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城市尺度温室气体排放量的反演研究进展及未来发展趋势

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中国环境科学 2024年

作者：胡诚张俊清刘慧丽史雪静孙帆肖薇南京林业大学生态与环境学院南京信息工程大学中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室大气环境中心

城市是二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)排放的热点区域，占全球人为源总排放量的40%-50%，因此对其排放量的准确量化，直接影响着各国气候变化政策的制定与实施.基于活动数据和排放因子的排放清单方法是当前核算排放量的最主要手段，然而大量... 详细信息

城市是二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)排放的热点区域，占全球人为源总排放量的40%-50%，因此对其排放量的准确量化，直接影响着各国气候变化政策的制定与实施.基于活动数据和排放因子的排放清单方法是当前核算排放量的最主要手段，然而大量对比研究表明，温室气体排放量在城市尺度上估算的不确定性依旧大于50%，因此亟需开展温室气体排放量的核算进而降低排放清单的不确定性.而基于浓度观测和大气传输模型的反演方法，从2010年起逐渐被用于城市尺度温室气体排放量的反演研究，但对浓度观测站点选取和排放量反演方法依旧存在认识的不统一与偏差.在我国制定“双碳”政策的战略背景下，本文系统梳理和综述了当前城市尺度温室气体排放量反演的研究进展，重点分析该方法面临的困难和挑战，并指出相较于国外已开展的研究，我国当前城市尺度的温室气体浓度观测网络依旧欠缺，进而限制了温室气体排放量时空格局的拆分.而结合中精度浓度观测网络，并同时发展1km及以下空间分辨率的排放清单和气象驱动场，是未来准确解析城市尺度温室气体排放总量及其时空格局的重要发展方向.通过本文系统总结当前城市尺度温室气体排放量的研究现状、进展及问题，以及未来潜在发展趋势，预计可为我国“双碳”战略的实施提供方法参考和理论借鉴.

关键词：温室气体排放量反演高塔大气传输模型

不同施肥措施臭氧浓度升高对不同水稻品种光合特性的影响

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生态学报 2024年第13期44卷 5583-5595页

作者：张涵田彤彤尚博冯兆忠南京信息工程大学生态与应用气象学院南京210044 中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室南京210044

近地层臭氧(O_(3))已严重威胁到作物生产,而施肥可以调节土壤的养分平衡,进而促进作物生长。以两个水稻品种(徽两优898和南粳9108)为研究对象,利用开顶式气室,设置2个O_(3)浓度处理(NF:环境大气为对照;NF40:环境大气+40 nmol/mol O_(3))... 详细信息

近地层臭氧(O_(3))已严重威胁到作物生产,而施肥可以调节土壤的养分平衡,进而促进作物生长。以两个水稻品种(徽两优898和南粳9108)为研究对象,利用开顶式气室,设置2个O_(3)浓度处理(NF:环境大气为对照;NF40:环境大气+40 nmol/mol O_(3)),每个O_(3)处理下嵌套设置3个肥料处理(Ino:施无机肥处理,270 kg N hm^(-2) a^(-1);Red:减施无机肥30%处理,189 kg N hm^(-2) a^(-1);Com:有机无机肥配施处理,Red+有机肥鸡粪5000 kg hm^(-2) a^(-1)),通过测定不同生育期水稻光合参数,探究不同肥料处理下O_(3)对水稻不同生育阶段光合生理的影响。结果表明,NF40对水稻营养生长阶段的饱和光合速率(A_(sat))没有显著影响,而显著地降低了水稻灌浆期的A_(sat)。基于两个水稻品种的A_(sat)和相对叶绿素含量(SPAD)相对减少量与O_(3)累积剂量关系的斜率,发现杂交稻徽两优898(A_(sat)和SPAD的斜率:-1.55和-0.98)比常规稻南粳9108(A_(sat)和SPAD的斜率:-0.92和0.06)对O_(3)更敏感。此外,基于不同O_(3)处理下水稻的气孔导度(g_(s))和胞间二氧化碳浓度(C_(i)),可以看出O_(3)造成南粳9108光合速率降低的主要是非气孔因素,而徽两优898光合的降低是由气孔因素和非气孔因素共同限制。与Ino处理相比,Red处理主要通过降低叶片SPAD进而显著地抑制两种水稻品种的A_(sat),但Ino处理和Com处理间A_(sat)没有显著差异,说明有机无机肥配施能部分缓解减施无机肥造成水稻光合的降低。O_(3)和肥料处理对两个水稻的所有光合参数都没有显著的交互影响,表明短期有机无机肥配施并不能有效缓解O_(3)对作物造成的负面影响。在O_(3)污染背景下,研究结果可以为通过合理的农田氮肥管理措施减缓O_(3)造成的作物减产提供理论依据。

