黄河流域农业生产活性氮排放及减排对策

人口增长和城市化进程促使粮食和肉禽奶类食品需求不断增加,由此带来的农业生产活性氮(Nr)大量排放对生态环境及人类健康的影响日益加剧。黄河流域作为中国的粮食主产区,农业生产活动强度高,为研究其Nr排放规律,采用排放因子法估算2000、2005及2010年黄河流域内9省(区)农业生产不同形态Nr的排放源。结果表明:①黄河流域9省(区)中,农业生产Nr排放量最大的为河南省,最小的为四川省,河南省Nr排放量是四川的8倍。②4种形态Nr排放量从大到小依次为Nr⁃wp(排放到水体的Nr)、NH_(3)、N_(2)O和NO_(x)。化学氮肥施用和畜禽散养是NH_(3)排放的最主要贡献源,其次是规模化养殖和放牧饲养,四者贡献率达85%以上。农田作物系统径流、淋洗以及畜禽养殖流失淋洗对Nr⁃wp排放的贡献率各占1/3左右。四季非蔬菜旱地和畜禽养殖是N_(2)O排放的主要来源,其贡献率之和大于66%。③黄河流域内9省(区)单位农业GDP、单位耕地面积、单位农村人口Nr排放强度最大的均为青海省,单位农业GDP和单位农村人口氮排放强度空间分布基本呈上游>中游>下游的格局,单位耕地面积氮排放强度呈上游>下游>中游的格局。9省(区)单位农业GDP氮排放强度均呈减缓趋势,单位耕地面积和单位农村人口氮排放强度呈稳定或增长趋势,内蒙古各类排放强度变动指数均最大。通过分析黄河流域农业生产Nr排放源及排放强度,因地制宜、分类施策地提出Nr减排对策,为改善黄河流域生态环境、开展Nr排放控制基础研究和控制技术实验、制定相关政策文件、实现黄河流域农业生产高质量发展提供科学依据。

能源、工业和氮:降低活性氮排放战略

在矿物燃料和生物材料的大气燃烧过程中,以及某些化学制品和产品的生产过程中,会释放出氮氧化物。氮氧化物能与天然的或人造的挥发性有机化合物反应,生成烟雾,或氮氧化物被进一步氧化,生成粉尘雾霾,也可生成使水土富营养的酸雨。活性氮形成于能源部门,然后通过大气、水圈和土壤进行循环,最后进行不完全的脱氮反应,形成促使地球变暖、消耗平流层的臭氧的气体——一氧化二氮或分子氮。对氮循环进行经济分析时,怎样确定进行干预的最经济有效的切入点,本文将为此提供建议。机动车辆、电厂和加热锅炉的矿物燃料燃烧过程中释放的氮氧化物,可以通过附加的排放控制技术进行控制,也可通过导致二氧化碳还原的同样技术方案来将其消除。这些综合战略也持续成为影响经济发展和国家安全的问题。同样在工业生产中,应将精力更有效地集中于重新设计工业工艺,而不是将精力放在消除当前系统中的氮氧化物污染上。本文将建议使用何种战略来解决多重利益,而不是只集中在单一的污染物上。

