湖滨带温室气体氧化亚氮(N_2O)排放研究

利用不锈钢气体采集箱,在太湖梅梁湾湖区，沿水体至陆地方向对植被型和裸露型湖滨带进行温室气体N2O的原位排放观测。结果发现两种类型湖滨带N2O排放均显著高于临近的开阔水体，可以达到10-100倍，水位变幅区是湖滨带温室气体N2O排放的峰值区，是陆向和水向辐射区的5-10倍。在观测期间,N2O排放通量的范匍为-159．2—1565．6μg·m^-2·h^-1，具有明显的时空梯度变化，时间上，9月份最高，随着气温的下降和芦苇的衰亡而逐渐减少，在1月份最低；空间上，自水向辐射区至陆向辐射区，先逐渐升高，在水位变幅区达到峰值，然后再降低。该结果初步说明了湖滨带是温室气体N2O的一个极其重要的排放源．而目前IPCC对水体N2O排放的估算可能存在很大的疏漏；同时也从一定程度上反映了湖滨带是湖泊脱氮的重要区域。其对缓解湖泊氮污染起到了举足轻重的作用。

氧化亚氮还原细菌YSQ030的筛选、鉴定及其植物促生特性

筛选获得具有氧化亚氮(N_(2)O)还原活性及植物促生特性的细菌,为新型微生物肥料的研发与应用提供微生物资源。通过固氮培养基筛选以及含硝酸钠和琥珀酸钠的营养肉汤培养基纯化,从水塘芦苇根际土中分离得到一株细菌YSQ030;通过形态观察、16S rRNA基因序列和生理生化特征分析,对菌株进行鉴定;采用无氮反硝化培养基测定菌株的N_(2)O还原能力;通过纯培养试验测定菌株的促生特征并通过水培试验研究其对水稻的促生效应。结果显示,菌株YSQ030为反硝化无色杆菌(Achromobacter denitrificans),含nosZ基因;在30℃、转速为200r/min、氧气浓度为0%的前提下,还原N_(2)O的效率为66.3%;分泌吲哚乙酸、具有溶磷和产生1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶的能力;温室水培试验结果表明,与未接菌的对照组相比,接种YSQ030菌液显著提高了水稻幼苗的地上部鲜重和根鲜重,分别增加了48.3%和37.6%。本研究表明,YSQ030具有明显的N_(2)O还原能力,同时对水稻生长具有显著的促进作用,可为进一步构建具有N_(2)O还原能力的生物肥料提供良好的种质资源。

猪粪沼液施用对稻麦轮作系统土壤氧化亚氮排放的影响

以典型的猪粪尿发酵沼液为对象,探讨了沼液施入量和管理方式对以中国东部稻麦轮作农田系统土壤N2O排放规律和排放量的影响。研究结果表明,与化学氮肥相比,沼液施用未影响稻麦轮作系统土壤N2O排放的季节变化规律,但影响其排放量的大小。稻季100%施用沼液的处理(N100%DPS)其累积排放量为0.71kg·hm-(22008年)和1.38kg·hm-(22009年),显著高于100%施用化肥的处理(N100%Ure)a,即0.68kg·hm-2和1.06kg·hm-2。麦季N100%DPS处理N2O的累积排放量分别为6.56kg·hm-(22008年)和5.05kg·hm-2(2009年),与N100%Urea处理(2008年:5.89kg·hm-2;2009年:3.93kg·hm-2)无显著差异,但均显著高于稻季各处理。随着沼液替代化学肥料用量的降低,稻田N2O排放量呈降低趋势,而沼液一次性施入和分次施入对稻田N2O排放的季节动态和累积排放量均无显著影响;但沼液不同的管理方式对麦季累积N2O排放量更为复杂。稻、麦两季N100%DPS处理中N2O排放系数(f)均最大,分别达到0.3%和1.6%,但沼液分次施入和一次性施入的处理间f值均无显著差异。

