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气候变化与农业减排固碳创新团队在国际顶级期刊Environmental Science & Technology上发表论文

文章来源 :氣候變化研究室 作者:秦曉波 發布時間: 2019-11-12

▲EF5r動態:高密度長期監測表明單一數值的EF5r無法滿足河流氧化亞氮間接排放的科學評估

       我所气候变化与农业减排固碳创新团队秦曉波副研究员在河流氧化亚氮间接排放领域的研究成果以“Assessment of Indirect N2O Emission Factors from Agricultural River Networks Based on Long-Term Study at High Temporal Resolution”为题在Environmental Science & Technology(5年影响因子7.25)上发表。该研究利用实测区域估算法和IPCC默认方法对典型农业流域水系氧化亚氮间接排放系数(EF5r)进行了基于高时间分辨率(每周一次)的长期监测,科学评估了EF5r的时间和空间变异,重新估算了中国及世界河流氧化亚氮间接排放,构建了河流氧化亚氮间接排放评估体系,为IPCC进一步修正EF5r和国家温室气体清单的编制提供了有力科学支撑。

▲EF5r的沖淡效應:從2級河段到4級河段氧化亞氮溶存濃度和EF5r均與河流級別呈顯著非線性負相關關系

       区域种植业和养殖业的快速发展导致大量氮素向河流系统输入,由此引发的河流温室气体间接排放已成为气候变化研究领域的重要关切。河流氧化亚氮间接排放系数(EF5r)由于其监测难度高和研究不确定性较大,一直是全球氧化亚氮估算中较薄弱的一环,IPCC近年来也持续致力于EF5r的修正和完善,但由于高精度实测数据的缺失,该项工作进展缓慢,也限制了国家温室气体清单的编制。在景观尺度上,不同土地类型单元(山地、林地、居民地和农田)均会对氮素的横向(地表)和纵向(淋溶)迁移造成影响,导致河流氮素输入(硝态氮)的时空动态变化,EF5r的的时空变异反映了这一动态过程。在整个流域尺度,河流对于氧化亚氮间接排放的冲淡效应(Degassing)并不明显,原因在于其氮素输入分布的空间异质性,而对于分布相对均质的2~4级河段,氧化亚氮溶存浓度和EF5r都表现出了冲淡效应。硝化和反硝化过程是氧化亚氮产生的主导过程,在河流环境中,这两个过程均受到溶解氧(DO)和温度(T)的直接影响,决策回归树(Decision tree analysis)和因子重要性分析(Importance analysis)定量揭示了溶解氧和温度对河流氧化亚氮浓度及EF5r的控制效应。IPCC默认方法(方法2)对EF5r的评估结果小于实测区域估算法(方法1),两种估算方法也都有其各自的不确定性区间。利用本研究的结果,重新估算了中国及世界河流氧化亚氮间接排放量,其值分别为:0.0041 Tg N a-1和0.07 Tg N a-1。在景观尺度上,河流氧化亚氮溶存浓度及EF5r的时空变异,反应了区域内氮素的分布,也反应了相关地球化学过程的迁移。总体看,从河流发源地,到流域出口,河流氧化亚氮溶存浓度及EF5r有变小的趋势,而由于人类活动的影响,溶解氧的变异与以上二者具有相反的趋势;对于氧化亚氮的产生过程,在景观尺度上,从河流发源地的反硝化主导逐渐过渡到DNRA(硝酸盐异化还原成铵)的主导过程。

▲決策回歸樹和因子重要性分析定量揭示了DO和T對于河流氧化亞氮溶存濃度及EF5r的控制效應

       Environmental Science & Technology (ES&T)(JCR分区系统环境科学一区期刊)是美国化学协会(ACS)旗下的期刊。ACS是全球最大的化学协会, 旗下的期刊在相关领域里声誉颇好。在环境领域,ES&T在环境工程方面, 总引用数和影响因子都是第一;在环境科学方面,总引用数是第一,影响因子排第四。综合来说, ES&T是环境领域最好的期刊。

▲景觀尺度EF5r及相關地球化學過程的變異

原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b03896

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