生物炭处理下干湿交替灌溉稻田活性氮气体排放特性

干湿交替灌溉具有节水稳产等优势,但也存在促进NH_(3)挥发和增加N_(2)O排放的风险。而生物炭具有改善土壤、蓄水保肥、降低温室气体排放等诸多正效应。为探究干湿交替灌溉条件下稻田活性氮气体排放(主要为NH_(3)和N_(2)O)对添加生物炭的响应机制,设置不同灌溉模式(淹灌和干湿交替灌溉)和生物炭用量(0和20 t/hm^(2))2个因素4个处理,通过2020和2021年大田原位试验,对稻田土壤环境、NH3挥发、N_(2)O排放、植物氮素吸收和产量等进行了研究。结果表明,2 a间,干湿交替灌溉对水稻产量均未产生显著影响(P>0.05),但却显著增加了NH3挥发(仅2020年)和N_(2)O排放(P<0.05),增幅分别达到8.9%和105.0%~115.0%;而添加生物炭显著降低了NH_(3)挥发(8.7%~20.5%)和N_(2)O排放(21.6%~24.2%)(P<0.05),减少9.0%~20.6%的活性氮气体排放(P<0.05)。较之无炭常规淹灌对照处理,干湿交替灌溉结合生物炭处理,可在实现增产0.2%~12.5%的同时,降低活性氮气体排放6.1%~11.7%。干湿交替灌溉促进N_(2)O排放的主要原因是频繁灌水-落干条件下稻田土壤NO_(3)^(−)-N浓度和氧化还原电位均得到了显著提升;而生物炭增产降氨的主要原因是无机氮固持量得到了显著提升,进而降低了NH3挥发损失,增加了水稻氮素吸收,最终实现增产。研究揭示了生物炭在干湿交替稻田的应用潜力,为实现稻田节水增产,增汇减排及降低活性氮排放带来的环境代价提供理论依据。

福建省地级市人为源活性氮排放及其特征分析

在人口增长和快速城市化的背景下,活性氮排放对生态环境的影响日益加剧.为研究省级尺度活性氮排放规律,采用排放因子法建立2000、2005及2010年福建省人为源活性氮排放清单,分析各地市3个年份活性氮排放量及排放强度特征.结果表明,3个年份福建省活性氮排放总量分别为538.4、587.0和619.97 Gg,呈整体增加趋势.在9个地级市中,增速最快的为莆田市,而漳州市排放量有所下降.排放量最大的为漳州和泉州,排放量最小的为宁德与厦门.从排放来源看,90%以上的排放来自农田生态系统和畜禽养殖系统.能源活动贡献较小,但其排放增长最为显著.2010年,各地市单位面积活性氮排放强度呈"东南沿海高西北内陆低"的格局,最高为厦门市,最低为三明市;GDP和人口排放强度则呈"东南沿海低西北内陆高"的格局,最高为南平市,最低为厦门市.在分析各地市活性氮排放源特征的基础上,探讨了不同地区活性氮减排重点,研究结果可为福建省及下辖各地市活性氮减排提供科学依据.

不同再生稻栽培模式氮足迹及经济效益评估

有关不同栽培措施下再生稻稻田温室气体排放、碳足迹与产量变化研究已取得较大进展,然而不同再生稻栽培模式氮足迹尚不明确。因此,本研究通过大田试验,采用生命周期法,研究了不同再生稻栽培模式[常规栽培模式(CM)和两个优化栽培模式(OM1和OM2)]对水稻产量、氮足迹与经济效益的影响。其中,CM模式采用人工插秧、常规施肥、浅水淹灌、留茬高度20 cm与秸秆不还田等传统再生稻栽培技术,OM1模式采用机插秧、一次性缓释肥施用、干湿交替、头季留茬高度20 cm与秸秆还田,OM2模式采用机插秧、氮肥深施、干湿交替、头季留茬高度40 cm与秸秆还田配施腐熟剂。结果表明,OM2再生季产量和稻季总产量最高,较CM和OM1分别提高再生季产量37.1%(P<0.05)和28.1%(P<0.05)、总产量21.7%和12.5%(P<0.05)。对于再生稻氮足迹构成,OM2具有最高间接活性氮排放。对于直接活性氮排放,3个模式N_(2)O排放无显著差异;但对于头季稻NH_(3)挥发,OM2比CM显著降低14.4%(P<0.05)。因此,OM2具有最低周年活性氮排放,分别比CM和OM1显著降低10.9%(P<0.05)和2.2%(P<0.05)。对于再生稻氮足迹,OM2比CM和OM1分别显著降低26.9%(P<0.05)和13.1%(P<0.05)。此外,OM2经济效益最高,分别较OM1和CM提高20.9%和29.2%。本研究表明,OM2模式是一项降低氮足迹和提高经济效益的可持续再生稻栽培模式,值得在我国南方再生稻区推广。