生物质气再燃减少流化床N_2O排放的实验研究

以生物质气化气作为再燃燃料,在小型流化床反应器内进行了N2O脱除的实验研究。研究了生物质气化气投入位置、料层高度、再燃燃料比、烟气含氧量和反应温度对N2O排放的影响。结果表明,距布风板200 mm的B喷口较离布风板较近的A喷口(距布风板100 mm)对应的N2O转化率高;反应温度为850℃、按照N2O/N2配置模拟烟气的情况下,B口喷入生物质气量为1%,床料CaO高度为10 mm时N2O接近完全分解;反应温度为850℃,床层高度大于20 mm时,从B口喷入大于0.4%比例的生物质气对应N2O分解率高于95%。

反硝化过程中氧化亚氮释放机理研究进展

氧化亚氮(N_2O)是一种强效的温室气体并会严重破坏臭氧层,其在污水厂的释放问题被众多研究者所关注。为了更好地理解反硝化过程中N_2O的释放机制,本文介绍了反硝化过程中N_2O的产生途径和影响因素,涉及碳源、碳氮比、电子受体、溶解氧(DO)、pH、污泥龄(SRT)、N_2O还原酶抑制物等方面。首先重点分析了反硝化过程中一些情况下N_2O的积累原因,认为是四步反硝化酶对电子的竞争,电子竞争协同环境因素共同影响N_2O的积累;随后分别从电子受体和电子供体角度介绍了呼吸链电子传递抑制剂以及氧化还原介质在反硝化过程中的应用情况,探讨了这两个方面应用于电子竞争研究的可能性;最后指出将反硝化过程中碳源氧化和氮氧化物还原的动力学剥离作为后期研究电子竞争的方向。本文有助于揭示电子竞争机制下反硝化过程中间产物尤其是N_2O形成的作用机理,归纳出导致N_2O在反硝化过程中积累的关键因素,可以成为污水厂中N_2O减排的控制策略。

太湖及其周围河流中N2O的空间分布与释放通量

本次研究选择中国东部一个生态和环境空间分异极大的浅水湖泊（太湖）以及周围河流，分别于2003年7月和9月两次采集湖水和河水样品，分析其中的N2O浓度，并利用扩散模型公式估算水-气界面N2O交换通量。结果显示N2O饱和度的空间变化从70％不饱和到2708％过饱和变化范围很大。N2O饱和度的空间分布，N2O与CH4、无机氮、TDS（总溶解固体物质）之间的相关性都表明：太湖重度富营养区N2O的产生极大地受到人为N输入的影响。然而，初步的通量分析显示湖泊N2O的释放因子不超过0．63％，小于河流巾的默认值，N2O产率也略低于水环境中的平均值，太湖以面积为权重的释放通量平均值并不高，在7月和9月分别为14．0μmol／m2·d和9．7μmol／m2·d。这些结果表明流域人为N输入对整个湖泊N2O的促进作用是有限的，预计未来湖泊N2O释放不会因为人为活动增加而出现大幅度增加的状况。流域内各生态景观N2O释放量的比较，也表明富营养湖泊总体上仍然是一个十分有限的大气N2O释放源。相反，太湖周围河流存在较大的N2O释放速率，在7月和9月估算的N2O释放通量分别为142．11μmol／m2·d和28．8μmol／m2·d。将这一释放速率推广到整个流域后，预计河网的N2O释放量将占到耕作土壤的10％～50％，显示了河流对区域N2O质量平衡具有较重要的影响。