关键词：臭氧有机无机肥配施水稻光合生理剂量关系

基于Meta分析的增温对土壤微生物残体积累影响

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土壤学报 2024年第5期61卷 1444-1454页

作者：卢孟雅丁雪丽中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室南京信息工程大学应用气象学院南京210044

增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此,以土壤氨基糖为微生物残体标识物,筛选国内外已发表的12篇文献,收集总氨基糖数据29组,氨基葡萄糖35... 详细信息

增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此,以土壤氨基糖为微生物残体标识物,筛选国内外已发表的12篇文献,收集总氨基糖数据29组,氨基葡萄糖35组,胞壁酸39组,氨基半乳糖25组,利用Meta分析方法,探讨了增温对土壤微生物残体积累的影响及主控因素。结果表明:整体上,增温背景下微生物残体积累有所增加,但响应规律具有生态系统特异性,其中,农田生态系统中微生物残体对增温的响应更为敏感。增温对不同来源氨基糖的影响程度不同,表现为增温显著增加了土壤中氨基半乳糖和胞壁酸的含量,增幅分别为10.3%和5.0%。相应地,增温显著降低了氨基葡萄糖与胞壁酸的比值,说明增温有利于细菌残体的积累。增温背景下,细菌残体占土壤有机碳(SOC)比例显著增加,微生物残体和真菌残体对SOC的贡献比例无显著改变,暗示增温后真菌残体对有机碳库的贡献有所削弱。Meta分析发现,增温幅度是影响微生物残体积累的主要因子,增温幅度小于或等于2℃时,微生物残体的积累数量会增加,增加比例为2.7%~14.6%,而增温幅度大于2℃则会降低微生物残体在土壤中的积累,降低比例为8.0%~14.3%。此外,增温的时间尺度不同(短期、中期、长期)也会对微生物残体产生不同的影响效应。综上,增温会显著影响微生物残体在土壤中的积累动态及其对有机碳库的贡献比例,影响强度和方向又与生态系统类型和土壤深度有关,而增温幅度、增温时间和年均降水量是影响微生物残体积累的重要因素。

关键词：气候变暖土壤碳库微生物残体影响因素 Meta分析

太湖常见3种沉水植物附着生物的生物量及潜在反硝化速率

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湖泊科学 2024年第1期36卷 77-87页

作者：任天一徐向华宋玉芝郭婧南京信息工程大学应用气象学院南京210044 中国气象局生态系统碳源汇开放重点实验室南京210044 南京信息工程大学固碳减排与全球变化研究中心南京210044

反硝化作用是将氮素从湖泊中彻底去除的重要途径之一,对于减轻湖泊富营养化具有重要意义。为了探究太湖沉水植物附着生物的生物量、潜在反硝化速率变化规律及其与环境因素的关系,在沉水植物生长盛期(7月),以太湖沉水植物主要分布区域东... 详细信息