河北省花生生产体系化肥投入的碳足迹初探

本研究利用生命周期评价法(LCA)以2006-2020年河北省花生生产体系化肥投入数据为基础,对其产生的环境影响进行定量化分析,旨在为河北省花生产业发展的环境管理及绿色发展提供决策依据。结果表明:河北省花生生产化肥投入基本情况为氮肥量下降,降幅为38.0%,平均施用量43.26kg/hm^(2),占总施用量的16.1%。复混肥量增加,增幅30.1%,平均施用量217.28kg/hm^(2),占总用量的80.7%。单质磷肥和钾肥施用较少,分别占总施用化肥的2.1%和0.8%,化肥总施用量上升12.6%;花生的氮肥偏生产力维持在30~35kg/kg之间,其氮肥利用率较其他作物高;活性氮排放中NH3挥发最多,占总量的83.8%,其次为硝态氮淋洗NO_(3)^(-),最少的为N_(2)O排放。平均每年可造成NH3挥发28.32kg/hm^(2),NO_(3)^(-)淋洗4.87kg/hm^(2),N_(2)O排放0.62kg/hm^(2);化肥投入造成的年总碳排放量平均18.4万t,单质氮肥施用量对碳排放影响贡献最大,化肥生产的碳排放量大于化肥施用的。

河南省花生生产体系化肥投入对环境影响分析

本研究基于河南省花生2004-2021年化肥投入、播种面积、产量等数据,利用生命周期评价法(LCA)定量分析河南省花生生产化肥投入对环境的影响,以期为河南省花生产业绿色低碳发展提供参考。结果表明:河南省花生生产化肥投入总量呈升高趋势,但其构成发生了变化,表现为氮肥施用比例下降25.4%,平均施用量66.08 kg/hm^(2),占总施用量的23.5%;而复混肥施用比例上升28.9%,施用量增加,增幅达261.5%,平均施用量212.63 kg/hm^(2),占化肥总投入量的75.7%。花生氮肥偏生产力为28.35-84.10 kg/kg,平均43.66 kg/kg。活性氮排放中,NH3挥发(25.03 kg/hm^(2))>NO_(3)^(-)淋洗(4.45 kg/hm^(2))>N_(2)O排放(0.66 kg/hm^(2)),其中以NH3挥发为主,占总量的83.3%。期间河南省花生化肥投入对环境产生的平均碳排放量为129.0×10^(4)t,呈现逐年波动上升趋势,化肥生产平均碳足迹为741.46 kg/hm^(2),化肥施用平均碳足迹为481.57 kg/hm^(2),化肥生产对碳排放的影响高于化肥施用。

厦门市土地利用及氮负荷变化研究

高强度的人类活动改变了城市土地利用方式和城市内氮素循环,但城市土地利用变化如何影响城市氮负荷时空变化的研究仍缺乏.本研究以厦门市为例,基于物质平衡的城市氮流动估算方法,分析了2005—2010、2010—2015年两个时间段内厦门市土地利用及氮负荷的时空演变特征及土地利用变化对氮负荷的影响.结果表明:2005—2010、2010—2015年期间城市各土地利用类型中工业、居民区及交通用地面积增加最为显著,占总面积的比例从16.9%增加到30.3%,而林地和其他类型面积的比例从53.78%下降至38.01%.大量农林地转变为工业和交通用地,导致单位面积氮负荷强度分别增加了10倍和25倍.城镇居民用地、交通用地等氮排放强度较高的土地利用类型不断扩张,造成城市中活性氮排放增加了2.1倍.同时,土地利用的空间格局也影响着城市氮负荷的空间变化特征,氮排放热点在空间上逐渐向岛外扩张,且强度也随之增加.