冬季九龙江河口表层水体N_2O分布特征及海气通量的初步研究

氧化亚氮（N2O）因其强温室效应和潜在的臭氧破坏作用备受关注.大量研究显示河口区域,特别是人为氮源输入影响严重的区域是N2O的重要源区.随着氮肥施用量的快速增加,中国大陆河口区域对全球N2O收支势必有较大的贡献.本文研究了2009年冬季九龙江口表层水N2O浓度的分布特征及其影响因素,并评估了其海气通量.研究结果显示,冬季九龙江河口表层水体N2O浓度从盐度低至0.3时的81.7±1.7 nmol/dm3下降至盐度为27.2时的14.1±0.2 nmol/dm3,相应盐度下其饱和度分别为754%和138%;九龙江河口为大气N2O的强源区.与NO3-N、NO2-N、NH4-N等营养盐浓度的分布特征相比较可推测,2009年冬季N2O在九龙江河口的混合过程中呈不保守状态,部分N2O可能通过海气混合过程从水体迁移出.N2O的海气通量呈由高盐处向低盐处递增的趋势,变化范围在3~94μmol/（m2.d）之间.

N_2O单组元微推进系统贮箱自增压特性

建立了氧化亚氮(N2O)贮箱自增压地面试验系统,针对亚牛级氧化亚氮单组元微推进系统的推进剂自增压供给过程开展了初步测试试验.基于三区域集总参数物理模型建立了氧化亚氮单组元微推进系统贮箱自增压数学模型,针对相同试验条件下的贮箱自增压过程开展了数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,验证了仿真模型的准确性.仿真及试验结果均表明,为了确保推力器工作全过程中推进剂供应稳定,在亚牛级氧化亚氮单组元微推进系统的自增压过程中需要对氧化亚氮贮箱进行热量补偿来保证贮箱压力的稳定性,而贮箱压力下降速度分别随着贮箱初始充填率的减少、贮箱容积的减小及氧化亚氮质量流率的增加而增大.

不同土壤N_2O排放的研究

以森林和蔬菜土壤作对照,采用实验室培养研究了高产、中产和低产等三种茶园土壤N2O的排放水平,试验设不加氮(对照)与加氮[200mg/kg,(NH4)2SO4]二处理,在25℃恒温培养0、1、3、7和14d时分别取样检测N2O释放量。另外,选择两种茶园土壤研究了土壤含水量与加氮对N2O排放影响的交互作用。结果表明,对于不加氮的对照土壤组,高产茶园具有较高的N2O排放量,14d内平均日排放量高达11.26mg/(kg·d)(以纯氮计),显著高于其它四种土壤;但对于加氮处理组,以菜园土壤的N2O排放水平最高,极显著高于茶园和林地土壤;所有五种土壤加氮后,N2O排放量均有明显提高。茶园土壤N2O排放水平随着土壤含水量的提高而增加,并与施氮存在显著的正交互作用,当土壤含水量较高时施氮具有刺激N2O排放的作用。文章根据土壤培养期间NH4+和NO3-含量的变化就N2O形成机理进行了讨论。

连续多年施肥后设施土壤N2O排放通量特征

为了研究连续多年施用有机肥、化肥后设施土壤N2O排放通量特征,设不施肥(T0)、有机无机配施(T1)、单施有机肥(T2)、单施化肥(T3)等4个处理,采用密闭式静态箱-气相色谱法测定了长期不同施肥处理对设施菜地N2O排放通量的影响。结果表明,设施菜田土壤有机肥和氮肥基施均会显著增加土壤N2O排放,追施氮肥后0~3 d也会出现明显的排放高峰。各处理在种植季内土壤N2O排放总量的次序是:T2(N 5.72~5.85 kg/hm^2)>T1(N 4.06~4.21 kg/hm^2)>T3(N 3.08~3.68 kg/hm^2)>T0(N 0.53~0.76 kg/hm^2)。可见,有机肥的施用可以增加设施菜地N2O排放,在氮素总量投入相同的前提下,连续10年有机无机配施后,土壤N2O的排放量比单独施用有机肥低,但比单独施用化肥高,因此,合理施用有机肥是减少温室气体N2O排放的重要措施。

