基于WSN的土壤碳通量测量系统_徐林

合集下载

气候变化背景下中国陆地生态系统碳储量及碳通量研究进展

气候变化背景下中国陆地生态系统碳储量及碳通量研究进展

全球 气候 变化 问题 已成 为各 国政 府 、社 会公 众
纪温暖期 的水平( 9 5 0 - -1 3 0 0 A D ) [ 6 - 7 ] o 中国近 1 0 0 年 来年平均气温明显增加 , 达到 0 . 5 ~ 0 . 8。 【 = , 比同期 全球增温平均值略高 ] 。综合各种气候预测模式 , 未来 1 0 0年全球气温将升高 1 - 4 — 5 . 8 c c, 全球特别 是北 半 球 中高 纬度 地 区 的降水 量将 增 加[ 1 0 - 1 1 ] 。 R e z z a [ 】 指出气候 的任何变化都会影响到 自然生态
系统 、社 会经 济 。 全 球 气候 变 化 作 为全 球 变化 的核 心 问题 , 目前 已成 为 国际 环境 领 域 的一个 热点 和焦 点 。 而 生态 系
以及科学界共同关心的重大问题 。它对全球生态系 统 的结构 、功能和过程产生 了重要影响Ⅲ ,同时对 世界各国的社会 、经济 、政治外交等产生了重大影 响。I P C C第 4 次评估报告显示 : 2 0 世纪全球气温 平均上升 0 . 6 o C; 北半球中、高纬度地 区降水量增 加5 % ~1 0 %, 热带、 亚热带地区降水量却减少 3 %; 全球极端气候事件的频率和强度不断增加。 I P C C预 测 :如果不控制温室气体的排放 ,到 2 1世纪末 , 全球 平 均 气温 在 1 9 9 9 年 的基 线 上将 再上 升 1 . 1 — 6 . 4 ℃ 。虽然 有各 种 争论 ,但越 来 越多 的科 学 事实 证明近百年的气候变暖是显著的 , 气候代用资料表 明, 2 0 世纪的变暖在全球和 中国都可能是近千年中 最显著的p , 其增暖趋势和增温程度可能高于中世
中图分 类号 :X1 7 1 文献标志码 :A 文章编号 :1 6 7 4 . 5 9 0 6( 2 0 1 3)0 5 . 0 8 7 3 . 0 6

生物炭调控土壤微生物的文献计量分析

生物炭调控土壤微生物的文献计量分析

生物炭调控土壤微生物的文献计量分析刘腾腾;吴超玉;薛琳;单芳;彭正萍;付鑫;王洋【期刊名称】《林业与生态科学》【年(卷),期】2023(38)1【摘要】为系统梳理生物炭对土壤微生物活动、群落等方面影响的研究进展和未来发展趋势,以2007-2020年Web of Science核心合集数据库中针对生物炭调控土壤微生物的文献为样本,采用文献计量学软件CiteSpace对文献的年发文量、研究力量和研究热点进行了可视化分析。

从论文数量和质量来看,近年来以生物炭为主题对土壤微生物研究的发文数量呈现急剧增长趋势,发文数量最多的国家是中国和美国。

文献排名TOP 10的科研机构有中国科学院、浙江大学和康奈尔大学等,作者分析显示科研团队之间存在深入的学术交流。

基于关键词聚类分析和突现词分析,研究主题热点集中在不同材质、温度等条件制备的生物炭对土壤微生物群落结构、细菌和古菌的影响。

该领域未来应更加注重生物炭改变土壤微生物的内在机理研究,提高生物炭和土壤微生物的联合作用关注度。

【总页数】10页(P88-97)【作者】刘腾腾;吴超玉;薛琳;单芳;彭正萍;付鑫;王洋【作者单位】河北农业大学资源与环境科学学院;河北省生态环境监测中心;河北农业大学国土资源学院【正文语种】中文【中图分类】S154.3【相关文献】1.基于文献计量学的氮沉降对土壤微生物影响的可视化分析2.基于文献计量学的高海拔地区土壤微生物研究的可视化分析3.基于Web of Science土壤微生物多样性领域文献计量分析4.生物炭对青枯病烟株的根际土壤微生物群落结构调控机制分析5.基于文献计量分析的国内外根际土壤微生物研究进展因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

国内应用LI_8100开路式土壤碳通量测量系统测量土壤呼吸研究进展

国内应用LI_8100开路式土壤碳通量测量系统测量土壤呼吸研究进展

第31卷 第3期2010年7月内蒙古农业大学学报Journa l o f Inne r M ongo li a A gr icultural U niversityV o.l31 N o.3J u.l2010国内应用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统测量土壤呼吸研究进展*耿绍波, 饶良懿*, 鲁绍伟, 杨晓菲, 高 东(北京林业大学水土保持学院,水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室,北京 100083)摘要: 土壤呼吸在全球碳收支中占据重要地位。

L I-8100开路式土壤碳通量测量系统以其精确、快速等优点成为当前土壤碳通量研究的首选仪器之一。

本文总结了近些年我国利用该仪器进行土壤碳通量的研究工作,重点阐述了土壤呼吸的日变化、月变化规律,分析了温度、湿度以及土地利用方式等影响土壤呼吸的因素,最后指出了目前利用该仪器进行土壤碳通量研究中存在的主要问题及今后的应用和发展方向。

关键词: 土壤呼吸; L I-8100开路式碳通量测量系统; 应用进展中图分类号: S15 文献标识码: A 文章编号:1009-3575(2010)03-0309-08ADVANCES I N THE APPLI C AT I O N OF LI-8100AUTOMATED SO I L CO2FLUX SYSTE M I NTHE RESEARCH OF SO I L RESPI R AT I O N I N CH I N A GENG Shao-bo, RAO L iang-y i*, LU Shao-w e,i YANG X iao-fe,i GAO Dong(Colle ge of Soil and W ater Conservation,B eijing Forestry Univers it y,K ey Laboratory of So il and W aterC onserva tionD eserti f ication Co m bating of M inistry of Education,100083,P.R.China)Abstrac:t So il resp ira ti on p l ays an i m portant ro le i n the g loba l carbon budget.W it h the advan tages of accu racy and rap i dity,the L I -8100Au t om ated So il CO2F l ux Syste m has becam e the first cho ice i n t he study o f t he so il carbon flux.T his pape r su mm ar izes the stud ies of the so il carbon flux in Ch i na dur i ng the past few decades,especiall y expounds dail y and m on t h l y variati on regu larity o f so il resp ira ti on,and ana l yses the var i ous f ac t o rs affec ti ng t he so il respirati on,such as te m perature,m o isture,l and use and so on.F ina lly, the ex isti ng prob l em s and future dev elopment d i recti on of the app licati on of this system w as po i nted out.Key words: So il respirati on; lI-8100A utoma ted So il CO2F lux System; app licati on advances引言土壤呼吸是指土壤释放CO2的过程,主要是由生物氧化有机物和根系呼吸产生。

LI_8100开路式土壤碳通量测量系统及其应用

LI_8100开路式土壤碳通量测量系统及其应用

L I 28100开路式土壤碳通量测量系统及其应用赵广东1 王 兵1 杨 晶2 张志坚2(1中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,北京100091;2基因有限公司农业环境科学部,北京100035)国家林业局森林生态环境重点实验室基金项目资助作者简介:赵广东,男,1974年生,博士,助理研究员,主要从事生态系统观测与植物生理生态学研究,Email :zhaogd @ 收稿日期:2005年2月28日;定稿日期:2005年4月15日摘要 在介绍土壤呼吸测量方法的基础上,介绍了最新L I 28100开路式土壤碳通量测量系统的组成、主要特点、测量原理、典型的测量过程、数据输出等。

实验结果表明:L I 28100开路式土壤碳通量测量系统,具有测量精确、自动化程度高、可进行长期的野外测量和可重复的短期测量、测量室内部的扰乱最小化、在周围CO 2浓度或接近周围CO 2浓度下进行测量等特点,在全球碳循环的研究中必将具有广泛的应用前景。

关键词 L I 28100 开路 土壤碳通量 测量系统引言土壤呼吸是指土壤释放CO 2的过程,主要是由生物氧化有机物和根系呼吸产生,另有极少部分是由土壤动物和化学氧化释放。

地面碳积累是陆地生态系统结构和功能综合作用的产物,全球陆地土壤的碳库量约为1300~2000Pg (C ),是全球陆地植被碳库500~600Pg (C )的2~3倍和大气碳库750Pg (C )的2倍多[1],因此在全球碳素收支平衡中具有极为重要的地位。

通过土壤呼吸作用向大气释放CO 2的过程是导致全球气候变化的关键性生态学过程,已经成为全球碳循环研究中备受关注的核心问题[2],而且土壤呼吸是目前国内外已经建立的森林长期监测CO 2通量网站的重要研究对象[3]。

美国L I 2COR 公司的6400209土壤呼吸室在土壤碳循环研究中被广泛应用[4~10],已经成为研究土壤碳通量的首选仪器之一。

2004年5月,在6400209土壤呼吸室的基础上,美国L I 2COR 公司研发成功了最新L I 28100开路式土壤碳通量测量系统(以下简称L I 28100)。

成熟森林生态系统土壤有机碳积累:实现碳中和目标的一条重要途径

成熟森林生态系统土壤有机碳积累:实现碳中和目标的一条重要途径

成熟森林生态系统土壤有机碳积累:实现碳中和目标的一条重要途径周国逸;陈文静;李琳【期刊名称】《大气科学学报》【年(卷),期】2022(45)3【摘要】为了应对全球气候变化带来的挑战,2020年9月中国提出努力争取在2060年前实现碳中和。

对此,生态系统固碳被寄予厚望;然而,生态学理论认为,成熟生态系统的碳输入输出趋于平衡,没有碳的净积累,也就没有碳汇功能,而未成熟的生态系统虽有碳的净积累并具有碳汇功能,但自然界任何未成熟生态系统从它建立的时候开始都在不断地向成熟生态系统演替,即任一生态系统演替的最终结果必然是碳输入输出达到平衡状态。

由于森林生态系统碳库是陆地生态系统中最大的碳库,所以人们对其在碳中和上的贡献充满期待。

本文以森林生态系统为例,分别考虑森林生态系统碳库的生物量碳库和土壤有机碳库,并基于全球最新研究成果,论证了森林生态系统土壤碳库积累过程具有长久的固碳功能,且不违背成熟生态系统碳输入输出趋于平衡的生态学理论,它能为实现碳中和目标做出贡献。