反硝化作用是将氮素从湖泊中彻底去除的重要途径之一,对于减轻湖泊富营养化具有重要意义。为了探究太湖沉水植物附着生物的生物量、潜在反硝化速率变化规律及其与环境因素的关系,在沉水植物生长盛期(7月),以太湖沉水植物主要分布区域东部湖湾作为采样区域,研究了太湖常见的3种沉水植物上附着生物的生物量,并利用乙炔抑制法测定沉水植物上附着生物的潜在反硝化速率,分析了太湖沉水植物附着生物的生物量及其潜在反硝化速率的主要影响因素。结果表明,太湖常见的3种沉水植物单位体表面积附着生物的生物量(AFDM)在0.037~0.789 mg/m^(2)之间,均值为(0.389±0.261)mg/m^(2),沉水植物上附着生物的生物量存在空间差异,最大值出现在贡湖湾G1采样点((0.794±0.007)mg/m^(2)),最小值出现在胥口湾X1采样点((0.041±0.005)mg/m^(2))。太湖沉水植物单位体表面积附着生物的潜在反硝化速率在3.09~58.80μmol/(m^(2)·h)之间,均值为(24.75±5.96)μmol/(m^(2)·h)。太湖沉水植物附着生物的潜在反硝化速率存在空间差异,其中最大值出现在贡湖湾G1采样点((58.80±20.20)μmol/(m^(2)·h)),最小值出现在胥口湾X1采样点((3.09±1.79)μmol/(m^(2)·h))。相同条件下,沉水植物附着生物的生物量及潜在反硝化速率因植物种类的不同而存在差异,狐尾藻(Myriophyllum spicatum)上的附着生物的生物量及潜在反硝化速率显著高于苦草(Vallisneria natans)。相关性分析结果表明,沉水植物上附着生物的生物量与水体氮磷浓度相关。沉水植物附着生物的潜在反硝化速率与附着藻类的生物量、水体溶解有机碳及pH存在显著相关关系,这3种因子可以解释81.2%的沉水植物附着生物潜在反硝化速率变化,本研究结果可为进一步研究浅水湖泊脱氮过程及富营养化治理提供一定的理论依据。

关键词：附着生物潜在反硝化速率太湖沉水植物

长三角地区2004-2022年NO_(2)柱浓度演变特征及其主要影响因素分析

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环境科学研究 2024年第5期37卷 950-962页

作者：沈利娟刁一伟贾浩博王红磊施双双赵天良无锡学院大气与遥感学院江苏无锡214105 无锡学院中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室江苏无锡214105 南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室江苏南京210044

为研究长三角地区NO_(2)柱浓度长期的时间演变特征及其影响因素,利用OMI卫星观测的NO_(2)柱浓度数据、GPM降雨数据、MERRA-2再分析数据和社会经济数据,结合地面NO_(2)浓度数据,分析了卫星数据与地面观测数据的一致性以及NO_(2)柱浓度的... 详细信息

为研究长三角地区NO_(2)柱浓度长期的时间演变特征及其影响因素,利用OMI卫星观测的NO_(2)柱浓度数据、GPM降雨数据、MERRA-2再分析数据和社会经济数据,结合地面NO_(2)浓度数据,分析了卫星数据与地面观测数据的一致性以及NO_(2)柱浓度的年际、月际和季节性变化特征及其主要影响因素.结果表明:①OMI卫星观测的NO_(2)柱浓度与地面观测的NO_(2)浓度一致性较好,能够较好地反映地面NO_(2)浓度分布及其时间变化特征.②长三角地区2004-2022年NO_(2)柱浓度高值主要集中在南京、常州、无锡、苏州、上海和杭州等核心城市地区;NO_(2)柱浓度年际变化呈波动变化趋势,可分为2个阶段,2004-2011年为增加阶段,年均变化率为0.68%,2011-2022年为降低阶段,年均变化率为-4.51%.2011年NO_(2)柱浓度达最大值〔(12.63×10^(15)±9.16×10^(15))molec/cm^(2)〕,2022年达到最小值,仅为(7.16×10^(15)±4.80×10^(15))molec/cm^(2).③受气象条件和排放源的影响,导致NO_(2)柱浓度存在明显的月际和季节性变化,呈冬季>春季≈秋季>夏季的特征,其中12月〔(20.20×10^(15)±8.89×10^(15))molec/cm^(2)〕最高,7月〔(4.81×10^(15)±1.72×10^(15))molec/cm^(2)〕最低.④长三角地区NO_(2)柱浓度的长期演变特征受社会经济因素的影响.第二产业中的燃煤源和第三产业中交通运输对NO_(2)柱浓度的影响较大,机动车排放是长三角地区核心城市群对流层NO_(2)的重要来源.研究显示,2004-2022年随着一系列大气污染防治措施的执行,长三角地区在经济快速发展的同时NO_(2)柱浓度持续降低,充分证明了经济发展与环境保护可以实现良性互动.