春季西北太平洋水体中甲烷和氧化亚氮的分布及海气交换通量

于2010年5—6月搭乘日本KH10-1航次,对西北太平洋两个不同深度站位甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的垂直分布及海气交换通量进行了研究。结果显示:研究海域表层海水中CH4和N2O浓度分别为(2.55±0.22)nmol/L和(7.50±1.11)nmol/L,饱和度分别为126%和116%,均处于轻度过饱和状态。在垂直方向上,CH4浓度分布呈现次表层极大的特征,次表层以下CH4浓度随深度增加逐渐减小。CH4次表层极大值可能是由于细菌利用甲基化合物进行好氧产生和在悬浮颗粒物、浮游动物或其他海洋生物肠道内厌氧微环境产生的综合作用造成的。N2O浓度随深度的增加而增大,在跃层下部达到最大值,N2O与溶解氧的垂直分布呈镜像关系。水体中N2O主要通过硝化过程产生。利用LM86和W92公式计算得到CH4的海气交换通量分别为(0.76±0.57)μmol/(m2·d)和(1.57±0.67)μmol/(m2·d),N2O的海气交换通量分别为(1.96±0.24)μmol/(m2·d)和(3.08±0.38)μmol/(m2·d),因此西北太平洋是大气CH4和N2O的净源。

CFB锅炉燃烧中N_2O的生成机理与减排控制

循环流化床燃烧技术作为一种新型洁净煤技术,它具有高效脱硫和低NOX排放的优点。然而最近研究表明它燃烧释放出来的N2O比常规煤粉炉要高出很多,因此如何正确合理的解决这个问题将会直接影响循环流化床锅炉在我国的发展。简单介绍了N2O的生成机理,以及一些降低N2O的行之有效的方法。

亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N_2O还原的影响

本试验通过批次试验考察了亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N2O还原的影响.结果表明NO2^--N初始浓度为5.92-35.23mg/L时,随着NO2^--N浓度的增加,反硝化过程中N2O的积累量逐渐增加；当NO2^--N浓度为35.23mg/L时,NO2^--N还原量的46.26%被转化为N2O.通过对比试验得出,N2O还原酶与亚硝酸盐还原酶对电子的竞争和游离亚硝酸（FNA）对N2O还原酶的抑制会导致N2O比还原速率下降,造成反硝化过程N2O积累.基于上述试验结果提出,污水处理厂可通过调控运行条件控制NO2^--N浓度,降低反硝化过程的N2O的产生与释放；也可以通过短程硝化提高NO2^--N浓度,促进反硝化过程N2O的积累,再通过N2O氧化甲烷减少N2O排放,同时提高产能37%.

土壤中羟胺和亚硝态氮非生物过程对N_2O排放的贡献

羟胺(NH_2OH)和亚硝态氮(NO_2^--N)均可以通过非生物过程产生N_2O,但是同一土壤中其对N_2O排放的相对贡献尚不明确。本文采用高压灭菌和室内培养方法,测定了采自6个不同地点的农业利用土壤在灭菌和非灭菌条件下添加NH_2OH或NO_2^--N后N_2O的排放量,以研究土壤中NH_2OH和NO_2^--N非生物过程对N_2O排放的相对贡献及其关键因子。结果表明,供试土壤中,NH_2OH非生物过程产生的N_2O贡献介于6%~73%,NO_2^--N非生物过程产生N_2O占的比例为3%~236%;在pH<7的衢州茶园、鹰潭旱地、常熟菜地和海伦旱地土壤中,添加NO_2^--N后非生物过程产生N_2O比例大于添加NH_2OH的处理,但是在pH>7的常熟果园和封丘旱地土壤中则相反;pH是影响NH_2OH和NO_2^--N非生物过程产生N_2O的关键因子,添加NH_2OH处理中非生物过程产生N_2O占N_2O总排放量的比例与土壤pH呈正相关(p<0.05),而在添加NO_2^--N处理中呈负相关(p<0.01)。上述结果说明,NO_2^--N在偏酸性土壤中可能主要通过非生物过程产生N_2O,而在偏碱性土壤中主要通过生物过程;NH_2OH则与之相反。

