甲烷排放对全球气候变化的影响

1、全球变化全球变化 (Global Change) 全球环境变化全球环境变化 大气温室气体浓度增加大气温室气体浓度增加 臭氧层破坏臭氧层破坏 有毒有害化学物质污染有毒有害化学物质污染 海洋污染海洋污染 生物多样性损失生物多样性损失 生态环境恶化生态环境恶化 全球气候变化全球气候变化 全球变暖全球变暖 降水量增加降水量增加 暴雨事件增加暴雨事件增加 云量增加云量增加 低温事件减少低温事件减少 厄尔尼诺事件增加厄尔尼诺事件增加 干旱和过湿地区增加干旱和过湿地区增加 干旱事件增加干旱事件增加 人类活动引起的全球尺度上的变化 温室气体温室气体 H2O、 CO2、 CH4、 N2O、O3、氯氟烷烃类、氯氟

2、烷烃类 温室效应气体，简称温室气体，是指大气中温室效应气体，简称温室气体，是指大气中 存在的能吸收红外辐射并对大气有加热效果存在的能吸收红外辐射并对大气有加热效果 的所有气体的总称，它们是：的所有气体的总称，它们是： 作为全球气候变暖原因的温室气体，主要指作为全球气候变暖原因的温室气体，主要指 人类活动所增加的气体成分：人类活动所增加的气体成分：CO2、 CH4、 N2O、对流层、对流层O3、氯氟烷烃类。这也是人类、氯氟烷烃类。这也是人类 能够主动控制的部分。能够主动控制的部分。 1984年以来大气CH4浓度变化 1984年以来大气CH4浓度年变化率 土壤甲烷排放土壤甲烷排放 大气大气CHCH

3、4 4的源和汇的源和汇 土壤土壤CHCH4 4的基本过程的基本过程 生成生成 氧化氧化 传输传输 影响土壤影响土壤CHCH4 4排放的主要因素排放的主要因素 土壤土壤CHCH4 4排放的测定方法排放的测定方法 大气大气CHCH4 4源和汇（源和汇（TgCHTgCH4 4/ /年）年） 来源来源 年代年代 Fung et Fung et alal (1991)(1991) 1980s1980s Hein et Hein et alal (1997)(1997) LelievelLelievel d et al d et al (1998)(1998) 19921992 HouwelinHouwe

4、lin g et al g et al (1999)(1999) Mosier Mosier et al et al (1998)(1998) 19941994 Olivier Olivier et al et al (1999)(1999) 19901990 Cao et Cao et alal (1998)(1998) SARSAR 1980s1980s TARTAR 1990s1990s 自然源自然源 湿地湿地115115237237225B225B1451459292 蚁穴蚁穴2020- -20202020 海洋海洋1010- -15151515 HydratesHydrates5 5

5、- -1010- - 人为源人为源 能源能源757597971101108989109109 垃圾填埋垃圾填埋40403535404073733636 反刍动物反刍动物808090A90A1151159393808093A93A 废物处理废物处理- -A A2525- -1414A A 水稻生产水稻生产1001008888B B- -25-5425-5460605353 生物燃烧生物燃烧555540404040404034342323 其它其它- - - -20201515 总源总源500500587587600600597597598598 注：注：A A，反刍动物与废物处理之和；，反刍动物

6、与废物处理之和；B B，湿地与水稻生产之和，湿地与水稻生产之和 废弃的热带蚁穴，高4米 Year CH4 emission (Tg/yr) Estimated CH4 emissions from rice fields in the world IPCC, 1992 Global source: 598 Tg/yr (IPCC, TAR) 1963 我国稻田CH4排放量估算 文献估算方法CH4排放量 (Tg CH4/yr) Khalil et al. (1991)Extrapolated with measured flux of 50 mg CH4 m-1 h-130 Bachelet a

7、nd Neue (1993) 5% of net primary productivity (NPP) 30% of C inputs adjusted for soil 30% of C input 0.5 g CH4 m-2 day-1 13.46 14.71 21.32 21.6 Wassmann et al. (1993)Extrapolated with measured fluxes18-28 Wang et al. (1994)Regional Emission factors 152 Bachelet et al. (1995) 5% of net primary produc

8、tivity (NPP) Regression equation using C, N input and temperature 30% of C input 6.79 10.47 16.0 Kern et al. (1995) Regression equation using C, N input and temperature 9.97 我国稻田CH4排放量估算 文献估算方法CH4排放量 (Tg CH4/yr) Cao et al. (1995)Process-based methane emission model16.2 Yao et al. (1996)Regional emis

9、sion factors15.3 Kern et al. (1997)Regression equation using C, N and C/N ratio9.93.0 Cai (1997)Classifying rice fields based on water regime and organic C input 8.053.68 Huang et al. (1998)Empirical model7.19-13.62 Sass et al. (1999)From reviewing reported estimates9.7-16.2 Matthews et al. (2000)Pr

10、ocess-based Methane Emissions from Rice EcoSystems (MERES) model 3.73 Li et al. (2002a)Process-based model considering climate, water management, organic input, etc 9.67-12.66 Yan et al. (2003) Region-specific CH4 emission factors7.67 Estimated CH4 emissions from rice fields in China Year CH4 emissi