【总页数】12页(P345-356)【作者】周国逸;陈文静;李琳【作者单位】南京信息工程大学生态研究院【正文语种】中文【中图分类】G63【相关文献】1.坚持科技创新和体制机制创新双轮驱动助力实现碳达峰目标和碳中和愿景——九三学社在实现碳达峰目标和碳中和愿景领域开展的相关工作2.完整准确全面贯彻新发展理念扎实建筑材料行业碳达峰目标的提前实现——学习领会中共中央、国务院《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》的贯彻措施3.坚持走生态优先、绿色低碳发展道路有条件如期实现碳达峰碳中和目标4.施耐德电气西安工厂获“碳中和”认证,提前实现碳中和目标5.助力碳达峰碳中和目标实现首个国家碳计量中心获批筹建因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

3.b 关于中国土壤碳库及固碳潜力研究的若干问题

3.b 关于中国土壤碳库及固碳潜力研究的若干问题

英文版见 : Zheng J F, Cheng K, Pan G X, et al. Perspectives on studies on soil carbon stocks and the carbon sequestration potential of China. Chinese Sci Bull, 2011, 56, doi: 10.1007/s11434-011-4693-7
当前 , 随着联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第四次评估报告正式提交 , 以全球变暖为主 要表现的全球气候急剧变化及其与不断增加的大气 温室气体的关系已经被接受为无可争议的事实 , 切 实减少温室气体排放、 增加碳汇成为缓解气候变化的 首要任务 (UNFCC, Fact Sheet The Need for mitigation. http://unfccc.int/press/items/2794 php.2008) . 世界土 壤 (在 1 m 深度内 )有机碳库储量约达 1500 Pg, 另含 有超过 1000 Pg 的无机碳库 , 在全球陆地碳循环与 气候变化中具有关键影响 . 我国陆地面积广大 , 生态系统类型丰富 , 其中森 林面积约为 1.42×10 km (含表土有机碳 5.9 Pg), 草 地 3.31×10 km2(含表土有机碳 1.15 Pg)[3], 农田 1.30×
[8,9] [6] [5]
分别采用我国
第一次土壤普查资料和第二次全国土壤普查资料, 并根据 1:400 万中国土壤图的土壤面积估算得到中 国土壤总有机碳库分别为 100 和 92 Pg. Wu 等人
[10]
采用第二次全国土壤普查资料 , 根据其建立的土壤 有机碳与容重的关系改进了碳密度估算方法 , 统计 方 法估 算得出 我国 总有机 碳库 约为 70.3 Pg. 稍后 , Yang 等人 [11]鉴于第二次土壤普查中西北地区调查样 点普遍缺乏 , 增加了对西北特别是青藏高原区的补 充路线调查数据 (增加 810 个剖面 ), 并基于新建立的 数据库中有机碳 -容重关系和有机碳密度的土壤剖面 深度变化关系 , 估算了全国土壤有机碳库为 69.1 Pg. 几乎同时 , Li 等人

米槠人促更新林皆伐火烧后初期土壤CO2通量动态

米槠人促更新林皆伐火烧后初期土壤CO2通量动态

林业科学研究 2016,29(1):5360ForestResearch 文章编号:1001 1498(2016)01 0053 08米槠人促更新林皆伐火烧后初期通量动态土壤CO2徐凯健,林伟盛 ,杨智杰,任 婕,刘小飞,熊德成,谢锦升,杨玉盛(福建师范大学地理科学学院,湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地,福建福州 350007)concentrationindifferentsoillayersdecreasedsignifi regressionmodels.Theresultsareasfollows:(1)TheCO2林 业 科 学 研 究第29卷cantlyafterclear cuttingandprescribedburning,andtheclosertothesurface,thelargerthedecline.From0to80cmsoildepth,themeandailyCO2concentrationinthecontrolled(CK)plotwas1.9timesinresidueburnt(RB)plotand1.3timesinresidueretention(RR)plot.AndbothinRBandRRplot,differentdepthofsoilCO2con centrationdecreasedobviously.(2)ThedailydynamicchangesofCO2fluxinsoilprofileshowedamono peaktrend,withitsmaximumvaluemainlyfrom12:30amto15:30pmaswellastheminimumfrom6:30pmto9:30pm,themeandailysoilrespirationinRBplot(1.99μmol·m2·s-1)wassignificantlyhigherthanthatinRRplot(0.99μmol·m2·s-1)andCKplot(0.96μmol·m2·s-1),thewholesoilCO2fluxinallthetestplotsde creasedwiththeincreasingofsoildepth.ThedailyaverageCO2fluxinsoilprofileofRBplotwassignificantlyhigherthantheothers,exceptforthesoildepthfrom20to40cm.AndtherewasnosignificantdifferenceondailyCO2fluxinsoilprofilesofRRandCKplot.(3)Inaddition,thediurnalrangeofsoilCO2fluxinRBplot(147%)washigherthanthatintheRR(99%)andtheCKplot(66%),andtherearesomesignificantdifferencesofRBvs.RRandCK(P<0.05),whiletheRRvs.CKalsoexistedsignificantdifference(P<0.05)in0-5cm,10-20cmand20-40cmsoillayer.(4)ByplottingCO2fluxvs.soiltemperature,itwasfoundthattheCO2effluxofdif ferentdepthsoilcorrelatedexponentiallywithsoiltemperatureinallplots,andtheQ10valueshowedthatthesensi tivityofsoiltemperatureincreasedsignificantlyafterclear cuttingandprescribedburning.ButthesoilmoisturewasnotsignificantcorrelatedwithCO2efflux.AndthehybridmodeloftemperatureandsoilmoisturewasprovedtobeamoreappropriatepredictorofCO2dynamicstateinalltestingplots.Consequently,clear cutting&prescribedburn ingcoulddefinitelyaffectCO2fluxindeepsoilaswellasitsdailydynamic,andwouldalsochangethesoilCO2fluxofsoiltemperatureandmoisturecontentofdifferentsoillayerresponsemechanism.Keywords:soilCO2efflux;soildepth;clear cutting;prescribedburning;soilCO2concentration土壤呼吸是土壤向大气中释放CO2的过程,是全球陆地碳循环的重要环节[1]。

中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性

中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性

中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性王绍强;陈蝶聪;周蕾;何洪林;石浩;闫慧敏;苏文【摘要】涡度相关技术是测定大气与陆地生态系统之间CO2交换、水分和能量通量最直接的方法,可用于研究土壤、植被与大气间的CO2交换及其调控机制.收集了11个影响净碳交换量的主要变量信息,包括气象因素、土壤因素和地形因素的非生物因子、实际植被状态以及植被生产力,采用多元地理变量空间聚类分析方法,绘制出不同聚类数(25、50、75、85、100、150和200类)的通量生态区.结合中国现有通量观测站点的空间分布格局,与新生成的通量生态区和已有的自然地理区划进行对比分析,发现由于中国地形复杂,生态系统类型多样,现有85个涡度相关通量观测站点仅能刻画部分中国生态系统类型的净碳交换量时空特征,通量生态区划分为100-150类比较合适.考虑到涡度相关通量观测运行成本,通量站点可增加至150个,从而使得优化后的通量观测网络能够代表中国主要类型的生态系统,并且有利于通量观测数据与遥感资料的有效结合,提高碳水通量观测从站点扩展到区域尺度的精度,从而更好地检验过程机理模型的模拟结果.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2013(033)024【总页数】14页(P7715-7728)【关键词】涡度相关通量;生态区;多元地理变量;空间聚类【作者】王绍强;陈蝶聪;周蕾;何洪林;石浩;闫慧敏;苏文【作者单位】中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院大学,北京100049;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101【正文语种】中文涡度相关技术是测定大气与生态系统之间CO2交换、水分和能量通量最直接的方法,所提供的数据越来越多地被用作区域性和全球性陆地生态系统和大气间CO2、水、能量交换的分析依据[1]。

碳通量监测技术指南

碳通量监测技术指南

碳通量监测技术指南1. 前言
1.1 背景介绍
1.2 指南目的和范围
2. 碳通量监测概述
2.1 碳通量及其重要性
2.2 碳通量监测的必要性
2.3 碳通量监测的主要方法
3. 地基监测技术
3.1 渗漏测量
3.2 气体交换测量
3.3 生物量测量
3.4 数据处理和分析
4. 遥感监测技术
4.1 光学遥感
4.2 激光雷达
4.3 合成孔径雷达
4.4 数据处理和分析
5. 模型模拟技术
5.1 过程模型
5.2 统计模型
5.3 模型集成
5.4 不确定性评估
6. 监测规划和实施
6.1 监测目标和策略
6.2 监测网络设计
6.3 质量控制和质量保证 6.4 数据管理和共享
7. 案例研究
7.1 森林生态系统
7.2 农田生态系统
7.3 城市生态系统
8. 未来展望
8.1 新兴技术
8.2 协同监测
8.3 政策支持
9. 结论
10. 参考文献。

土壤碳通量测量_LML

土壤碳通量测量_LML

土壤碳通量测量_LML一、土壤碳通量测量的原理首先,土壤中的微生物代谢产生的CO2会通过扩散和对流运输到土壤表面,并与大气中的CO2发生交换。

交换速率主要受到土壤温度、土壤水分、土壤通气性和有机质含量等因素的影响。

其次,通过测量土壤和大气中的CO2浓度来计算其浓度梯度,然后结合气体扩散速率即可估算土壤碳通量。

二、土壤碳通量测量的方法1.静态箱法:静态箱法是最常用的土壤碳通量测量方法之一、它通过使用固定的透明箱将土壤表面和大气隔离开来,然后测量箱内CO2浓度的变化来计算土壤碳通量。

这种方法适用于小面积的土壤碳通量测量。

2.自动气体通量测量系统:自动气体通量测量系统是一种全自动、连续测量土壤碳通量的方法。

该系统包括一个CO2探测器和采样装置,能够实时监测土壤和大气中的CO2浓度,并计算碳通量。

这种方法适用于大面积的土壤碳通量测量。

3.相关源追踪法:相关源追踪法通过测量土壤与大气中其他气体的浓度来间接推断土壤碳通量。

例如,通过测量土壤中的氧浓度和氮氧化物浓度,可以推断土壤中CO2的产生和消耗速率,从而计算土壤碳通量。

三、土壤碳通量测量的应用1.土壤碳循环研究:土壤碳通量测量可以帮助科学家了解土壤中碳的流动和转化过程,揭示土壤中CO2的产生和消耗机制,进而研究土壤的碳循环过程。