滴灌施肥对两种典型作物系统土壤N2O排放的影响及其调控差异

【目的】探明滴灌施肥对华北典型种植类型农田N2O排放的影响差异与减排贡献,并明确其综合调控机制,为区域农业生产碳氮优化调控及滴灌施肥技术在华北推广应用提供科学支撑和技术储备。【方法】选择两种典型的作物种植模式(冬小麦-夏玉米轮作和设施菜地)为研究对象,分别设置了4个处理,即对照(CK)、常规漫灌施肥(FP)、滴灌施肥(FPD)和滴灌优化施肥(OPTD),利用自动静态箱-气相色谱法对这两种系统土壤N2O排放进行了连续观测分析。【结果】两种作物系统N2O排放通量变化均与5 cm深土壤温度显著正相关(P<0.05),均在基肥期出现最高排放峰值。在设施蔬菜和粮食作物系统中,FP处理N2O排放总量均为最高,分别达到(5.47±0.23)和(1.70±0.02)kg N·hm^(-2)。对于N2O排放强度,设施蔬菜系统中FP处理为(159.72±2.47)g N·t^(-1),远低于粮食作物系统(258.41±6.35)g N·t^(-1),未来N2O减排的关注点仍在粮食作物生产。滴灌施肥可显著降低两种系统N2O排放总量,相比FP处理,在设施蔬菜系统中滴灌施肥可显著减少19.0%(P<0.05),而在粮食作物系统中可减少达到35.0%(P<0.05)。此外,当两种系统施氮量分别降低50%和30%后,在保证作物产量下其减排贡献可分别扩大到30.2%和45.8%。【结论】设施蔬菜和粮食作物系统土壤N2O排放特征存在明显差异,粮食作物生产N2O排放强度明显高于设施蔬菜生产,应进一步关注。同时,滴灌施肥技术在华北农田两种典型的作物系统中均能较好地减少N2O排放,对冬小麦-夏玉米轮作系统N2O减排贡献更大,具有在华北平原进一步推广应用的潜力。

生活垃圾填埋场N_2O释放研究进展

氧化亚氮(N2O)是一种高效痕量的温室气体,且大气中N2O浓度正处于持续不断的增长过程中,生活垃圾填埋场是N2O的重要排放源,释放通量远远高出农田、林地、草地等其他生态系统。概述了生活垃圾填埋场覆土N2O的释放以及影响因素,并在此基础上展望了生活垃圾填埋场N2O的排放控制理论和技术的研究方向。

遮阴对南方稻-麦土壤CH4和N2O碳排放强度的影响

通过田间模拟试验,采用双因素试验设计,研究太阳辐射减弱下不同农田管理对稻-麦土壤温室气体排放特征及其碳排放强度的影响。遮阴强度设3个水平,即对照(CK,不遮阴)、轻度遮阴(S1,单层遮阴)和重度遮阴(S2,双层遮阴);农田管理(水分管理/播期)设2个水平,即常规淹水/常规播期(F/P)和湿润灌溉/晚播(M/L),在稻-麦主要生育期对土壤CH_4和N_2O排放通量进行测定。结果表明:遮阴(S1、S2)使稻-麦土壤常规淹水/常规播期处理的CH_4累积排放量显著降低68.08%、42.22%,并提高了湿润灌溉/晚播处理稻-麦土壤的CH_4排放;湿润灌溉/晚播处理显著降低CH_4累积排放量15.6%~86.61%。遮阴显著提高稻-麦土壤各处理的N_2O累积排放量63.59%~111.40%(P<0.05);常规淹水/常规播期处理稻-麦土壤N_2O累积排放量较湿润灌溉/晚播处理略有降低。就全球增温潜势而言,与不遮阴相比,遮阴使常规淹水/常规播期处理下的稻-麦土壤CH_4和N_2O对全球增温潜势的贡献显著降低36.32%~62.51%,使湿润灌溉/晚播处理的略有提高;湿润灌溉/晚播处理下CH_4和N_2O的全球增温潜势较常规淹水/常规播期处理降低12.1%~83.22%。研究认为,遮阴使稻-麦土壤CH_4和N_2O的碳排放强度显著升高,而不遮阴下湿润灌溉/晚播处理可显著降低CH_4和N_2O的碳排放强度,即保证了产量又提高了生态效益。

