     

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％。     

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。     

中国履行《蒙特利尔议定书(基加利修正案)》减排三氟甲烷的对策分析

2016年10月制定的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书（基加利修正案）》将三氟甲烷（HFC-23）纳入了其附件F第二类管控物质名单,并要求缔约国自2020年1月1日起以缔约方核准的技术对HFC-23进行销毁。伴随中国二氟一氯甲烷（HCFC-22）原料用途需求增长,其副产物HFC-23的产生量呈上升趋势,尽管HCFC-22生产工艺不断优化,HFC-23的副产率逐步下降,预测2050年HFC-23产生量将达到2.47万t（或365.56 Mt CO₂-eq),2020—2050年HFC-23累计产生量约56.3万t,折合约8332.40 Mt CO₂-eq。截至2015年,通过清洁发展机制以及国家发展和改革委员会减排专项的资助,中国以焚烧分解技术销毁HFC-23累计54585 t,为全球温室气体减排做出了重要贡献,但这一减排也花费了巨额资金投资焚烧设备和支付焚烧运行费用,提高了企业的生产成本、浪费了氟资源。研究显示,HFC-23资源化利用技术路线是可行的且中国相关技术专利正在逐步增加,鼓励和推进HFC-23资源化利用技术开发与应用是消除HFC-23排放可行的技术途径,也是未来中国加入并履行《基加利修正案》关键的技术路线选择。     

清远稻田甲烷排放实验及技术问题

为测定华南地区水稻田的CH4排放量,清远市气象局与美国波特兰大学、中国气象局国家气候中心、广东省气候与农业气象中心联合在广东省清远市开展了稻田甲烷排放通量测定实验,期间利用密闭箱法共开展了一季冬旱田、两季早稻、两季晚稻的观测。在此,对实验方法进行简要的介绍,并对在实验田的选点、实验样气的采集、样气分析过程中遇到的一些技术问题及处理方法,进行探讨,以期对今后类似的观测实验中所遇到的技术问题提供有益的参考。     

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。     

稻田甲烷排放的初级模式

本文建立了一个区域尺度稻田生态系统CH4排放的初步模式，该模式能从理论上反映稻田CH4产生、传输与排放的机理，并提供了一种估计不同区域气候和土壤条件下稻田生态系统CH4排放总量的有效方法。模式主要包括三个部分:水稻的生长、土壤有机物的分解和CH4的产生、传输及排放过程。模式分别模拟了早稻和晚稻CH4的排放，模拟结果与实测比较接近，CH4的季平均排放量，模拟值与实测值的偏差在10% 左右。模式的敏感性实验表明，温度是稻田CH4排放规律的主要控制因子。     

中国二氧化碳地区间排放差异分析及减排政策建议

利用统计数据,参照政府间气候变化专门委员会（IPCC）的方法,对2008年我国各省区CO₂的排放情况进行了计算分析,并对东西部地区进行对比得出：东部发达地区在人均排放量和排放密度等方面均高于西部欠发达地区,但东部地区的排放强度却明显低于西部地区。国家经济战略,东、西部地区技术、经济社会发展水平差异是造成这一趋势的主要原因。提出了我国实现温室气体减排目标、分解减排任务的建议。     

稻田甲烷排放抑制剂实验结果分析

经过稻田试验鉴别分析，证实已试制的农药型甲烷排放抑制剂GCH和肥料型抑制剂PB-1．对水稻田甲烷排放有抑制效果并能减轻病害，对水稻有增产作用。     

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。     

我国华中地区稻田甲烷排放特征

本文主要讨论地处我国华中水稻生态区的湖南红壤稻田的CH4排放特征。稻田CH4排放的日变化都有一致的规律，即在下午16:00左右出现最大值；CH4排放的日变化幅度与天气条件和水稻植物体有关；CH4排放的日变化与温度日变化的相关性很好（R>0.90）。早稻和晚稻的CH4排放季节变化规律有明显的差别，这主要是由于早、晚稻水稻生长期间的天气特别是空气温度变化的差异引起的，早稻CH4排放率在水稻生长中期（6月）略大，而晚稻在水稻移栽后几天内CH4排放就达到整个季节中的最大值，以后随时间逐渐降低；缺水会使CH4排放率明显降低，而且在重新灌水后相当长时间内CH4排放率没有回升；CH4排放在全有机肥的田中最大，然后依次是常规施肥、全沼渣肥及化肥田；尿素、氯化钾和复合肥的多施可降低稻田CH4排放率；不同施肥田中CH4排放率的温度效应不同；施肥是控制CH4排放的一种可行手段；在整个晚稻生长季节中瞬时CH4排放率与瞬时温度呈明显的指数关系；在1991年双季水稻生长季节中，稻田中CH4的排放量为67.96 g·m-2，其中早稻的CH4排放率为0.36 g·m-2·d-1，晚稻为0.48 g·m-2·d-1。     