2.气候变化研究:土壤碳通量是全球碳循环的重要组成部分,对气候变化有着重要影响。

通过测量土壤碳通量,可以评估土壤对大气中CO2的吸收和释放能力,为预测气候变化和制定应对措施提供重要依据。

3.碳排放和碳汇评估:土壤碳通量测量可以帮助评估不同土壤系统的碳排放和碳汇能力,为制定碳排放减少和碳汇增加的政策提供科学依据。

总结土壤碳通量测量是一项关键的科学研究,可以帮助我们理解土壤碳循环过程、评估土壤碳库的变化以及预测碳排放和碳汇的能力。

通过静态箱法、自动气体通量测量系统和相关源追踪法等方法,可以准确测量土壤碳通量。

土壤碳通量测量的应用包括土壤碳循环研究、气候变化研究以及碳排放和碳汇评估等领域。

亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展

亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展

七、结论
总的来说,亚洲区域的陆地生态系统碳通量观测研究在设备研发、观测技术 改进以及典型生态系统的CO2通量特征和环境控制机理等方面取得了一些重要进 展。然而,仍面临一些科学问题需要解决。未来,需要进一步加强新技术的研究 和应用,深入探索气候变化和人类活动对生态系统碳循环的影响机制,并积极参 与国际合作,共同推动亚洲地区的陆地生态系统碳通量观测研究的发展。
亚洲区域陆地生态系统碳通量 观测研究进展
目录
01 一、引言
三、典型生态系统
03 CO2通量特征及环境 控制机理
二、通量观测设备的
02 研发与观测技术的改 进
04
四、生态系统碳循环 模型模拟
目录
05 五、面临的科学问题 与解决途径
07 七、结论
06
六、新洲地区拥有丰富的生态环境和独特的生态系统,包括森林、草原、沙漠和 湿地等。这些生态系统在全球碳循环中起着重要的作用,它们不仅吸收大量的二 氧化碳(CO2),还通过呼吸作用释放出大量的碳。因此,对亚洲区域陆地生态 系统碳通量的观测和研究,对于理解全球碳循环过程,预测气候变化趋势,以及 制定相应的环境政策具有重大意义。
针对这些问题,解决途径主要包括:一是加强新技术的研究和应用,如无人 机观测和卫星遥感等,以提高数据采集的效率和精度;二是深入研究气候变化和 人类活动对生态系统碳循环的影响机制,为制定相应的环境政策提供科学依据; 三是加强国际合作,通过共享数据和资源,共同解决面临的科学问题。
六、新的区域合作机会
亚洲地区的陆地生态系统碳通量观测研究不仅需要本地区的科学家们的努力, 也需要国际社会的支持和合作。例如,可以通过参与国际研究项目,如 "FLUXNET"等,来提高亚洲地区的研究水平和技术能力。同时,也可以通过举办 国际会议和研讨会等方式,加强学术交流和合作。

一种土壤CO2通量原位测定方法及装置

一种土壤CO2通量原位测定方法及装置

一种土壤CO2通量原位测定方法及装置1高程达1,孙向阳1,曹吉鑫1,张强1,栾亚宁1,郝虎东2,李泽江2,唐青云3 1北京林业大学水土保持学院,北京(100083)2内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特(010019)3北京市华云分析仪器研究所有限公司,北京(100035)E-mail:gaochd@摘要:本文介绍了一种土壤CO2通量原位测定的方法及装置:改装具有仲裁效力的大气二氧化碳红外线气体分析仪到土壤CO2通量原位测定,连接自制的二氧化碳收集容器,对陆地生态系统土壤二氧化碳的释放或吸收做定量测定。

该方法和装置可用于自然状况下多地点、多样地(点)土壤表层二氧化碳通量测定,具有便于携带、操作简单、省时间、经济、测定数据直接、快速可靠等优点。

关键词:土壤二氧化碳通量,原位测定,方法,装置0.引言土壤二氧化碳是土壤空气的主要气体成分[2,11,13,21,27],也是大气主要温室气体的重要来源或存储库[12,30,37]。

土壤二氧化碳通量作为陆地与大气界面温室气体交换量的重要度量指标,反映了土壤物理、化学、生物性质和人类对土地利用、地下矿产资源[35,25]、岩溶[33,28]等状况,由于对全球气候变化的贡献和影响很大,已经受到世界各个国家的关注和重视。

为了准确地进行陆地生态系统的碳核算,实施《联合国气候变化框架公约》,履行《京都议定书》义务,对土壤表面二氧化碳通量做比较精确的测定,具有实质而重要的意义[3,20,24,30,34]。

土壤二氧化碳的测定方法经历了一个比较长的历史。

最早的报道可追溯到Boussingault 和Lewy于1853年所发表的文章,他们采用了氢氧化钡溶液吸收土壤空气中二氧化碳的化学方法,在其后的一百多年的历史中,测定方法主要依靠在此基础上的化学吸收和物理气压计量测定,尽管在土壤化学和土壤生物化学方面进行了努力,其灵敏度问题仍然无法克服。

到二十世纪五十年代末,气相色谱(GC)方法的发明以及在土壤学方面的广泛应用,极大地提高了土壤二氧化碳测定的灵敏度[15,4];相继发明了以涡度相关技术为核心的微气象学方法[22]、静态和动态箱法等方法[5-10,19,23],随着现代科学技术的发展,土壤二氧化碳测定从单一化学方法,到化学-物理-生态学的多方位、多角度的测定方法,都有实足的进展。

2015年度国家技术发明奖获奖项目

2015年度国家技术发明奖获奖项目

14
F-304-2-02
基于纳米复合材料的 重金属废水深度处理 与资源回用新技术
潘丙才(南京大学), 张炜铭(南京大学), 张全兴(南京大学), 马宏瑞(陕西科技大学), 吕 路(南京大学), 吴 军(南京大学)
教育部
15
F-305-2-01
基于酶作用的制革污 染物源头控制技术及 关键酶制剂创制
农业部
4
F-301-2-04
基于高性能生物识别 材料的动物性产品中 小分子化合物快速检 测技术
沈建忠(中国农业大学), 江海洋(中国农业大学), 吴小平(北京维德维康生物技术有 限公司), 王战辉(中国农业大学), 温 凯(中国农业大学), 丁双阳(中国农业大学)
中国农学会
5
F-301-2-05
安全高效猪支原体肺 炎活疫苗的创制及应 用
3
F-301-2-03
花生收获机械化关键 技术与装备
胡志超(农业部南京农业机械化研 究所), 彭宝良(农业部南京农业机械化研 究所), 胡良龙(农业部南京农业机械化研 究所), 谢焕雄(农业部南京农业机械化研 究所), 吴 峰(农业部南京农业机械化研 究所), 查建兵(江苏宇成动力集团有限公 司)
/ztzl/gjkxjsjldh/jldh2015/jldh15jlgg/201601/t20160106_123344.htm[2016-01-12 12:18:29]
2015年度国家技术发明奖获奖项目
产业化
王继栋(浙江海正药业股份有限公 司), 陈正杰(浙江海正药业股份有限公 司), 白 骅(浙江海正药业股份有限公 司), 张 继(东北农业大学)
邵国青(江苏省农业科学院), 金洪效(江苏省农业科学院), 刘茂军(江苏省农业科学院), 冯志新(江苏省农业科学院), 熊祺琰(江苏省农业科学院), 何正礼 (江苏省农业科学院)

一种基于贝叶斯理论的土壤有机碳矿化能力的测定方法[发明专利]

一种基于贝叶斯理论的土壤有机碳矿化能力的测定方法[发明专利]

专利名称:一种基于贝叶斯理论的土壤有机碳矿化能力的测定方法
专利类型:发明专利
发明人:姜姜,管鑫,初磊,刘自强,徐侠,刘琦,张金池
申请号:CN202011052823.0
申请日:20200929
公开号:CN112198299A
公开日:
20210108
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明涉及一种基于贝叶斯理论的土壤有机碳矿化能力的测定方法。

本发明基于MCMC算法,通过数据同化的方法反演模型参数,将模型与实验数据结合,实时获取模型预测结果,并进行同期验证,充分利用数据信息,有效提高模型预测精度,大大缩短实验时间,达到通过短期实验获取长期土壤有机碳矿化能力的方法。

申请人:南京林业大学
地址:210037 江苏省南京市玄武区南京林业大学9C419
国籍:CN
代理机构:北京辰权知识产权代理有限公司
代理人:金铭
更多信息请下载全文后查看。

【国家自然科学基金】_土壤co2通量_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

【国家自然科学基金】_土壤co2通量_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 1 1 1 1 1
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83
影响因素 山地灰褐土 大豆 垂直剖面 土壤酶活性 土壤通量 土壤表面co2通量 土壤碳循环 土壤碳 土壤暖化 土壤-冬小麦系统 土地利用/土地覆盖变化 华北平原 北方林 净生态系统co2交换 冻融交替 冬小麦 冬季 免耕 假植物 人工草地 亚高山土壤 二氧化碳 uv-b辐射增强 uv-b辐射 q10 co_2气体释放和吸收 co_2排放 co2排放 co2、ch4和n2o ch4
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
科研热词 土壤呼吸 原位测定 土壤co2通量 风火山 青藏高原 露营 退化 踩踏 装置 绿洲农田 红外分析器 盐生荒漠 生态系统模型 温度 温室气体通量 渗滤液负荷 渗滤液灌溉 沼泽化草甸 氮沉降 植被类型 森林土壤 旱田土壤-植物系统 旱田土壤 日变化 方法和装置 排放通量 影响 干旱地区 土壤表面co2通量 土壤结构 土壤深度 土壤有机碳 土壤剖面 土壤 土地利用变化 土地利用 周转时间 公共绿地 全球变化 二氧化碳通量 二氧化碳 三江平原 n2o气体剖面浓度 n2o和co2释放通量 co2通量 co2气体通量 co2排放通量 5.12汶川大地震

