静态箱-气相色谱法CO_2和CH_4通量观测的质控方法研究

通量观测与大气本底浓度观测采用统一的分析—质控—标校流程和方法对准确评估大气温室气体源汇至关重要。静态箱-气相色谱法是研究陆地生态系统CO_2和CH_4通量的重要手段。本研究首先在实验室对存储样品的气袋进行检测与处理,包括剖析气袋结构,测试气袋在一定时间内对气样中CO_2及CH_4浓度的影响,根据测试结果对采样、运输流程进行优化,确保样品尽量减少污染;其次,采用与温室气体本底浓度分析—质控—标校相一致的流程和方法,以保证两种观测方法所获取数据的准确可比;最后,将本研究中优化的流程和方法应用于2007年7月至2008年7月期间青海瓦里关自由放牧地和围栏草地开展的温室气体通量观测实验,获取了较高质量的CO_2及CH_4通量观数据并进行了初步分析。

沼液施用对土壤温室气体排放的影响

采用静态箱-气相色谱法,于2010年7月(夏季)、2011年3月(冬季)进行了不同沼液施用量对土壤二氧化碳(CO2),甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)气体排放影响的研究。试验期间,沼液施用设为大量施沼液(夏季为28.36 g.m-2,冬季为1.94 g.m-2),正常施沼液(夏季为9.45 g.m-2,冬季为0.65 g.m-2)和不施沼液等3个水平。结果表明:①夏季或冬季,处理对土壤二氧化碳排放影响均不显著。②夏季沼液施用8 h内,处理间对土壤甲烷排放具极显著差异(P<0.001),其中大量施沼液时通量最大为3.98 mg.m-2.h-1;正常施沼液时通量最大为1.25 mg.m-2.h-1,8 h后处理间无显著差异(P>0.05)。冬季在大量施沼液时,初期土壤甲烷排放通量明显高于正常施沼液及不施沼液,最大为0.28 mg.m-2.h-1;随后处理间土壤甲烷排放通量无显著差异。③夏季沼液施用20 h内,处理间对土壤氧化亚氮排放具极显著差异(P<0.001),最大值达1 641μg.m-2.h-1;处理间呈显著差异(P<0.05),大量施沼液、正常施沼液和不施沼液时土壤氧化亚氮排放通量分别为224～349,70～137,33～57μg.m-2.h-1;冬季则处理间土壤氧化亚氮排放无显著差异。

降水梯度对青海湖河源湿地温室气体排放日变化的影响

水分是影响高寒生态系统生长发育的主要限制因素,为探明不同水分条件对湿地温室气体排放特征的影响,选取青海湖流域瓦颜山河源湿地为研究对象,利用不同的水分特征湿地,通过静态箱-气相色谱法,监测了湿地24 h温室气体排放特征,探究了2020年和2021年8月(生长旺季)的CK(对照处理)、+25%(增雨25%处理)、-25%(减雨25%处理)、+75%(增雨75%处理)、-75%(减雨75%处理)条件下,对二氧化碳(CO_(2))、甲烷(CH_(4))、氧化亚氮(N_(2)O)日变化趋势。结果表明:(1)CO_(2)排放范围为47.52~123.71 mg·m^(-2)·h^(-1),CH_(4)通量范围为-8.50~6.74μg·m^(-2)·h^(-1),N_(2)O通量范围为-15.82~6.90μg·m^(-2)·h^(-1)。(2)CK、+25%、+75%处理下CO_(2)、CH_(4)、N_(2)O日变化表现为排放状态;-25%处理下CO_(2)日变化表现为排放状态,CH_(4)、N_(2)O表现为吸收状态;-75%处理下CO_(2)、N_(2)O日变化表现为排放状态,CH_(4)表现为吸收状态,不同降水处理之间存在显著差异(P<0.05)。(3)CO_(2)与0~10 cm土壤温度呈显著正相关(P<0.05),与土壤水分呈显著负相关(P<0.05);CH_(4)与土壤温度呈显著负相关(P<0.05),与土壤水分呈显著负相关(P<0.05);N_(2)O与土壤温度呈正相关(P<0.05),而CK处理与土壤水分呈负相关,减雨处理呈正相关(P<0.05),但无明显规律。(4)不同水分处理下植物群落发生小幅度演替情况。土壤水分、温度的平衡对该区的温室气体排放通量影响较为显著,应避免失调导致温室气体排放量升高。