关键词：长三角地区 NO_(2)柱浓度时间演变影响因素社会经济因素

实验增温对土壤微生物的影响：基于Meta分析

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土壤学报 2024年

作者：赵雯钰苗润程诚王琪中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室南京信息工程大学生态与应用气象学院

微生物群落在土壤的各种生态活动中占据重要地位，能通过改变土壤生态系统的结构和功能，调控土壤养分供给。目前土壤微生物群落对增温的响应规律与主要影响因素尚不明确。从已经发表的206篇国内外研究文献中收集了1 020组数据，通过整... 详细信息

微生物群落在土壤的各种生态活动中占据重要地位，能通过改变土壤生态系统的结构和功能，调控土壤养分供给。目前土壤微生物群落对增温的响应规律与主要影响因素尚不明确。从已经发表的206篇国内外研究文献中收集了1 020组数据，通过整合分析（Meta-analysis）法研究实验增温对土壤微生物群落（微生物生物量、群落多样性和土壤酶活性）的影响，讨论土壤微生物群落对不同增温幅度、增温年限、增温方式、种植方式及生态系统类型的差异响应，挖掘土壤微生物群落对增温处理的响应与环境因子（年平均降水量、年平均气温和平均海拔）之间的关系。结果表明：实验增温使土壤微生物群落多样性显著下降6.7%的同时使土壤抗氧化类酶、土壤碳（C）转化相关酶、氮（N）转化相关酶活性分别显著提高了7.5%、10.8%和19.7%。高增温幅度（≥4℃）更显著降低土壤微生物生物量，并增加土壤抗氧化酶和C转化酶活性；低增温幅度（≤2℃）对土壤微生物群落多样性、土壤N转化酶和磷（P）转化酶具有更显著影响。长期（>2 a）增温对土壤微生物生物量、群落多样性、抗氧化酶和C转化酶有显著影响，而N转化酶和P转化酶对中期（0.5～2 a）增温的响应更显著。不同生态系统土壤微生物对增温响应也存在差异。土壤P转化酶活性对增温的响应与平均气温、年降水量呈显著正相关关系，而土壤微生物群落多样性与平均气温、年降水量和平均海拔呈显著负相关关系。综上，实验增温显著降低土壤微生物群落多样性的同时提高了土壤酶活性，而增温幅度、增温年限和生态系统类型均会影响增温效应。

关键词：实验增温土壤微生物生物量微生物群落多样性土壤酶活性环境因子

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小型水体蒸发观测和估算的研究进展

生态学杂志 2024年

作者：徐敬争王怡赵若男肖薇谢成玉赵佳玉张弥曹畅刘寿东李旭辉生态环境部卫星环境应用中心河北省气象与生态环境重点实验室耶鲁大学环境学院南京信息工程大学中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室大气环境中心

小型水体(面积<1 km2)总面积占内陆水体面积的40.2%，其蒸发是内陆水循环中的重要过程。但是，小型水体因其个体面积较小，水循环研究通常会忽略其蒸发量，或者根据类似的大型水体的蒸发方程进行估计。事实上，小型水体蒸发的驱动过程... 详细信息

小型水体(面积重点分析两种方法面临的困难和挑战，并基于能量守恒原理，评述了不同时间尺度上蒸发的控制机制，着重阐述了平流-夹卷过程对蒸发的影响。涡度相关法观测小型水体蒸发的技术挑战主要包括源区信号污染问题和频谱校正问题，稳定同位素质量守恒法估算小型水体蒸发的难点在于如何准确量化自然条件下的稳定同位素动力学分馏系数。涡度相关法观测小型水体的蒸发为百米级的信号源区，而稳定同位素质量守恒法可以运用于整个水体蒸发观测，将二者进行有效结合，可以更加精确地观测小型水体蒸发，进而准确量化小型水体蒸发在区域和全球水循环中的贡献。