基于WSN的土壤碳通量测量系统

基于WSN的土壤碳通量测量系统
C a r b o n C y c l i n g i n F o r e s t E c o s y s t e m s a n d C a r b o n S e q u e s t r a t i o n L i n ’ a n 3 1 1 3 0 0; 2 . S c h o o l f o E l e c t r o n i c a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g , X i ' a n J i a o — T o n g U n i v e r s i t y X i ' a n 7 1 0 0 4 9; 3 . D e p a r t me n t fI o n f o r ma t i o n a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ,Z h e i f a n g U n i v e r s i t y H a n g z h o u 3 1 0 0 5 8 )
量 的精 确测 量备 受关 注 。土 壤 呼吸是 影 响 大气 C O 浓度 变 化 的一个 重 要 因素 , 通 过 土 壤 呼 吸 排 放 到 大
Xu L i n Mo L u  ̄n g X u a n Z i w e i Xu Xi a o j u n Wa n g S h e n g h u i Z h o u G u o mo
( 1 . S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a l a n d R e s o u r c e s S c i e n c e ,Z h e j i a n g A g r i c u l t u r e a n d F o r e s t r y U n i v e r s i t y Z h e j i a n g P r o v i ci n a l K e y L a b o r a t o r y o f

基于WSN与GIS技术的森林火灾监测预警研究

基于WSN与GIS技术的森林火灾监测预警研究

行 探 讨 , 出采 用 W S 与 G S 术 相 结 合 的 森 林 火 灾 监 测 系统 , 系统 可 以解 决传 统 监 控 布 点 困 提 N I技 该 难 、 控任务重、 监 实时性 不 强 的 问题 。
关键词 无 线 传 感 器 网络 地理 信 息 系统 森 林 火 灾监 测 d i03 6 /is .6 3 8 7 .0 00 .0 o 1 .9 9 . n1 7 — 8 X2 1 .30 3 : js
f 收稿 日期】 2 1 — 3 1 00 0 — 0 f 编】 4 12 邮 7 02
【 作者简介】 张莉莉(9 2 , , 18 一)女 河南洛 阳人 , 助教 , 主要从 事无线传感器网络定位工作。
譬<
2 1 .3 0 0 B 0
总第 1 6 8 期
2. 森林 防火 的地 理信 息 系统 ( S) 2 GI
1 森林 火灾预报 预测研 究 的现状 分析
对 于森林 火灾 的预 报预 测研究 , 国内外进 行 了很 多工
2 相关 的概念
21 森 林 防火 的无线传 感器 网络 .
作, 但是国内的研究大多数侧重于对森林火灾的指挥和调
度, 以及林 火 的蔓 延 预 测方 面 的研 究 , 还没 有 对森 林 火 标 志 码

森林火 灾是 人类 所面 临 的最 重要 的 自然灾 害之 一 。 森 林是人 类 的宝贵 资源 ,也是 农业 生产 和 人 民生活 的 保障 。
和性的限制, 假热点的干扰排除需要更多地借助于综合知 识,故亚像元林火面积的估算精度也难 以进一步提高, 有
预报 开展 系统 的研 究 。 国外对 森林火 灾 的预测 与预 报虽 开
无线传感器网络是由大量的无线传感器节点构成的

不同深度土壤CO2通量的原位测定方法及装置

不同深度土壤CO2通量的原位测定方法及装置

不同深度土壤CO2通量的原位测定方法及装置1高程达1,孙向阳1,石凤翎2,唐青云31北京林业大学水土保持学院,北京(100083)2内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特(010019)3北京市华云分析仪器研究所有限公司,北京(100035)E-mail:gaochd@摘要:本研究介绍了一种不同深度土壤二氧化碳通量的原位测定方法及装置。

鉴于土壤与空气之间的对流和扩散原理,利用标有尺度的钻杆,由土壤表面垂直向下钻眼,借助于样杆,从不同土壤深度中取得二氧化碳样品,直接通往仪器,根据红外线对二氧化碳气体具有特殊吸收的物理性质,定时测定不同深度土壤放出或吸收二氧化碳的浓度。

将不同深度土壤所测得CO2浓度值,代入计算公式,即可求得标准大气压下,某一土壤深度单位面积、单位时间内的二氧化碳通量值。

本研究可用于土壤不同深度CO2通量的观测、不同深度土壤层CO2存储量的估测、土地利用变化引起土壤CO2释放量变化的测算和估计,以及植被或地力恢复速率的评价,如工业废弃物、垃圾、采矿迹地的处理和恢复等。

关键词:土壤CO2通量;方法和装置; 原位测定; 不同深度0. 引言在地球陆地生态系统中,伴随者漫长的土壤形成、发育过程,土壤CO2成为土壤空气的主要气体组成成分[1,3,6,9,13,15]。

由于工业革命的兴起,引起人类地球家园的环境恶化。

科学家已经证实:温室效应是气候变暖的主要原因,其中CO2气体扮演主要角色。

在全球碳循环过程中,大气CO2通过初级生产者生产和固定到陆地土壤,又从土壤不断溢出回到大气中,因此,土壤CO2是全球碳循环的重要形式和环节,是陆地生态系统中碳循环的重要驱动者[5 ],也是大气主要温室气体的重要来源或碳存储库[4,16,20]。

土壤CO2通量作为陆地与大气界面温室气体交换的重要度量指标,不仅反映了土壤物理、土壤化学、土壤生物性质,也反映了人类对土地利用、地下矿产资源[12,18]、岩溶[14,17]状况,土壤CO2通量还可用于植被或地力恢复速率的评价,如工业废弃物、垃圾、采矿迹地的处理和恢复的程度。