河流拦截背景下水库氧化亚氮(N2O)排放的研究进展

大规模筑坝拦截是当前世界河流普遍面临的共同趋势,河流筑坝导致水体温室气体排放的环境效应近年来在全球范围内引起广泛关注,其中河流拦截背景下的水库中氧化亚氮(N_2O)的产生与释放是理解河流-水库体系氮的生物地球化学循环的重要内容,也是评价水库温室气体排放水平的重要依据。然而,当前对水库N_2O产生与排放的研究存在着不足,对其产生机理、释放水平及控制因素的认识依然缺乏系统性。本文归纳总结了国内外有关水库氮循环过程和N_2O排放的研究成果,分析了水库N_2O排放研究趋势及尚未解决的关键问题,以期为准确评估河流筑坝背景下水库N_2O排放提供借鉴。

温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N2O释放的影响

污水生物脱氮工艺中通常会释放温室气体N2O,厌氧氨氧化工艺作为新型生物脱氮工艺,其N2O的释放规律及机制值得深入研究.本文利用厌氧氨氧化序批试验,研究了不同温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N2O释放的影响,并探讨了N2O释放的微生物机制.结果表明,厌氧氨氧化工艺中进水基质浓度的增加会促进N2O释放,在35℃条件下,当进水亚硝氮从40 mg·L^-1增加至60 mg·L^-1和120 mg·L^-1时,N2O最高积累浓度从0.5 mg·L^-1增加至1.5 mg·L^-1和2.4 mg·L^-1,分别占总氮去除量的0.85%、1.43%和1.11%.温度降低对厌氧氨氧化活性抑制作用明显,15℃下的比厌氧氨氧化活性仅为30℃时的6%.温度降低导致厌氧氨氧化工艺中N2O的释放减少,温度降低时反硝化速率的降低是导致N2O产生速率降低、N2O积累减少的主要原因.厌氧氨氧化工艺微生物群落中存在丰富的异养反硝化菌,工艺中N2O积累主要是反硝化菌产生和消耗N2O的结果.

单级和多级A/O工艺中氮的去除效果及N_2O的产生特性

利用SBR反应器模拟单级和多级A/O工艺,在进水水质、水力停留时间(HRT)、泥龄(SRT)、温度、缺氧好氧时间比(A/O比)均相同的条件下,考察了两种脱氮系统中氮的去除效果及N_2O的释放情况.结果表明,对于与城市污水水质相当的进水水质,单级A/O工艺和多级A/O工艺对COD、氨氮的去除率均在95%以上,二者无明显区别,但是前者对TN的去除效率高于后者,二者的总氮去除率分别为72.1%和52.2%.在氮素的转化过程中,典型周期内(3 h)单级A/O工艺和多级A/O工艺中N_2O的产生量分别为16.95 mg和3.59 mg,其转化率(即N_2O的产量与TN的去除量之比)分别为11.47%和4.11%,且N_2O的产生和释放主要发生在好氧段(硝化阶段),缺氧段(反硝化阶段)基本无N_2O释放.单级A/O工艺比多级A/O工艺更有利于硝化细菌(AOB、NOB)的生长,在相同的运行条件下,两工艺中AOB的优势菌种皆为Nitrosomonas,但前者的相对丰度高于后者;单级A/O工艺中NOB的种类和相对丰度也明显多于多级A/O工艺.在实际运行中采用合适的A/O分区或供氧方式既可以较好地去除污水中氮素污染,又可以减少N_2O的释放对大气造成二次污染.