关键词：蒸发涡度相关法稳定同位素质量守恒法平流-夹卷过程

稻田土壤微生物残体积累对外源秸秆输入的响应研究进展

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土壤 2024年第1期56卷 10-18页

作者：卢孟雅丁雪丽中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室南京信息工程大学生态与应用气象学院南京210044

稻田土壤碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分。促进稻田生态系统碳的固定及稳定对减缓全球气候变化起着不容忽视的作用。微生物主导的有机碳转化过程是土壤碳循环研究的核心,微生物同化代谢介导的细胞残体迭代积累在土壤有... 详细信息

稻田土壤碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分。促进稻田生态系统碳的固定及稳定对减缓全球气候变化起着不容忽视的作用。微生物主导的有机碳转化过程是土壤碳循环研究的核心,微生物同化代谢介导的细胞残体迭代积累在土壤有机碳长期截获和稳定过程中发挥重要作用。与旱地土壤相比,关于稻田土壤中微生物残体积累动态对外源有机物质如作物秸秆输入的响应及主要影响因子的认识还相对有限,对微生物通过同化作用参与土壤固碳的过程和机制尚缺乏系统认识。基于此,本文介绍了微生物残体对土壤有机碳库形成和积累的重要性及评价指标,重点探讨了秸秆还田对稻田土壤微生物残体积累动态以及外源秸秆碳形成细胞残体转化过程的影响,分析了影响微生物残体积累转化的主要气候因素和土壤因素,最后提出了未来应借助先进的光谱和高分辨率成像技术并结合同位素示踪对微生物残体的稳定性与机理开展更为深入的研究。

关键词：秸秆还田稻田生态系统微生物残体土壤固碳影响因素

FACE条件下臭氧浓度升高对不同筋型小麦籽粒品质的影响

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农业环境科学学报 2024年第8期43卷 1687-1697页

作者：曹蓉徐彦森冯兆忠尚博马艳泽南京信息工程大学生态与应用气象学院中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室江苏省农业与生态气象重点实验室南京210044

为深入研究不同筋型小麦籽粒品质对地表臭氧(O_(3))浓度升高的响应,本研究依托于开放式O_(3)浓度增加系统(O_(3)-FACE),于2021年和2022年分别以13个(4个强筋品种、5个中筋品种、4个弱筋品种)和12个(4个强筋品种、6个中筋品种、2个弱筋品... 详细信息

为深入研究不同筋型小麦籽粒品质对地表臭氧(O_(3))浓度升高的响应,本研究依托于开放式O_(3)浓度增加系统(O_(3)-FACE),于2021年和2022年分别以13个(4个强筋品种、5个中筋品种、4个弱筋品种)和12个(4个强筋品种、6个中筋品种、2个弱筋品种)小麦(Triticum aestivum L.)品种为供试材料,设置环境O_(3)浓度(AA)和1.5倍环境O_(3)浓度(E-O_(3))处理,研究不同筋型小麦对O_(3)浓度升高的响应差异。结果表明:O_(3)浓度升高下2021年Ca元素含量显著升高24.8%,2022年直链淀粉含量显著降低8.1%。不同筋型小麦籽粒品质对O_(3)响应存在显著差异,强筋和中筋小麦2022年直链淀粉含量显著降低8.6%和7.6%,2021年Ca元素含量显著升高24.7%和27.2%,弱筋小麦2021年淀粉含量显著降低6.7%,两年蛋白质含量增幅较强筋和中筋小麦更大。根据不同筋型小麦籽粒品质标准,高浓度O_(3)将会有利于中筋和强筋小麦品质形成,而不利于弱筋小麦籽粒品质形成。高浓度O_(3)对所有供试小麦均有重要影响,其中宁麦13、扬麦33和扬麦22对O_(3)敏感。

关键词：地表臭氧小麦筋型蛋白质淀粉矿质元素