生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用

生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用

浙江理工大学学报,第51卷,第2期,2024年3月J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t yD O I :10.3969/j.i s s n .1673-3851(n ).2024.02.013收稿日期:2023 09 22 网络出版日期:2023-12-13基金项目:浙江省自然科学基金项目(L Y 21E 080029)作者简介:俞金灵(1999 ),女,浙江诸暨人,硕士研究生,主要从事固体废弃物碳排放方面研究㊂通信作者:徐 辉,E -m a i l :x u h u i @z s t u .e d u .c n生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用俞金灵1,彭明清1,徐 辉1,刘文莉2(1.浙江理工大学建筑工程学院,杭州310018;2.台州学院建筑工程学院,浙江台州318000) 摘 要:采用碳排放因子法建立了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,核算了单位质量填埋垃圾在保持原状㊁开采-材料再回收和开采-能源回收三种场景的碳排放量,分析了开采再利用场景下碳减排主要驱动因素与碳减排量的影响规律,探究了填埋场开采再利用相对于保持原状的碳减排潜力㊂结果表明:开采-材料再回收场景的碳排放量少于开采-能源回收场景;开采-材料再回收场景的碳减排量随塑料回收率的提高而增大,开采-能源回收场景的碳减排量随垃圾衍生燃料热处理量的增加而增大;简易填埋场在开采-材料再回收场景的碳减排潜力最大,达-495k g C O 2e q /t ㊂该研究可为我国垃圾填埋场开采再利用的碳减排潜力评估提供一定的参考依据㊂关键词:城市生活垃圾;单位质量填埋垃圾;填埋场开采再利用;材料和能源回收;碳排放模型;碳减排量中图分类号:X 705文献标志码:A 文章编号:1673-3851(2024)03-0245-10引文格式:俞金灵,彭明清,徐辉,等.生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用[J ].浙江理工大学学报(自然科学),2024,51(2):245-254.R e f e r e n c e F o r m a t :Y U J i n l i n g ,P E N G M i n g q i n g,X U H u i ,e t a l .A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e a n d i t s a p p l i c a t i o n s [J ].J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y,2024,51(2):245-254.A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l lm i n i n g a n d r e u s e a n d i t s a p pl i c a t i o n s Y U J i n l i n g 1,P E N G M i n g q i n g 1,X U H u i 1,L I U W e n l i 2(1.S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310018,C h i n a ;2.S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,T a i z h o u U n i v e r s i t y,T a i z h o u 318000,C h i n a) A b s t r a c t :A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r t h e f u l l l i f e c y c l e o f d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l l s w a s c o n s t r u c t e d b yu s i n gt h e c a r b o n e m i s s i o n f a c t o r m e t h o d .T h e c a r b o n e m i s s i o n s o f u n i t m a s s w a s t e w e r e c a l c u l a t e d u n d e r t h r e e s c e n a r i o s :'k e e p d o -n o t h i n g 's c e n a r i o ,'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o a n d 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o .T h i s m o d e l e x p l o r e d t h e p r i m a r y f a c t o r s d r i v i n g ca rb o n e m i s s i o n r e d uc t i o n a nd t he i nf l u e n c e o f c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n m i n i ng a n d r e u s e s c e n a r i o s ,a n d i n v e s t i ga t e d t h e p o t e n t i a l f o r c a rb o n e m i s s i o n r e d uc t i o n t h r o u g h l a nd f i l l m i n i n g a n d re u s e a s c o m p a r e d t o t h e p r e s e r v a t i o n of t h e l a n d f i l l i n 'k e e p do -n o t h i n g's c e n a r i o .T h e a b o v e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c a r b o n e m i s s i o n o f t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o i s l e s s t h a n t h e 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o ;t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e p l a s t i c r e c o v e r yr a t e ,a n d t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n t h e 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e h e a t t r e a t m e n t a m o u n t o f r e f u s e d e r i v e d f u e l ;t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n p o t e n t i a l i n t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o o f t h e s i m p l e l a n d f i l l i s t h e b e s t ,u p to -495k g C O 2e q /t .T h e s e c o n c l u s i o n s c a n p r o v i d e c e r t a i n r ef e r e n c e f o r t h e a s s e s s m e n t o f c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n p o t e n t i a l o f l a n d f i l l m i n i ng an d r e u s e i n C h i n a .K e y w o r d s:m u n i c i p a l s o l i d w a s t e;p e r u n i t m a s s o f l a n d f i l l w a s t e;l a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e;m a t e r i a l a n d e n e r g y r e c o v e r y;c a r b o n e m i s s i o n m o d e l;c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n0引言我国城市生活垃圾(M u n i c i p a l s o l i d w a s t e, M S W)的处置方式以填埋为主[1]㊂截至2020年,在役生活垃圾填埋场数量约6900座,填埋垃圾存量超80亿t[2]㊂城市生活垃圾填埋产生的温室气体是垃圾处理领域碳排放的主要来源[3-4]㊂垃圾填埋场开采再利用是指从填埋场挖掘矿化垃圾并进行资源回收和生态修复[5],具有降碳减排的潜力㊂碳排放模型是用于评估填埋场开采再利用相对于持续填埋情况下的碳减排潜力的重要方式,可定量计算碳排放量并优选填埋场开采再利用路径[6]㊂因此,构建垃圾填埋场开采再利用碳排放模型并以此进行碳减排核算具有重要的科学意义和工程价值㊂垃圾填埋场开采再利用作为一种将填埋资源重新引入材料循环并减少环境负担的技术措施,以往研究主要集中于填埋垃圾的资源化利用技术[7-8]㊂随着人们对温室效应和气候变化的日益关注,研究者们逐渐关注垃圾填埋场开采再利用产生的碳减排潜力㊂C a p p u c c i等[9]构建了填埋场矿化塑料回收再利用的碳排放模型,对塑料再利用全生命周期的碳排放进行了核算,发现原材料生产塑料的碳排放量是矿化塑料回收再利用的4.5倍㊂H u a n g等[10]基于生命周期评价(L i f e c y c l e a s s e s s m e n t,L C A),构建了填埋垃圾可燃材料制备垃圾衍生燃料(R e f u s e d e r i v e d f u e l,R D F)的碳排放模型,发现填埋垃圾仅采用能源回收是增加碳排放的过程㊂以上研究均局限于单一材料回收利用的碳排放量核算,如塑料再生利用㊁可燃材料热处理等,未对填埋场内全部矿化垃圾的回收处置展开碳排放研究㊂J o n e s 等[11]首次提出了强化填埋垃圾开采路径的理念,强调通过优化材料和能源的回收路径来实现填埋场开采再利用项目的最大碳减排㊂S a n k a r等[12]采用L C A构建了填埋场材料和能源回收再利用的碳排放模型,核算发现,在生活填埋垃圾场中的1t垃圾,通过金属回收和可燃材料焚烧发电,可实现0.6 t C O2e q的碳减排㊂D a n t h u r e b a n d a r a等[13]构建了适用于比利时丹顿垃圾填埋场开采再利用项目的碳排放模型,核算了建筑材料二次利用和可燃材料热处理的碳减排量,研究表明填埋场开采再利用存在碳减排潜力㊂以上研究者通过建立垃圾填埋场开采再利用的碳排放模型,核算了垃圾填埋场可回收材料和可燃材料综合利用的碳减排潜力㊂但目前在相关研究中,选择的材料和能源综合利用的方式仍较为单一,塑料和纸张一般归为可燃材料用于能源回收,缺乏对材料与能源多路径利用技术下的碳排放研究㊂本文采用碳排放因子法构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,通过该模型核算填埋场单位填埋垃圾在保持原状场景('K e e p d o-n o t h i n g's c e n a r i o,K D N S)㊁开采-材料再回收(W a s t e t o m a t e r i a l,W t M)场景和开采-能源回收(W a s t e t o e n e r g y,W t E)场景的碳排放量,以分析生活垃圾填埋场开采再利用场景(L a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e s c e n a r i o,L M R S)主要碳减排影响因素与其碳减排量的影响关系,得到填埋场相对于K D N S场景,采用W t M场景和W t E场景的碳减排量㊂本文建立的碳排放模型可用于核算生活垃圾填埋场低碳化利用技术路径的碳排放量,研究结论可为我国生活垃圾填埋场开采再利用的碳减排路径优选和碳减排潜力评估提供初步参考依据㊂1全生命周期碳排放模型1.1垃圾填埋场场景设立与技术流程概述垃圾填埋场场景设立与技术流程如图1所示㊂根据本文的研究目标和技术实用性,设立了垃圾填埋场K D N S场景和L M R S场景,K D N S场景和L M R S场景皆以填埋垃圾稳定化完成为开始节点㊂1.1.1 K D N S场景生活垃圾填埋场K D N S场景中,填埋垃圾中的有机质通过厌氧食物链的协同作用持续产生C H4㊁C O2等填埋气和渗滤液,填埋气回收发电或排放至大自然,渗滤液采用无害化处理后排放㊂K D N S场景用于评估生活垃圾填埋场L M R S场景的碳减排潜力㊂1.1.2L M R S场景生活垃圾填埋场L M R S场景主要包括渗滤液处理㊁垃圾挖掘粗筛和细筛回收㊁材料加工处理㊁R D F生产与热处理㊁危废物质处置㊁土地回填等过程㊂填埋场垃圾组分主要取决于填埋场类型㊁储存时间㊁降解程度和地理来源[14],按利用途径分为3大类:建筑组分㊁可燃组分和细粒组分[15]㊂卫生填642浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷图1 垃圾填埋场场景设立与技术流程图埋场(S a n i t a r y l a n d f i l l ,S a L )和简易填埋场(S i m pl e l a n d f i l l ,S i L )矿化垃圾组分占比见表1㊂根据纸张和塑料的最终处置方式,L M R S 场景细分为W t M场景和W t E 场景㊂W t M 场景以材料再回收为主,塑料和纸张加工处理为再生塑料和再生纸张,联合国政府间气候变化专门委员会(I n t e r go v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n ge ,I P C C )的第四次评估报告[16](A R 4)指出塑料和纸张的回收利用率缺省值为80%~90%㊂W t E 场景以能源回收为主,塑料和纸张用于生产R D F ㊂表1 生活垃圾填埋场矿化垃圾组分占比组分S a L 组分占比/%S i L 组分占比/%易腐垃圾52.5148.03灰土砖石20.6427.01金属1.111.09玻璃2.802.87纸类2.232.23织物2.872.35塑料9.248.01竹木3.024.60混合垃圾4.613.09有害物质0.300.071.2 碳排放模型构建生命周期碳排放核算(L i f e c yc l e c a r b o n a c c o u n t i n g,L C C A )是量化碳排放变化趋势㊁研究碳排放影响因素和设计减排路径的基础㊂全生命周期碳排放模型包括碳排放核算范围和核算方法㊂通过相关文献调研确定K D N S 场景和L M R S 场景各阶段碳排放源范围,并绘制碳排放系统边界图㊂本文构建的碳排放模型采用‘2006年I P C C 国家温室气体清单指南“[17]推荐的碳排放因子法来计算K D N S 场景和L M R S 场景全生命周期各阶段的碳排放量㊂1.2.1 K D N S 场景碳排放模型构建 垃圾填埋场K D N S 场景的碳排放系统边界如图2所示㊂S a L 配备较完善的顶部覆盖系统和填埋气收集利用系统[18],一部分填埋气收集发电,减少传统燃料的使用,另一部分泄漏至大气中㊂S i L 一般情况下不配备填埋气收集系统,导致填埋气直接向大气排放㊂此外,S