半干旱草原温室气体排放/吸收与环境因子的关系研究

静态箱-气相色谱法对内蒙古半干旱草原连续两年的实验观测研究结果表明,内蒙古草原是大气CO2和N2O的排放源,和CH4的汇。在植物生长不同季节,草原生态系统排放/吸收温室气体CO2、CH4和N2O的日变化形式各有不同,其中在植物生长旺季日变化形式最具特征。三种温室气体的季节排放/吸收高峰主要出现在土壤湿度较大的春融期和降雨较为集中时期。对所有草原植物生长季节,CO2净排放日变化形式均为白天出现排放低值,夜间出现排放高值。较高的温度有利于CO2排放,地上生物量决定着光合吸收CO2量值的高低。影响半干旱草原吸收CH4和排放N2O日变化形式的关键是土壤含水量和供氧状况,日温变化则主要影响日变化强度。吸收CH4和排放N2O的季节变化与土壤湿度季节变化分别呈线性反、正相关,相关系数均在0.4-0.6之间。自由放牧使CO2、N2O和CH4交换速率日较差降低,同时使N2O和CH4年度排放/吸收量减少和CO2年度排放量增加。

川中丘区主要水稻栽植品种温室气体排放研究

为了解川中丘区稻田温室气体排放的品种间差异,筛选高产低环境影响的水稻栽植品种,采用静态箱-气相色谱法对川中丘区5个优势籼稻品种的5个生长期(分蘖期、孕穗期、扬花期、成熟期和收割后)温室气体(CH 4、N 2O、CO 2)排放通量进行监测。结果表明,不同水稻品种温室气体排放在不同时期差异较大。CH 4在分蘖期和孕穗期排放最高,N 2O和CO 2排放则在种间差异较大。5个品种增温潜势依次为‘蓉18优188’>‘川农优3203’>‘宜香优1108’>‘川农优498’>‘F优498’。水稻收割后若未及时翻耕和排水,将会增加水稻整个生长期的CH 4排放通量,可见,再生稻也是一个CH 4“源”。建议在水稻收割后及时对田地进行翻耕排水以缓解温室气体的排放。

施氮量对砂姜黑土小麦−玉米轮作体系N_(2)O排放的影响

砂姜黑土是黄淮海平原重要的中低产土壤,由于其剖面含有砂姜层,易产生裂隙,影响了氮素在土壤剖面的迁移分布,可能导致砂姜黑土的N_(2)O排放存在一定的独特性。基于此,本研究以砂姜黑土小麦-玉米轮作体系为研究对象,设置4个处理,分别为不施肥(CK)、传统施肥(TR)、优化施肥(OPT)和再优化施肥(ZOPT),通过静态箱-气相色谱法结合常规土壤参数的监测与分析,探究砂姜黑土不同施氮条件下N_(2)O排放特征、累积排放量及关键驱动因素。结果显示,砂姜黑土小麦季的N_(2)O平均排放通量为14.2~21.6μg·m^(−2)·h^(−1),累积排放量为0.82~1.24 kg(N)·hm^(−2);玉米季的N_(2)O平均排放通量为14.4~24.5μg·m^(−2)·h^(−1),累积排放量为0.42~0.71 kg(N)·hm^(−2);不同处理小麦季的N_(2)O累积排放量均高于玉米季。小麦季追肥期与基肥期的N_(2)O累积排放量分别为0.27~0.41 kg(N)·hm^(−2)和0.55~0.83 kg(N)·hm^(−2),玉米季分别为0.18~0.30 kg(N)·hm^(−2)和0.24~0.41 kg(N)·hm^(−2),追肥期N_(2)O累积排放量均高于基肥期。相关性分析结果显示,CK处理的N_(2)O排放量与土壤温度、含水量和硝酸盐含量均表现出明显的多元线性相关(P<0.05),TR、OPT和ZOPT仅与土壤硝酸盐含量呈极显著多元线性相关(P<0.01),而与土壤温度和土壤含水量未表现明显的相关性,说明施肥条件下,土壤硝酸盐含量的高低成为影响砂姜黑土农田土壤N_(2)O排放最关键的影响因素。除此之外,不同施氮量的N_(2)O累积排放量差别明显(P<0.05),TR处理的N_(2)O排放量最高,小麦玉米季分别为1.24 kg(N)·hm^(−2)和0.71 kg(N)·hm^(−2),显著高于OPT处理[0.99 kg(N)·hm^(−2)和0.51 kg(N)·hm^(−2)]和ZOPT处理[0.82 kg(N)·hm^(−2)和0.42 kg(N)·hm^(−2)]。无论小麦季还是玉米季N_(2)O的累积排放量均随施氮量的增加而呈指数增加趋势,相关性系数分别达0.997和0.977(P<0.05),说明砂姜黑土传统施氮N_(2)O存在过量排放问题。总而言之,尽管与其他土壤相比,砂姜黑土不属于N_(2)O高排土壤,但传统施氮量导致的N_(2)O排放量仍不可忽视。