11、on (Tg/yr) Hangzhou Sichuan 土壤土壤CH4的基本过程的基本过程-CH4生成生成 CH4生成的条件生成的条件 强烈的还原条件（强烈的还原条件（Eh-150mV)-淹水和渍水土壤淹水和渍水土壤 产甲烷菌的存在产甲烷菌的存在 产甲烷前体的存在：产甲烷前体的存在：CO2、甲醇、甲胺、乙酸等、甲醇、甲胺、乙酸等 适宜的温度适宜的温度 土壤土壤CH4氧化氧化 土壤CH4氧化是一个微生物过程，只有在 甲烷氧化菌的参与下才能进行。根据CH4 来源和浓度不同可以区分成： 内源CH4氧化 大气CH4氧化 土壤内源土壤内源CH4氧化氧化 CH4生成于体系（垃圾填埋场）或土壤内部（厌气 区

12、域），CH4浓度高，但浓度变化大（如稻田） CH4氧化发生的区域：界面（水土、气土、根土） 和其它好气区域 参与内源CH4氧化的甲烷氧化菌为一类对甲烷亲和 力低，但氧化速率大的细菌 在稻田土壤中，CH4氧化占生成量的50-90%，随水 稻生长期而有很大的不同 不同生态系统类型对不同生态系统类型对CH4的吸收或排的吸收或排 放放（mg/m2/h) 吸收大气CH4的系统排放CH4的系统 生态类型CH4吸收生态类型CH4吸收生态类型CH4吸收 山地草甸1.2温带森林0.12-3.84稻田1-60 沼泽干季0.7-50寒温带森 林 0.2-3.5沼泽0-7.1 草地0.14-1.46红松林1.88-4

13、.08泥碳地0.03-8.33 热带森林0.14-0.58旱耕农地0.08间歇淹水 旱地 0-0.9 亚热带森林1.25苔原0.6-1.2淡水域0-4.17 我国好气土壤对大气CH4的吸收 利用类型 CH4 吸收速率 (kg CH4 ha-1 y-1) 年吸收量 (Gg CH4 y-1) 最小值最大值平均值 草地1.866.743.391.54 (10)a)1624737 森林2.537.804.941.56 (21)603190 农田1.56b)223 全部2450 a) the number of field measurements collected from literature b

14、) cited from Qi et al., 2002 土壤土壤CH4传输传输 土壤CH4传输的主要途径 植株 气泡 扩散 在稻田中，平均约80%的CH4通过水稻植 株传输 稻田中稻田中CH4的生成、氧化和传输过程的生成、氧化和传输过程 Eur. J. Soil Biol. 37(2001): 25-50 土壤土壤CH4排放（吸收）的特点排放（吸收）的特点 时间变化大时间变化大 日变化日变化 季节变化季节变化 年际变化年际变化 空间变化大空间变化大 影响土壤影响土壤CH4排放（吸收）的排放（吸收）的 主要因素主要因素 生物气候因素 土壤因素 人为因素 生物气候因素生物气候因素- -温度温度

15、CH4生成的最佳温度：30-35C CH4氧化的最佳温度：30-35C CH4生成对温度的敏感性大于CH4氧化。 CH4生成的Q10约为4.6。在温度低于1C 仍能观察到CH4氧化 最佳温度与生态系统的环境温度有关， 寒冷地区的土壤最佳温度低于暖热地区 的最佳温度 土壤因素土壤因素 土壤类型 Eh 有机质含量和性质 pH 质地 Fe、Mn、NO3-、SO42-等氧化物含量 人为因素人为因素 土壤利用 水田 旱地 稻田水分管理 施肥 农药等 水稻品种 水分和有机肥施用对我国稻田CH4 排放量的影响(mg CH4/m2/h) 施肥施肥水分类型水分类型 间歇灌溉间歇灌溉连续灌溉连续灌溉常年淹水常年淹

16、水平均平均 化肥化肥2.688.0317.034.66 堆肥堆肥15t13.8115.5666.9625.85 平均平均9.6711.5652.75 Kang and Cai. NCA, 2002 我国稻田CH4排放量的空间变化 及其关键控制因素 0 20 40 60 80 100 封丘 南京 长沙 鹰潭 CH CH4 emission, g/m2 苏州 广州 句容 203040506070 冬季土壤水分，% WFPS Y=0.2846e0.0861x R2=0.885 IPCCIPCC划分的水稻水分类型划分的水稻水分类型 灌溉稻田灌溉稻田（进一步划分非水稻生长期淹水时间）（进一步划分非水稻生

17、长期淹水时间） 连续灌溉连续灌溉 间歇灌溉间歇灌溉- -一次排水一次排水 间歇灌溉间歇灌溉- -多次排水多次排水 雨养稻田雨养稻田 淹水为主淹水为主 干燥为主干燥为主 深水稻田深水稻田 水深水深50-100cm50-100cm 水深水深100cm100cm IPCC排放清单指南对稻田CH4部分的历次修改情况 2006 GL2006 GL GPG2000GPG2000 1996 GL1996 GL SF for preSF for pre- - season season water water regimeregime SF for soil SF for soil typestypes SF

18、 for SF for organic organic amendmeamendme nts nts SF for SF for water water regimeregime IPCC ReportIPCC Report 2006 GL2006 GL GPG2000GPG2000 1996 GL1996 GL SF for preSF for pre- - season season water water regimeregime SF for soil SF for soil typestypes SF for SF for organic organic amendmeamendme nts nts SF for SF for water water regimeregime IPCC ReportIPCC Report 引自引自Leandro Buendia, Technical Support Unit, IPCC-NGGIP 水稻种植前土壤水分的缺省系数 引自2006IPCC国家温