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項目名稱: 中國濕地生態系統溫室氣體(CH4和N2O)排放規律研究

推薦單位: 中國科學院

項目簡介: 本項目屬全球變化研究領域。針對國際上對我國稻田CH4排放造成的溫室效應的嚴重關注,為科學地評估我國水稻生產對全球變化的影響,為國家環境外交談判提供科學依據,系統地研究了我國人工濕地(稻田)和自然濕地生態系統CH4和N2O排放規律。

發現冬季土壤水分是控制我國稻田CH4排放量時間和空間變化的關鍵因素,從理論上明確了冬灌田是一類CH4排放量最高的稻田,闡明了過去對我國稻田CH4排放量作出過高估算的原因,對我國稻田CH4排放量作出了合理的估算。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2006年版《國家溫室氣體排放清單編制指南》據此作出了重大修改,IPCC第四次評估報告大量采納了本項目提出并經過驗證的稻田CH4減排措施。明確了稻田長期施用銨態氮肥而仍能保持氧化內源CH4能力的機理,國際學術界認為這是銨態氮與CH4排放關系研究中的最新進展。揭示了光合作用對自然濕地CH4排放量晝夜變化的驅動作用,發現溫度、靜水層深度和植物密度是分別在區域間、植被類型間和同一植被類型內控制CH4排放量空間變化的主導因素。對我國自然濕地CH4排放量的估算結果成為國際上評估我國自然濕地CH4排放量的重要依據。

證明稻田也是重要的N2O排放源,但排放系數小于旱地,改變了國際上稻田排放N2O可忽略不計的傳統觀點。明確水分和耕作制度是控制稻田N2O排放量的關鍵因素,闡明了N2O排放途徑和主要排放階段,估算出了我國稻田N2O排放總量,為IPCC建立稻田和旱地N2O排放量分別估算的編制指南作出了重要貢獻。在國際刊物上首次報道稻田CH4和N2O排放之間存在相互消長關系,促使國際上形成了必須綜合評估稻田生態系統溫室效應的共識。

本項目發表SCI收錄論文62篇,CSCD收錄論文70,被SCI收錄論文引用634次,其中他引444次;被CSCD收錄論文引用653次,其中他引544次。10篇代表性論文被SCI收錄論文他引162次。2人獲得國家杰出青年基金資助,培養的博士中2人獲全國百篇優秀博士學位論文獎。

主要發現點: 1、核心發現點:

1)發現冬季土壤水分是在全國尺度上控制我國稻田CH4排放量時間和空間變化的關鍵因素,隨著冬季土壤水分含量的增加,水稻生長季CH4排放量增大,從理論上闡明了冬季淹水稻田是CH4排放量最高的一類稻田(土壤化學,代表性論文1、8);

2)首次用田間測定數據證明稻田CH4和N2O排放存在相互消長關系,為形成評估稻田溫室效應必須綜合考慮CH4和N2O排放的共識提供了科學依據(土壤化學,代表性論文2、7);

3)證明稻田也是大氣N2O的重要排放源,但排放系數小于旱地,改變了國際上稻田基本不排放N2O的觀點;發現稻田N2O排放量與氮肥施用量無必然聯系,而與水分管理和耕作制度有密切關系(生物地球化學,代表性論文3、4);

4)揭示了我國自然濕地CH4排放的時間和空間分布規律,發現靜水層深度和生物密度分別是決定不同植被類型和同一植被類型內CH4排放量空間變化的關鍵因素,從而為建立我國濕地CH4排放量的科學評估方法提供了重要科學依據(土壤化學,代表性論文6、10)。

2、其他重要發現點:

1)發現銨態氮對稻田土壤氧化CH4具有抑制和促進雙重作用(生物地球化學,土壤生物學,其它重要論文1、2);

2)發現稻田淹水層控制稻田N2O排放途徑。在有水層時,N2O主要通過水稻植株排放;無水層時主要通過擴散排放(生物地球化學,代表性論文5);

3)發現濕地開墾為旱地后,容重增加,透氣性下降是導致氧化大氣CH4能力下降的主要因素,銨態氮肥的施用是次要因素,改變了銨態氮肥施用是導致農田氧化大氣CH4能力下降的主要因素的觀點(土壤化學,代表性論文9)。

主要完成人: 蔡祖聰

主持全面研究工作,提出項目總體設計。核心發現點1、2和主要發現點1的直接貢獻者,代表性論文1、2、7、8的第一和責任作者。工作量占80%以上。

邢光熹

主持稻田生態系統N2O排放研究,是稻田生態系統是重要的N2O排放源,但排放系數小于旱地(核心發現點3)的直接貢獻者,代表性論文3的第一作者。工作量占60%以上。

徐華

負責田間觀察研究和CH4、N2O測定,核心發現點1和2主要貢獻者,代表性論文4的第一和責任作者,完成冬季土壤水分影響水稻生長期CH4排放的盆栽和培養試驗;發現水分管理對稻田N2O排放的決定性影響;提出旱季秸稈還田減少CH4排放量的技術措施。工作量占100%。

顏曉元

核心發現點2、3的主要貢獻者,主要發現點2的直接貢獻者,代表性論文5的第一和責任作者。闡明水稻土CH4氧化的主要影響因素,并建立模型;闡明稻田N2O排放的主要途徑,發現水稻植株作為N2O排放通道的作用取決于稻田有無淹水層;估算稻田CH4排放量。工作量占80%以上。

丁維新

核心發現點4和主要發現點3的直接貢獻者,代表性論文6、9、10的第一作者和責任人。發現自然濕地CH4排放規律,明確不同尺度下控制CH4排放的關鍵因素不同;揭示自然濕地CH4排放晝夜變化和季節變化規律及其主要驅動因素;闡明自然濕地開墾后土壤氧化大氣CH4能力下降的原因;估算全國自然濕地CH4排放量。工作量為100%

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