红外加热对大豆生态系统CO_2排放的影响

通过田间试验,采用静态箱-气相色谱法测定CO2排放通量,研究红外加热增加叶面温度对土壤、大豆-土壤系统CO2排放的影响。结果表明,红外加热叶面增温2℃促进了土壤CO2的排放,在鼓粒-成熟期对照与增温的排放通量分别为202.09±28.75、378.34±156.17mg·m-2·h-1,增温处理使CO2排放通量增加了87.21%,但未达到显著水平;增温使土壤CO2累积排放量显著增加了39.96%。对照和增温的大豆-土壤系统呼吸的气温敏感性系数Q10值分别为0.68和2.54,土壤呼吸的土壤温度Q10值分别为4.22和1.68。研究表明,增温能促进土壤CO2排放,增加大豆-土壤系统呼吸的Q10值,降低土壤呼吸的Q10值。研究结果可为气候变化条件下估算区域农田温室气体排放提供一定的科学依据。

稻草覆盖对旱地土壤CO_2排放的影响

在中国南方丘陵地区,稻田与旱地交错相接,将稻草移施旱地不仅可以减缓稻田甲烷排放,而且可以提高旱地土壤肥力,但对旱地土壤CO_2排放的影响尚缺乏了解。选取油菜(Brassica campestris L.)-玉米(Zea mays L.)轮作土壤为研究对象,每季作物分别覆盖5 000 kg·hm^(-2)稻草(SM),以不覆盖稻草为对照(CK),采用静态箱-气相色谱法监测油菜-玉米轮作周期内的土壤CO_2排放动态,同时监测了5 cm深度土壤温度和含水量。结果表明,(1)稻草覆盖在低温季节提高土壤温度,在高温季节降低土壤温度;同时,稻草覆盖有助于保持土壤水分,可以缓解一定程度的干旱。(2)土壤CO_2通量具有明显的季节性,与土壤温度呈极显著正相关(r=0.736,P=0.000)。(3)稻草覆盖显著促进土壤CO_2排放。油菜季稻草覆盖处理和对照处理的CO_2通量平均值分别为34.0 mg·m^(-2)·h-1和21.2 mg·m^(-2)·h-1,CO_2累积排放量分别为3 723 kg·hm^(-2)和5 981 kg·hm^(-2)。玉米季稻草覆盖处理和对照处理的CO_2通量平均值分别为279.9 mg·m^(-2)·h-1和221.6 mg·m^(-2)·h-1,CO_2累计排放量分别为7 591kg·hm^(-2)和6 009 kg·hm^(-2)。全年(包括无作物生长期间)稻草覆盖和对照处理的CO_2累计排放量分别达到15 131 kg·hm^(-2)和11 220kg·hm^(-2),稻草覆盖增加了34%的CO_2排放。

放牧草地氧化亚氮排放:研究进展与展望

氧化亚氮(N2O)是一种长寿命、高辐射效率的温室气体,草地是其重要的自然排放源,放牧活动和气候变化剧烈影响草地排放特征与强度,排放通量测量误差、研究对象的局限、关键过程影响不清等因素限制了对草地排放总量和氮气候反馈效应的准确评估。本文讨论了差异化的观测方案包括N2O浓度分析方法和采样频率可能给草地排放量估算造成的影响;指出研究放牧草地N2O排放,应综合考虑放牧相关排放源的贡献,定量整个放牧系统的排放量;提出气候变化影响程度取决于气候因子是否能够缓解放牧草地土壤“贫氮”对N2O生产的限制。未来应加强观测方法的误差评估和非生长季通量观测的频率,明确土壤冻融过程触发和主导N2O排放的机制以及冻融期脉冲排放对国家尺度排放的贡献,了解多年冻土区高寒草地N2O排放水平及其对全球变暖的响应,探明大气氮干沉降增加及干沉降组分变化对草地排放的影响。