基于排放源的中国城市垃圾填埋场甲烷排放研究

利用全国垃圾填埋场的点源数据,基于实际调研和实验室分析建立中国不同区域、不同规模、不同填埋时间的排放因子矩阵,采用IPCC推荐的一级降解动力学（FOD）方法自下而上地核算了中国2107个垃圾填埋场在2007年的甲烷（CH₄）排放量。针对不同区域和类型的填埋场,分别就城市垃圾组分、可降解有机碳、CH₄修正因子、CH₄氧化系数、填埋场CH₄收集率等进行了深入研究。结果显示,中国2007年填埋场CH₄排放量为118.61万t,与《中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报》2005年填埋场排放量（220万t）差异较大,其主要原因是城市垃圾填埋场统计数据的差异,例如填埋场个数及垃圾填埋量。中国绝大部分填埋场CH₄年排放量在700 t以下,超过1000 t的有279个,超过1万t的仅10个。江苏省的CH₄排放量最高,达到9.87万t;西藏的排放量最小,仅为0.21万t。东部江苏、广东、浙江等省的整体排放量较高,西部地区西藏、宁夏、青海等地的排放水平较低。     

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.     

森林排放非甲烷碳氢化合物的初步研究

1995年6月至1996年4月,在广东肇庆鼎湖山自然保护区每两周采样一次,利用0.8 L不锈钢采样钢瓶采样和气相色谱法分析、研究森林排放的非甲烷碳氢化合物的浓度。结果表明,森林排放的异戊二烯有明显的季节变化,其浓度与温度有明显的正相关关系。     

我国杭州地区秋和稻田的甲烷排放

1987年秋季在杭州郊区采用一套全自动的观测系统,对稻田的甲烷排放进行了观测。在整个晚稻灌溉期内,稻田是大气甲烷的一个源地,其甲烷释放率最高可达240mg/m~2·h。甲烷释放率具有很强的季节性变化,在水稻成熟期之前,甲烷释放率一般在40-60mg·CH_4/m~2·h的水平上波动,在成熟期间则降为10mg·CH_4/m~2·h的水平。除移栽期外的整个水稻生长期间的甲烷平均释放率为39mg/m~2·h。甲烷释放率具有明显的日变化,一般在午夜至凌晨3—4点达最大值,白天较低,变化也较小。这可能与水稻植物体由于其生理上的日变化引起的甲烷气体传输能力的日变化有关。实验没有观测到不同施肥(K_2SO_4和菜饼)对甲烷释放率的明显影响。阴雨天的降温一般在2—3天后引起甲烷释放率的迅速下降,这可能是因土壤中发酵细菌如产甲烷菌数量的减少造成的。尽管甲烷释放率和土壤温度在整个生长期间基本上是逐步下降的,但两者之间并没有简单的正相关性。土壤中产生的甲烷气体只有一小部分释放到大气中,从土壤中冒出来的气泡往往可引起释放率的急剧上升。1985年全球稻田的甲烷释放量估计为134±3lTg(1Tg=10~(12)g),其中12±26Tg和30±6Tg分别来自亚太地区和中国稻田。     

浙江临安水稻田甲烷排放通量的观测研究

1990年7—9月，在浙江临安（30°14＇N，119°42＇E），利用微气象学（梯度廓线）法及箱式技术对水稻田CH4排放通量进行了同步观测，取得了中稻整个生长期内的CH4排放资料。文章仅对箱式技术的观测结果作了介绍与分析。观测发现在整个灌溉期内，稻田CH4释放率为3.67—16.14 mg/m2·h，均值为10.58 mg/m2·h。CH4排放的季节变化明显，日变化也同样很明显。另外还发现，CH4排放通量与水（地）温及其他气象因素，如强风、阴雨等有关。与梯度廓线法的观测结果不同，箱式观测到的CH4排放通     

太湖流域单季稻的甲烷排放研究

根据1994～1996年太湖流域单季稻的CH4排放的观测资料,分析了该地区稻田CH4排放的日变化的一些统计特征,对排放的季节变化和年际变化及相关因子对排放的影响进行了分析和研究。结果表明:太湖地区单季稻的CH4排放的特征值为0.07～0.11 g/(m2·d),而且存在巨大的年际变化,其中1995年的排放是1994年和1996年的5～7倍。与NH4HCO3相比,施用尿素使甲烷的排放增加10%～70%。晒田使CH4的排放减少,土壤的扰动则使CH4的排放增加。文中对CH4的排放与水稻的生长的关系及温度的变化对排放的影响也进行了讨论。