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项目名称: 中国湿地生态系统温室气体(CH4和N2O)排放规律研究

推荐单位: 中国科学院

项目简介: 本项目属全球变化研究领域。针对国际上对我国稻田CH4排放造成的温室效应的严重关注,为科学地评估我国水稻生产对全球变化的影响,为国家环境外交谈判提供科学依据,系统地研究了我国人工湿地(稻田)和自然湿地生态系统CH4和N2O排放规律。

发现冬季土壤水分是控制我国稻田CH4排放量时间和空间变化的关键因素,从理论上明确了冬灌田是一类CH4排放量最高的稻田,阐明了过去对我国稻田CH4排放量作出过高估算的原因,对我国稻田CH4排放量作出了合理的估算。政府间气候变化专门委员会(IPCC)2006年版《国家温室气体排放清单编制指南》据此作出了重大修改,IPCC第四次评估报告大量采纳了本项目提出并经过验证的稻田CH4减排措施。明确了稻田长期施用铵态氮肥而仍能保持氧化内源CH4能力的机理,国际学术界认为这是铵态氮与CH4排放关系研究中的最新进展。揭示了光合作用对自然湿地CH4排放量昼夜变化的驱动作用,发现温度、静水层深度和植物密度是分别在区域间、植被类型间和同一植被类型内控制CH4排放量空间变化的主导因素。对我国自然湿地CH4排放量的估算结果成为国际上评估我国自然湿地CH4排放量的重要依据。

证明稻田也是重要的N2O排放源,但排放系数小于旱地,改变了国际上稻田排放N2O可忽略不计的传统观点。明确水分和耕作制度是控制稻田N2O排放量的关键因素,阐明了N2O排放途径和主要排放阶段,估算出了我国稻田N2O排放总量,为IPCC建立稻田和旱地N2O排放量分别估算的编制指南作出了重要贡献。在国际刊物上首次报道稻田CH4和N2O排放之间存在相互消长关系,促使国际上形成了必须综合评估稻田生态系统温室效应的共识。

本项目发表SCI收录论文62篇,CSCD收录论文70,被SCI收录论文引用634次,其中他引444次;被CSCD收录论文引用653次,其中他引544次。10篇代表性论文被SCI收录论文他引162次。2人获得国家杰出青年基金资助,培养的博士中2人获全国百篇优秀博士学位论文奖。

主要发现点: 1、核心发现点:

1)发现冬季土壤水分是在全国尺度上控制我国稻田CH4排放量时间和空间变化的关键因素,随着冬季土壤水分含量的增加,水稻生长季CH4排放量增大,从理论上阐明了冬季淹水稻田是CH4排放量最高的一类稻田(土壤化学,代表性论文1、8);

2)首次用田间测定数据证明稻田CH4和N2O排放存在相互消长关系,为形成评估稻田温室效应必须综合考虑CH4和N2O排放的共识提供了科学依据(土壤化学,代表性论文2、7);

3)证明稻田也是大气N2O的重要排放源,但排放系数小于旱地,改变了国际上稻田基本不排放N2O的观点;发现稻田N2O排放量与氮肥施用量无必然联系,而与水分管理和耕作制度有密切关系(生物地球化学,代表性论文3、4);

4)揭示了我国自然湿地CH4排放的时间和空间分布规律,发现静水层深度和生物密度分别是决定不同植被类型和同一植被类型内CH4排放量空间变化的关键因素,从而为建立我国湿地CH4排放量的科学评估方法提供了重要科学依据(土壤化学,代表性论文6、10)。

2、其他重要发现点:

1)发现铵态氮对稻田土壤氧化CH4具有抑制和促进双重作用(生物地球化学,土壤生物学,其它重要论文1、2);

2)发现稻田淹水层控制稻田N2O排放途径。在有水层时,N2O主要通过水稻植株排放;无水层时主要通过扩散排放(生物地球化学,代表性论文5);

3)发现湿地开垦为旱地后,容重增加,透气性下降是导致氧化大气CH4能力下降的主要因素,铵态氮肥的施用是次要因素,改变了铵态氮肥施用是导致农田氧化大气CH4能力下降的主要因素的观点(土壤化学,代表性论文9)。

主要完成人: 蔡祖聪

主持全面研究工作,提出项目总体设计。核心发现点1、2和主要发现点1的直接贡献者,代表性论文1、2、7、8的第一和责任作者。工作量占80%以上。

邢光熹

主持稻田生态系统N2O排放研究,是稻田生态系统是重要的N2O排放源,但排放系数小于旱地(核心发现点3)的直接贡献者,代表性论文3的第一作者。工作量占60%以上。

徐华

负责田间观察研究和CH4、N2O测定,核心发现点1和2主要贡献者,代表性论文4的第一和责任作者,完成冬季土壤水分影响水稻生长期CH4排放的盆栽和培养试验;发现水分管理对稻田N2O排放的决定性影响;提出旱季秸秆还田减少CH4排放量的技术措施。工作量占100%。

颜晓元

核心发现点2、3的主要贡献者,主要发现点2的直接贡献者,代表性论文5的第一和责任作者。阐明水稻土CH4氧化的主要影响因素,并建立模型;阐明稻田N2O排放的主要途径,发现水稻植株作为N2O排放通道的作用取决于稻田有无淹水层;估算稻田CH4排放量。工作量占80%以上。

丁维新

核心发现点4和主要发现点3的直接贡献者,代表性论文6、9、10的第一作者和责任人。发现自然湿地CH4排放规律,明确不同尺度下控制CH4排放的关键因素不同;揭示自然湿地CH4排放昼夜变化和季节变化规律及其主要驱动因素;阐明自然湿地开垦后土壤氧化大气CH4能力下降的原因;估算全国自然湿地CH4排放量。工作量为100%

文章录入:曹宁    责任编辑:王坤 
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