a L 相较S i L 具备更完善的渗滤液处理设备,能最大限度地减少渗滤液的排放㊂由于生活垃圾填埋场达到稳定化后方可开挖,因此K D N S 场景计算填埋垃圾达到稳定化后保持填埋产生的碳排放量㊂即K D N S 场景的总碳排放量等于填埋气排空㊁渗滤液处理和填埋气发电3个阶段的碳排放之和㊂a )填埋气排空碳排放㊂填埋气中的C H 4是生活垃圾填埋场最主要的碳排放来源㊂I P C C 在2019R e fi n e m e n t t o t h e 2006I P C C G u i d e l i n e s f o r N a t i o n a l G r e e n h o u s e G a s I n v e n t o r i e s [19]推荐使用一级衰减动力学模型(F i r s t -o r d e r k i n e t i c ,F O D )估742第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用图2 垃圾填埋场K D N S 场景的碳排放系统边界算垃圾填埋场C H 4排放量㊂因此本文结合F O D 模型和甲烷全球变暖潜势建立生活垃圾填埋场填埋气排空的碳排放量计算公式,参数取值来源于中国环境规划研究院㊁C a i 等[2]㊂填埋气排空碳排放量可用式(1)计算:C C H 4=ð4i =1H ˑf i ˑD i ˑD f ˑe-(t -1)ˑk iˑF ˑ1612ˑ(1-R )ˑ(1-O )ˑEF g (1)其中:C C H 4为填埋垃圾填埋气排空碳排放量,t C O 2e q ;t 为垃圾填埋时间,年;H 为C H 4的修正因子;f i 为不同垃圾成分比例,%;i 为不同种类垃圾,i =1表示厨余垃圾,i =2表示纸张,i =3表示织物,i =4表示竹木;D i 为i 类垃圾可降解有机碳比例,%;D f 为分解的D i 比例,%;k i 为C H 4产生速率常数;F 为填埋气体中C H 4比例,50%;R 为C H 4收集率,%;O 为C H 4氧化系数;E F g 为甲烷全球变暖潜势值,28t C O 2e q /t ㊂b)渗滤液处理碳排放㊂渗滤液的排放和处理过程会产生温室气体㊂渗滤液处理碳排放计算公式为C l =T l ˑE F f ,其中:C l 为渗滤液处理排放的碳排放量,t C O 2e q ;T l 为垃圾渗滤液产量,t ;E Ff 为渗滤液处理的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂c)填埋气发电碳排放㊂填埋气发电可替代传统燃料的使用,从而间接产生碳减排㊂通过能源热值转换公式得到单位质量填埋气的发电量,再使用碳排放因子法计算得到填埋气发电基于传统能源发电的碳减排量㊂填埋气发电的碳排放量可用式(2)计算:C r =T C H 4ˑR ˑJ C H 4ˑK ˑ1000ρ㊃a ˑ(E F e 1-E F e 2)(2)其中:C r 为填埋垃圾收集的甲烷发电的碳减排量,t C O 2e q ;T C H 4为填埋垃圾甲烷产量,t ;J C H 4为甲烷热值,M J /m 3;K 为甲烷发电效率,%;ρ为甲烷密度,0.72k g/m 3;a 为能源转换系数,3.6M J /MW h ;E F e 1为甲烷发电的碳排放因子,t C O 2e q /MW h ;E F e 2为燃煤发电的碳排放因子,t C O 2e q /MW h ㊂1.2.2 L M R S 场景碳排放模型构建 垃圾填埋场L M R S 场景的碳排放系统边界如图3所示㊂垃圾填埋场通过挖掘筛分将填埋垃圾回收处理成再生产品与R D F ,再生产品生产可减少原材料的开采㊂R D F 热处理可替代传统燃料的使用,本文根据我国热处理厂建设现状和实际需求,将R D F 产品以3ʒ2ʒ5的质量比投放至气化发电厂㊁垃圾焚烧厂和水泥厂㊂L M R S 场景的总碳排放量等于设备运行㊁物料运输㊁材料再利用㊁能源回收和土壤堆肥5个阶段的碳排放之和㊂a )设备运行碳排放㊂设备运行过程中消耗柴油和电力,产生碳排放㊂设备运行主要包括填埋场渗滤液处理㊁挖掘粗筛㊁细筛回收㊁危废物质处置㊁土地回填㊁R D F 生产过程㊂设备运行的碳排放量可用式(3)计算:C m =T m ˑ(y ˑE F e 3+h ˑE F d )(3)其中:C m 为设备处理物料产生的碳排放量,t C O 2e q ;T m 为物料处理量,t ;y 为设备处理物料的耗电量,MW h ;E F e 3为中国国家电网电能碳排放因子,t C O 2e q /MW h ;h 为设备处理单位质量物料的柴油耗量,t ;E F d 为柴油使用的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂b )物料运输碳排放㊂物料运送过程中柴油消耗产生C O 2排放㊂由于物料运输为单程运输,故在运输过程中,需考虑运输车辆空载对碳排放的影响,空载时的环境负荷是满载时的0.67倍[21]㊂本文忽略由材料状态(如土体松散状态)变化引起的物料质量改变㊂物料运输的碳排放量可用式(4)计算:C h =T h ˑL h ˑE F h1000ˑk(4)其中:C h 为物料运输导致的碳排放量,t C O 2e q ;T h 为物料运输质量,t ;L h 为物料运输距离,k m ;E F h为柴油货运每千米每吨物料的碳排放因子,k g C O 2e q /(t ㊃k m );k 为空载返回系数,1.67㊂842浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷图3 垃圾填埋场L M R S 场景的碳排放系统边界c)材料再利用碳排放㊂矿化垃圾经筛分处理后可生产再生产品,减少原材料的开采,从而减少碳排放㊂材料再利用的碳排放量可用式(5)计算:C r =T r ˑ(E F m -E F n )(5)其中:C r 为二次材料利用产生的碳排放量,t C O 2e q ;T r 为二次材料质量,t ;E F m 为二次材料再利用的碳排放因子,t C O 2e q /t ;E F n 为原材料初次开采的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂d )能源回收碳排放㊂填埋垃圾中的高热值可燃物为R D F 原料,R D F 热处理产生的能源可减少传统燃料的使用,从而减少碳排放㊂R D F 气化和焚烧发电路径的碳排放量计算公式为C s 1=-T s ˑE F e 2+T r ˑE F r ,其中:C s 1为R D F 发电产生的碳排放量,t C O 2e q ;T s 为R D F 投入质量,t ;T r 为底物处理量,t ;E F r 为底物处理的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂R D F 在水泥窑路径的碳排放量计算公式为C s 2=-T s ˑE F e 2ˑJ R D F /J c ,其中C s 2为R D F 产热产生的碳排放量,t C O 2e q ;J R D F为R D F 热值,20M J /m 3;J c 为煤炭热值,25M J /m3㊂e)土壤堆肥碳排放㊂研究表明土壤类材料堆肥时通过微生物作用,可将有机废弃物转化为稳定的腐殖质,同时固定有机碳[13]㊂土壤堆肥的碳排放量计算公式为C n =-T n ˑE F p ,其中:C n 为土壤堆肥产生的碳排放量,t C O 2e q ;T n 为土壤堆肥的质量,t ;E F p 为单位质量土壤堆肥的固碳因子,t C O 2e q /t ㊂2 垃圾填埋场场景的碳排放核算及其碳减排分析2.1 垃圾填埋场碳排放核算过程根据相关文献和统计资料绘制碳排放因子表,如表2所示㊂将碳排放因子和其他参数值代入生活垃圾填埋场K D N S 场景和L M R S 场景生命周期碳排放模型,对单位质量填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景各个阶段以及整个生命周期的碳排放进行计算,并根据计算结果分析W t M 场景和W t E 场景的主要碳排放和碳减排路径,探究其主要碳减排驱动因素与碳减排量的影响规律,最终确定单位质量填埋垃圾基于K D N S 场景时,其在W t M 场景和W t E 场景的碳减排量㊂2.2 垃圾填埋场碳排放量分析本节讨论了我国单位质量填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景的总碳排放量㊁主要碳排放和碳减排路径㊂总碳排放量是正值表示该场景为碳排放过程,总碳排放量是负值表示该场景为碳减排过程㊂单位质量M S W 在K D N S 场景的碳排放量如图4(a )所示㊂S i L 和S a L 单位质量填埋垃圾在K D N S 场景的总碳排放量分别为185k g C O 2e q /t 和105k g C O 2e q /t ,表明生活垃圾填埋场在K D N S 场景会增加碳排放㊂单位质量M S W 在W t M 场景942第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用表2 碳排放因子汇总表因子符号符号含义因子单位因子值E F f 单位质量渗滤液处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.11[22]E F e 1甲烷发电1MW h 的碳排放因子t C O 2e q /MW h 0.39[23]E F e 2燃煤发电1MW h 的碳排放因子t C O 2e q /MW h 0.92[23]E F e 3国家电网发电1MW h 的碳排放因子均值t C O 2e q /MW h 0.58[24-25]E F d 单位质量柴油使用的碳排放因子t C O 2e q /t 3.15[26]E F h 单位质量物料通过重型货车货运1k m 的碳排放因子k g C O 2e q /(t ㊃k m )0.05[27]E F m 1单位质量玻璃二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.35[28]E F m 2单位质量金属二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.72~1.53[29-30]E F m 3单位质量塑料二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.56[10]E F m 4单位质量砂石二次回收处理的碳排放因子k g C O 2e q /t 2.50[10]E F m 5单位质量纸张二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.66[13]E F n 1单位质量玻璃原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 0.66[28]E F n 2单位质量金属原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 2.81~15.80[29-30]E F n 3单位质量塑料原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 3.24[31]E F n 4单位质量砂石原材料开采生产的碳排放因子k g C O 2e q /t 7.76[10]E F n 5单位质量纸张原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 1.82[32]E F r 1单位质量热处理残渣生产水泥的碳排放因子t C O 2e q /t -0.75[33]E F r 2单位质量底灰无害化处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.04[34]E F p单位质量腐殖土堆肥的固碳量t C O 2e q /t -0.05[13]图4 单位质量M S W 在不同场景的碳排放量和W t E 场景的碳排放量如图4(b )所示㊂S i L 和S a L 单位质量填埋垃圾在W t M 场景的总碳排放量分别为-310k g C O 2e q /t 和-354k g C O 2e q /t ,其在W t E 场景的总碳排放量分别为-194k g C O 2e q /t 和-220k g C O 2e q /t ,表明垃圾填埋场在W t M 场景和W t E 场景均可实现碳减排,其中W t M 场景的碳减排潜力是W t E 场景的1.6倍㊂单位质量M S W 在填埋场L M R S 场景的碳排放路径的碳排放量如表3所示㊂从表3可以发现:L M R S 场景的碳排放路径的碳排放量与W t M 场景或W t E 场景的选择影响关系较小,其碳排放量主要取决于填埋场类型㊂S i L 单位质量垃圾在L M R S 场景的碳排放总量高于S a L ,前者是后者的1.2倍;S i L 的主要碳排放为大宗设备的运输,S a L 的主要碳排放为垃圾细筛回收过程㊂单位质量M S W 在填埋场L M R S 场景的碳减排路径的碳减排量如表4所示㊂从表4可以发现:L M R S 场景的碳减排路径的碳减排量与填埋场类型影响关系较小,其碳减排量主要取决于W t M 场景或W t E 场景的选择㊂W t M 场景主要的碳减排方式为塑料再生利用,其碳减排量在碳减排总量中的占比为50%;W t E 场景主要的碳减排方式为R D F 在水泥窑与煤混燃,其碳减排量在碳减排总量中的占比为46%㊂52浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷表3单位质量M S W在填埋场L M R S场景的碳排放路径的碳排放量k g C O2e q/t场景填埋场设备运行物料运输挖掘粗筛细筛回收土地回填渗滤液处理R D F生产粗筛ң细筛危废ң处理材料ң加工可燃材料ң热处理设备ң场地W t M W t E S i L4.054.570.265.570.700.540.011.330.6021.01 S a L4.054.600.252.230.590270.021.180.513.15 S i L4.054.570.265.571.730.540.010.951.4921.01 S a L4.054.600.252.231.740270.020.761.503.15表4单位质量M S W在填埋场L M R S场景的碳减排路径的碳减排量k g C O2e q/t场景填埋场材料再利用能源回收再生金属再生塑料再生玻璃再生砂石再生纸张气化发电焚烧发电水泥窑助燃土壤堆肥W t M W t E S i L-79.09-171.77-7.12-1.14-19.27-5.35-2.83-43.32-18.91 S a L-80.64-198.16-7.12-0.87-19.24-4.54-2.40-36.77-20.68 S i L-79.090.00-7.12-1.140.00-13.23-7.00-107.23-18.91 S a L-80.640.00-7.12-0.870.00-13.27-7.00-108.34-20.682.3L M R S场景碳减排影响因素分析从垃圾填埋场碳排放量的分析可知,W t M场景和W t E场景的最大碳减排影响因素分别为塑料再生和R D F热处理,因此本文对塑料利用率㊁R D F热值㊁R D F利用率等影响因素进行分析㊂S i L和S a L 中再生塑料㊁R D F热处理的碳减排量占总碳排放量的比例相近,故本文以S a L作为研究对象,其碳排放量随碳减排影响因素的变化规律同样适用于S i L㊂单位质量M S W采用W t M场景时碳排放量随塑料回收率的变化关系如图5所示,其中R1表示再生塑料碳减排量占W t M场景总碳排放量的比例㊂在S a L中,当塑料利用率从80%提高至90%, W t M场景的再生塑料碳减排量在总碳排放量中的占比将从55%变化至71%;当塑料利用率从80%降低至70%,再生塑料碳减排量在总碳排放量中的占比将从55%变化至34%㊂这表明生活垃圾填埋场在W t M场景时,其碳减排量随塑料利用率增大而增大㊂单位质量M S W采用W t E场景时碳排放量随R D F热值的变化关系如图6(a)所示㊂R2表示R D F水泥窑热处理产生的碳减排量占W t E场景总排放量的比例㊂当R D F热值从20M J提高至25M J,R D F水泥窑热处理的碳减排量在W t E场景总碳排放量中的占比从50%变化至78%;当R D F热值从20M J降低至15M J,R D F水泥窑热处理的碳减排量在总碳排放量中的占比从50%变化至18%㊂结果表明提高R D F的热值增大了R D F在水泥窑产热的碳减排量㊂单位质量M S W 采用W t E场景时碳排放量随R D