不同温度制备的水稻秸秆生物炭对稻田土壤固碳减排及微生物群落结构的影响

通过田间水稻培养试验,采用静态箱-气相色谱法和高通量测序技术,研究了不同温度条件下制备的生物炭施用对稻田作物产量及土壤中CO2、CH4、N2O排放通量以及累积排放量的影响,以及对土壤微生物群落结构的影响。试验设置4个处理:对照(CK)、施用300℃制备的生物炭(DY-300)、施用500℃制备的生物炭(DY-500)、施用700℃制备的生物炭(DY-700)。结果表明,与对照相比,各生物炭处理CH4、N2O累积排放量削减,生物炭的施入优化了土壤微生物群落结构。DY-300、DY-500、DY-700处理中,CH4累积排放量抑制率分别为39.2%、49.1%和24.0%,N 2 O累积排放量抑制率分别为30.0%、39.8%和13.1%,Chao1指数增幅为2.5%~29.8%。而生物炭施用对CO 2排放的抑制作用不明显。总之,500℃制备的生物炭抑制温室气体排放的效果最佳,700℃制备的生物炭具有对微生物群落结构的优化作用以及稻田作物的增产作用。

典型岩溶丘陵区生长季土壤CO_2、CH_4通量研究

我国西南岩溶丘陵区生长季漫长,而土壤表面CO_2、CH_4通量受地表植被覆盖的影响较大。为探究岩溶丘陵区生长季有植被覆盖(有草)和无植被覆盖(无草)的土壤表面CO_2、CH_4通量及其日变化特征,采用静态箱-气相色谱法对重庆市南川岩溶丘陵区土壤表面CO_2、CH_4通量进行观测,结合土壤温、湿度进行研究。结果表明:岩溶丘陵区土壤表面在生长季表现为CO_2源、CH_4汇,有草的土壤表面CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,CH_4通量则无明显差别,说明在生长季地表植被覆盖是影响土壤CO_2通量的重要因素,而植被覆盖对土壤CH_4通量无显著影响,土壤表面有草和无草的CO_2通量分别为552、352 mg/m2·h,CH_4通量分别为-80、-75μg/m2·h(生长季6个月平均值)。在生长季日变化尺度上,土壤也表现为CO_2源、CH_4汇,有草土壤表面的CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,且二者的变化特征一致,CH_4通量受到植被覆盖的影响较小;生长季土壤CO_2、CH_4通量受土壤温、湿度的共同影响,其中土壤CO_2通量与土壤温度呈正相关关系,即土壤温度升高会促进土壤CO_2通量的提高,而土壤CH_4通量与土壤温度无相关关系,即土壤温度对土壤CH_4通量无显著影响;由于生长季土壤湿度变化较土壤温度小,因此土壤湿度对土壤CO_2、CH_4通量的影响较土壤温度小。

岩溶区石漠化土壤CO2浓度和地表CO2通量研究

【目的】探讨我国南方喀斯特石漠化地区CO2浓度分布和时空排放规律及岩区土壤有机碳含量、土壤温度及土壤含水率等环境因子对CO2浓度及释放速率的影响。【方法】采用静态密闭箱-气相色谱法,对2017年1~12月重庆市南川石漠化治理示范区岩溶碳汇试验区坡改梯及对照区非坡改梯的土壤CO2浓度和地表CO2通量进行原位监测。【结果】非坡改梯地区土壤CO2浓度比坡改梯地区大,坡改梯和非坡改梯地区土壤CO2浓度大多数随着土壤深度增加呈下降趋势;非坡改梯地区地表CO2释放通量高于坡改梯地区;土壤CO2浓度及释放通量均随季节有明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与地表CO2释放通量呈显著正相关关系,在个别月份出现显著变化,表现为巨大的源与汇。【结论】土壤CO2浓度主要受土壤有机碳、土壤温度、土壤含水率、土壤微生物及人为因素共同影响,地表CO2通量变化与植被覆盖、人类活动及土壤CO2浓度密切相关。