F利用率的变化图5单位质量M S W采用W t M场景碳排放量随塑料回收率的变化关系曲线关系如图6(b)所示㊂R3表示再生能源回收的碳减排量占W t E场景总碳排放量的比例㊂当R D F 利用率从80%提高至90%,R D F热处理产生的碳减排量在W t E场景总碳排放量中的占比从55%变化至71%;当R D F利用率从80%降低至70%,R D F热处理产生的碳减排量在总碳排放量中的占比从55%变化至38%㊂这表明R D F热处理技术产生的碳减排量随R D F利用率的增加而增大㊂2.4L M R S场景的碳减排量分析本文采用W t M场景和W t E场景的碳减排量,核算了我国生活垃圾填埋场相对于K D N S场景㊂单位质量M S W采用W t M场景或W t E场景的碳减排量如图7所示,图中计算公式用于核算W t M场景和W t E场景的碳减排量,其中:C为垃圾填埋场在W t M场景或W t E场景的碳减排量,P为填埋垃152第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用图6 单位质量M S W 采用W t E 场景碳排放量随R D F 的变化关系曲线图7 单位质量M S W 采用W t M 场景或W t E 场景的碳减排量圾采用K D N S 场景的量在填埋垃圾总量的比例,1-P 为填埋垃圾采用W t M 场景或W t E 场景的量在填埋垃圾总量的比例,C E 为填埋垃圾在W t M 场景或W t E 场景的总碳排放量,C K 为填埋垃圾K D N S 场景的总碳排放量㊂由图7可知,当填埋场单位质量垃圾全部采用W t M 场景时,其碳减排量达到最大,为-459~-495k g C O 2e q /t ㊂垃圾填埋场碳中和表现为其在W t M 场景或W t E 场景的碳减排恰好抵消其在K D N S 场景的碳排放,即填埋垃圾采用W t M 场景的量占填埋垃圾总量中的比例为19%~27%,或其采用W t E 场景的量占填埋垃圾总量中的比例为24%~33%,此时垃圾填埋场处于碳中和状态㊂3 结 论本文采用碳排放因子法构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,通过该模型核算和对比了单位质量生活填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景的碳排放量,分析了W t M 场景和W t E 场景碳排放的主要驱动因素与碳排放量的变化规律,评估了单位质量生活填埋垃圾在W t M 场景和W t E 场景的碳减排潜力㊂所得主要结论如下:a )生活垃圾填埋场单位质量垃圾采用W t M 场景的碳排放量低于W t E 场景,前者的碳减排潜力是后者的1.6倍㊂b )提高塑料回收率将显著提升W t M 场景的碳减排总量,提高R D F 热处理量(R D F 热值和利用率)有助于增加W t E 场景的碳减排总量,其中R D F 热值变化对W t E 场景的碳减排影响大于R D F 利用率变化对其碳减排影响㊂c )在填埋场K D N S 场景基准下,W t M 场景或W t E 场景将直接影响生活垃圾填埋场L M R S 场景的总碳减排量,另外垃圾填埋场类型也会影响总碳减排量㊂仅从碳减排潜力考虑,S i L 单位质量垃圾在W t M 场景的碳减排潜力最佳㊂d)减少垃圾填埋场生命周期碳排放的有效措施包括:加快垃圾稳定化,提前开展垃圾填埋场的开采;提高垃圾填埋场甲烷收集利用率,减少填埋气泄漏;提高垃圾再生利用技术和R D F热处理技术,降低处理过程中二氧化碳等温室气体排放㊂本文构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,可用于定量核算填埋场材料与能源多路径利用技术下的碳排放量㊂本文可为填埋场开采再利用路径的优选提供思路,也可为我国生活垃圾填埋场开采再利用的碳减排潜力评估提供参考㊂252浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷参考文献:[1]肖电坤.垃圾填埋场好氧降解稳定化模型及其应用[D].杭州:浙江大学,2023:3.[2]国家统计局.2020年城乡建设统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2021:53-60.[3]郭含文,徐海云,聂小琴,等.我国城乡生活垃圾处理温室气体排放清单研究[J].环境工程,2023,41(S2): 286-290.[4]仲璐,胡洋,王璐.城市生活垃圾的温室气体排放计算及减排思考[J].环境卫生工程,2019,27(5):45-48.[5]H o g l a n d W.R e m e d i a t i o n o f a n o l d l a n d s f i l l s i t e:S o i la n a l y s i s,l e a c h a t e q u a l i t y a n d g a s p r o d u c t i o n[J].E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d P o l l u t i o n R e s e a r c h,2002,9 (S1):49-54.[6]肖旭东.绿色建筑生命周期碳排放及生命周期成本研究[D].北京:北京交通大学,2021:2-6.[7]郑康琪,陈萍,邱鈺峰,等.生活垃圾腐殖土物化性质及资源化利用途径:以浙江省某高龄期填埋场为例[J].中国环境科学,2022,42(7):3254-3264. [8]白秀佳,张红玉,顾军,等.填埋场陈腐垃圾理化特性与资源化利用研究[J].环境工程,2021,39(2):116-120.[9]C a p p u c c i G M,A v o l i o R,C a r f a g n a C,e t a l.E n v i r o n m e n t a l l i f e c y c l e a s s e s s m e n t o f t h e r e c y c l i n g p r o c e s s e s o f w a s t e p l a s t i c s r e c o v e r e d b y l a n d f i l l m i n i n g [J].W a s t e M a n a g e m e n t,2020,118:68-78.[10]H u a n g T,T a n g Y T,S u n Y,e t a l.L i f e c y c l ee n v i r o n m e n t a l a n d e c o n o m i c c o m p a r i s o n of t h e r m a l u t i l i z a t i o n o f r e f u s e d e r i v e d f u e l m a n u f a c t u r e d f r o m l a n d f i l l e d w a s t e o r f r e s h w a s t e[J].J o u r n a l o fE n v i r o n m e n t a l M a n a g e m e n t,2022,304:114156.[11]J o n e s P T,G e y s e n D,T i e l e m a n s Y,e t a l.E n h a n c e d L a n d f i l l M i n i n g i n v i e w o f m u l t i p l e r e s o u r c e r e c o v e r y:a c r i t i c a l r e v i e w[J].J o u r n a l o f C l e a n e r P r o d u c t i o n, 2013,55:45-55.[12]S a n k a r C V R,M i c h e l e J,W a h i d u l B,e t a l.E n v i r o n m e n t a l i m p a c t e v a l u a t i o n o f l a n d f i l l m i n i n g o f l e g a c y w a s t e w i t h o n-s i t e s o r t i n g u s i n g l i f e c y c l e a s s e s s m e n t[J].E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d P o l l u t i o n R e s e a r c h,2023,30(11):30033-30047.[13]D a n t h u r e b a n d a r a M,V a n P a s s e l S,V a n d e r r e y d t I,e ta l.A s s e s s m e n t o f e n v i r o n m e n t a l a n d e c o n o m i c f e a s ib i l i t y o f E n h a nc ed L a n d f i l l M i n i n g[J].W a s te M a n a g e m e n t,2015,45:434-447.[14]Q u a g h e b e u r M,L a e n e n B,G e y s e n D,e t a l.C h a r a c t e r i z a t i o n o f l a n d f i l l e d m a t e r i a l s:s c r e e n i n g o f t h e e n h a n c e d l a n d f i l l m i n i n g p o t e n t i a l[J].J o u r n a l o f C l e a n e r P r o d u c t i o n,2013,55:72-83.[15]K a a r t i n e n T,S o r m u n e n K,R i n t a l a J.C a s e s t u d y o n s a m p l i n g,p r o c e s s i n g a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f l a n d f i l l e d m u n i c i p a l s o l i d w a s t e i n t h e v i e w o f l a n d f i l l m i n i n g[J]. J o u r n a l o f C l e a n e r P r o d u c t i o n,2013,55:56-66.[16]I n t e r g o v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n g e.C l i m a t eC h a n g e2007:S y n t h e s i s R e p o r t:A R4[R/O L].(2007-04-23)[2023-10-04].h t t p s:ʊw w w.i p c c.c h/s i t e/a s s e t s/u p l o a d s/2018/02/a r4_s y r_f u l l_r e p o r t.p d f.[17]E g g l e s t o n H S,B u e n d i a L,M i w a K,e t a l.2006I P C CG u i d e l i n e s f o r N a t i o n a l G r e e n h o u s e G a s I n v e n t o r i e s[M]. K a n a g a w a,J a p a n:I n s t i t u t e f o r G l o b a l E n v i r o n m e n t a l S t r a t e g i e s,2006:2.4-2.14.[18]陈云敏,刘晓成,徐文杰,等.填埋生活垃圾稳定化特征与可开采性分析:以我国第一代卫生填埋场为例[J].中国科学:技术科学,2019,49(2):199-211.[19]I n t e r g o v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n g e.2019 R e f i n e m e n t t o t h e2006I P C C G u i d e l i n e s f o r N a t i o n a l G r e e n h o u s e G a s I n v e n t o r i e s[R/O L].(2019-05-12) [2023-10-04].h t t p s:ʊw w w.r e s e a r c h g a t e.n e t/ p u b l i c a t i o n/333984998_2019_r e f i n e m e n t_t o_t h e_2006_ i p c c_g u i d e l i n e s_f o r_n a t i o n a l_g r e e n h o u s e_g a s_ i n v e n t o r i e s_v o l_1_c h a p t e r_6_q u a l i t y_a s s u r a n c e q u a l i t y_c o n t r o l_a n d_v e r i f i c a t i o n.[20]C a i B F,L o u Z Y,W a n g J N,e t a l.C H4m i t i g a t i o n p o t e n t i a l s f r o m C h i n a l a n d f i l l s a n d r e l a t e d e n v i r o n m e n t a lc o-b e n e f i t s[J].S c i e n c e Ad v a n ce s,2018,4(7):e a a r8400.[21]毛睿昌.基于L C A的城市交通基础设施环境影响分析研究:以深圳为例[D].深圳:深圳大学,2017:32.[22]W a n g X J,J i a M S,C h e n X H,e t a l.G r e e n h o u s e g a se m i s s i o n sf r o m l a n d f i l l l e a c h a t e t r e a t m e n t p l a n t s:A c o m p a r i s o n o f y o u ng a n d a g e d l a n d f i l l[J].W a s t e M a n a g e m e n t,2014,34(7):1156-1164. [23]中华人民共和国生态环境部.2019-2020年全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案(发电行业):国环规气候 2020 3号[A/O L].(2020-12-29)[2023-10-04].h t t p s:ʊw w w.m e e.g o v.c n/x x g k2018/x x g k/ x x g k03/202012/t20201230_815546.h t m l. [24]刘昱良,李姚旺,周春雷,等.电力系统碳排放计量与分析方法综述[J/O L].中国电机工程学报:1-16(2023-06-27)[2023-10-04].h t t p s:ʊd o i.o r g/10.13334/j. 0258-8013.p c s e e.223452.[25]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告:2019[M].北京:中国建筑工业出版社, 2019:11-12.[26]中华人民共和国国家发展和改革委员会.中国煤炭生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)[R/ O L].h t t p s:ʊw w w.n d r c.g o v.c n/x x g k/z c f b/t z/ 201502/W020190905507324625877.p d f.352第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

第49卷第2期2013年2月林业科学SCIENTIASILVAESINICAEVol.49,No.2Feb.,2013doi :10.11707/j.1001-7488.20130218收稿日期:2012-03-13;修回日期:2012-12-17。

基金项目:国家自然科学重大基金(61190114);国家“973”重点基础研究发展规划项目基金(2011CB302705);浙江农林大学青年创新基金项目(2009RC11)。

*周国模为通讯作者。

基于WSN 的土壤碳通量测量系统*徐林1莫路锋1,2宣子蔚3徐小军1王圣辉1周国模1(1.浙江农林大学环境与资源学院浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室临安311300; 2.西安交通大学电子与信息工程学院西安710049; 3.浙江大学信息与电子工程学系杭州310058)关键词:无线传感网络(WSN );CO 2传感器;土壤碳通量中图分类号:S757.3文献标识码:A文章编号:1001-7488(2013)02-0122-05System of Measuring Soil Carbon Flux Based on Wireless Sensor NetworkXu Lin1Mo Lufeng1,2Xuan Ziwei3Xu Xiaojun1Wang Shenghui1Zhou Guomo1(1.School of Environmental and Resources Science ,Zhejiang Agriculture and Forestry University Zhejiang Provincial Key Laboratory ofCarbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration Lin ’an 311300; 2.School of Electronic and Information Engineering ,Xi'anJiao-Tong UniversityXi'an 710049; 3.Department of Information and Electronic Engineering ,Zhejiang UniversityHangzhou 310058)Abstract :With GreenOrbs deployed in the forest based on the Wireless Sensor Network (WSN ),a new device(Lr100GE-6400)was developed in this study.Five sample points with remarkable different soil surface structure characteristics in the forest were chosen for comparing the results measured with the Lr100GE-6400and with Li-8100.Research results showed that the relative error of the Lr100GE-6400is less than 7%.Key words :wireless sensor network ;carbon dioxide sensor ;soil carbon fluxCO 2作为一种最重要的温室气体,其源、汇及通量的精确测量备受关注。

土壤呼吸是影响大气CO 2浓度变化的一个重要因素,通过土壤呼吸排放到大气中的CO 2大约为68PgC ·a -1,约占大气CO 2总量的10%(Raich et al.,1992;刘绍辉等,1997;高会议等,2009)。

但是,目前大范围准确地监测土壤CO 2通量仍然面临巨大挑战。

从20世纪50年代末开始,随着气相色谱(GC )技术的发明,测量CO 2通量的微气象学方法、静态和动态箱法(Swinbank ,1951;Raich et al.,1992;Vose et al.,1995;Davidson et al.,2002)被相继提出。

微气象学测定方法(利用通量塔进行观测)适于大范围、中长期定位观测,但是代价昂贵,需要定期维护,对于土壤CO 2通量的测量相对比较间接。

静态箱法分静态箱-碱液吸收法和静态箱-气相色谱法,在野外试验环境下静态箱-碱液吸收法十分不方便,测定结果常常偏低。

静态箱-气相色谱法需要配备价格昂贵、操作繁琐的气相色谱仪,不能满足野外大面积的测定(于贵瑞等,2003)。

动态箱法包括动态密闭箱法和动态开放箱法,其中动态开放箱法目前被认为是比较理想的方法(李凌浩等,1998),但设备主要靠从国外进口,价格比较昂贵,操作复杂,一次仅能做一个样地的监测,不便移动。

可见,这些方法都不能满足土壤碳通量的多点同步、长时间监测的需求。

无线传感器网络(wireless sensor network ,简称WSN )是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送回终端。

本研究借助已经部署的基于WSN 的森林生态传感网(GreenOrbs ),提出一种新的地表土壤CO 2通量测量方法,设计出土壤CO 2通量测量装置(Lr100GE-6400),并将该装置放入已经搭建好的GreenOrbs 无线传感器网络覆盖的研究区内与Li-8100同时对森林中选取的5个土壤表面结构特征差异明显的样地进行比较实测,为大范围的土壤CO 2通量精确监测提供技术支持。

第2期徐林等:基于WSN的土壤碳通量测量系统1研究区概况研究区位于浙江农林大学森林生态监测智能空间试验基地(119ʎ43'15ᵡ—119ʎ43'21ᵡE,30ʎ15'24ᵡ—30ʎ15'33ᵡN),位于浙江省西部,属中亚热带季风气候区,年均降水量1613.9mm,平均气温16.4ħ,全年日照时数1847.3h,森林覆盖率76.5%,红壤土分布最广。

该研究区搭建了用于森林生态长期大规模监测的无线传感器网络系统GreenOrbs,该系统采用以TelosB节点为基础的无线传感器网络,节点个数达到300个,覆盖面积达到2万m2。

研究区林分主要为人工阔叶次生林,主要树种有冬青(Ilex chinensis)、南酸枣(Choerospondias axillaris)、杜英(Elaeocarpus decipiens)、灯台树(Cornus controversa)、桂花(Osmanthus fragrans)、东南石栎(Lithocarpus glaber)、 木(Loropetalum chinense)、合欢(Albizzia julibrissin)、迎春樱(Cerasus discoidea)、大叶冬青(Ilex latifolia)和三角槭(Acer buergerianum)等。

2试验方法与设计2.1样点选取在浙江农林大学森林生态监测智能空间试验基地选取5个土壤表面结构特征差异明显的样点进行测量试验,样点间相互距离为30 40m。

2.2土壤CO2通量监测方法利用在研究区中已经搭建的以多类型传感器为节点的GreenOrbs无线传感器网络系统,研制出一种新的土壤表面CO2通量测量装置Lr100GE-6400,并将Lr100GE-6400和Li-8100放置在已经选取的5个土壤结构特征明显的样点上进行实地对比测量,这些样点均处于已经搭建好的GreenOrbs无线传感器网络覆盖的研究区内,其中Lr100GE-6400的测量结果能够依赖GreenOrbs无线传感器网络自动发送回实验室的终端,在终端上对测量数据进行分析后,将结果与Li-8100进行比较。

2.3Lr100GE-6400装置的工作原理Lr100GE-6400测量系统包括通讯、感知、显示和供电四大模块。

整个测量装置在GreenOrbs系统中相当于一个通讯节点,能够在GreenOrbs网络中通过多跳、自组织的方式发送本身或者转发其他样点上的装置感知的数据,形成回路,最终将感知数据发送回实验室的终端。

Lr100GE-6400装置的结构主要组成包括显示器、顶盖、支撑中盖和测量室基座等(图1)。

Lr100GE-6400装置的电路结构图如图2所示。

图1Lr100GE-6400CO2通量测量系统Fig.1Lr100GE-6400CO2flux measurementsystem图2电路结构Fig.2Circuit structure1)通讯模块通讯模块采用搭载在TelosB节点上的CC2420进行通讯。

CC2420是符合2.4GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器,选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求,可确保200m通信的有效性和可靠性。

TelosB节点能够发送或者转发数据。

在GreenOrbs网络中,Lr100GE-6400相当于一个节点,通讯模块将感知模块收集的数据向邻居装置发送,邻居装置接收到数据后再向相邻装置转发数据,最终数据通过多跳、自组织的方式发送到实验室终端。

本研究中采用的TelosB节点由杭州电子科技大学制作完成。

2)感知模块土壤通量的计算需要测定土壤表面的CO2浓度变化、地表的温湿度和大气压强。

Lr100GE-6400通过低功耗传感器获取所需数据,CO2传感器采用B-530红外二氧化碳传感器(目前最小、最轻的NDIR技术CO2传感器模块),温湿度传感器采用SHT11传感器(包括一个电容性聚合体测湿敏感元件和一个用能隙材料制成的测温元件),大气压传感器采用BT5611数字气压传感器(具有低功耗、高精度、高分辨率和响应时间快等特点),3种传感器均购自深圳蓝月测控技术有限公司。

3)显示模块液晶显示模块采用QC12864B321林业科学49卷汉字图形点阵液晶,可显示汉字及图形,内置8129个中文汉字(16ˑ16点阵)、128个字符(8ˑ16点阵)及64ˑ256点阵显示RAM (GDRAM )。

4)供电模块Lr100GE-6400采用容量为9800mA 的12V 锂离子可充电池YSD-12300对通讯模块、感知模块和显示模块进行供电。

工作状态下耗电量为20mA·h -1,休眠状态下耗电量为5mA ·h -1。

Lr100GE-6400采样周期可以进行动态调整,在每间隔1h 自动测量1次的情况下,电池可以持续供电7天。

相关文档
最新文档