本书以国家重大科学研究计划项目“我国活性氮源及其对空气质量与气候变化的影响机理研究”(2014CB953800)的研究成果为基础著作而成。也包括联合国环境署(UNEP)全球环境基金(GEF)资助的。由国际氮素行动计划(INI)组织实施的全球协作项目InternationalNitrogenManagementSystem(INMS)东亚示范区的部分研究内容。用于指导活性氮在陆地、海洋、大气和人类系统之间的流动形态及其通量的定量分析。全书分四部分。*部分(第1~2章)介绍活性氮的相关基本概念和定义及氮素形态转化的主要过程等基础知识。第二部分(第3章)介绍活性氮流动通量评估的不确定性和质量管理。第三部分(第4~18章)是全书的主体。介绍农田、草地、森林、畜禽养殖等15个系统的活性氮流动通量分析方法。第四部分(第19章)提供了全国尺度活性氮流动通量的分析案例。
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目录
前言
第1章 基本概念和定义 1
1.1 目标区域的物理边界 1
1.2 功能群和系统 2
1.3 活性氮和惰性氮 3
1.4 氮循环？转化？流动？通量 4
1.5 氮质量平衡 6
1.6 氮转换系数 7
1.7 活动水平数据 8
1.8 氮循环过程术语 8
参考文献 10
第2章 陆地生态系统氮素流动基本过程分析 11
2.1 生物固氮 11
2.2 大气氮沉降 12
2.3 脱氮作用 13
2.4 氨挥发 14
2.5 淋溶和径流输出 16
2.6 N2O 和NO 排放 17
2.7 氮积累 18
2.8 有机质燃烧 19
参考文献 19
第3章 不确定性和质量管理 21
3.1 对氮流动过程认知的局限性 21
3.1.1 活性氮来源 21
3.1.2 活性氮转化过程 23
3.1.3 活性氮流动模型 24
3.2 基础数据的不确定性 24
3.2.1 活动水平数据 24
3.2.2 氮含量数据 25
3.2.3 氮转换系数 26
3.3 质量管理 27
参考文献 28
第4章 农田系统 29
4.1 导言 29
4.2 系统描述 30
4.3 农田系统氮素流动模型 30
4.4 氮素输入 31
4.4.1 化学氮肥 31
4.4.2 大气氮沉降 33
4.4.3 生物固氮 33
4.4.4 人畜排泄物还田 34
4.4.5 秸秆还田 36
4.4.6 灌溉水 38
4.4.7 种子 39
4.4.8 污泥 41
4.5 氮素输出 41
4.5.1 作物收获 42
4.5.2 淋溶和径流 44
4.5.3 氨挥发 46
4.5.4 脱氮 47
4.5.5 N2O 排放 48
4.6 土壤储存 49
4.7 质量控制与保证 49
4.7.1 农田系统氮输入和输出的不确定性 49
4.7.2 减少不确定性的途径 52
参考文献 52
第5章 草地系统 55
5.1 导言 55
5.2 系统描述 56
5.3 草地系统氮素流动模型 56
5.4 氮素输入 56
5.4.1 化学氮肥 57
5.4.2 畜禽粪便 58
5.4.3 大气氮沉降 59
5.4.4 生物固氮 60
5.4.5 灌溉水 62
5.4.6 种子 63
5.5 氮素输出 63
5.5.1 牧草收获 64
5.5.2 淋溶和径流 66
5.5.3 氨挥发 67
5.5.4 脱氮 68
5.5.5 N2O 排放 69
5.6 土壤储存 69
5.7 质量控制与保证 69
5.7.1 草地系统氮素输入和输出的不确定性 69
5.7.2 减少不确定性的途径 70
参考文献 71
第6章 森林系统 73
6.1 导言 73
6.2 系统描述 74
6.3 森林系统氮素流动模型 74
6.4 氮素输入 74
6.4.1 大气氮沉降 75
6.4.2 生物固氮 75
6.4.3 化学氮肥输入 77
6.5 氮素输出 78
6.5.1 氨挥发 78
6.5.2 淋溶和径流 79
6.5.3 脱氮 80
6.5.4 森林系统N2O 排放 81
6.5.5 木材输出 82
6.6 森林系统储存 83
6.7 质量控制与保证 84
6.7.1 森林系统氮素输入和输出的不确定性 84
6.7.2 减少不确定性的途径 85
参考文献 85
第7章 畜禽养殖系统 88
7.1 导言 88
7.2 系统描述 89
7.2.1 系统的定义？内涵及其外延 89
7.2.2 畜禽养殖系统与其他系统之间的氮交换 90
7.3 畜禽养殖系统氮素流动模型 90
7.4 氮素输入 91
7.4.1 作物籽粒饲料 91
7.4.2 秸秆饲料及氨化 91
7.4.3 动物性饲料 92
7.4.4 食品加工副产物 93
7.4.5 餐厨饲料 96
7.4.6 牧草饲料 97
7.4.7 其他饲料 97
7.4.8 净进口饲料 98
7.4.9 活体进口 99
7.4.10 畜禽养殖系统氮素输入的其他算法 99
7.5 氮素输出 107
7.5.1 畜禽出栏 107
7.5.2 蛋奶产品 108
7.5.3 粪尿排泄 108
7.5.4 畜禽粪尿NH3挥发 113
7.5.5 畜禽粪尿脱氮 113
7.5.6 畜禽粪尿N2O 排放 114
7.5.7 畜禽粪尿淋洗 114
7.5.8 畜禽粪尿径流 115
7.5.9 畜禽粪尿还田 116
7.5.10 畜禽粪便燃料 116
7.5.11 死淘畜禽 118
7.5.12 畜禽活体 119
7.6 质量控制与保证 120
7.6.1 畜禽养殖系统氮输入和输出的不确定性 120
7.6.2 减少不确定性的途径 123
7.6.3 其他可提高质量？减少不确定性的因素 124
参考文献 124
第8章 水产养殖系统 127
8.1 导言 127
8.2 系统描述 128
8.2.1 系统的定义？内涵及其外延 128
8.2.2 水产养殖系统与其他系统之间的氮交换 128
8.3 水产养殖系统氮素流动模型 128
8.4 氮素输入 129
8.4.1 饵料 129
8.4.2 氮肥 131
8.4.3 大气氮沉降 131
8.4.4 野生捕捞 132
8.4.5 种苗投入 133
8.5 氮素输出 133
8.5.1 水产品收获 134
8.5.2 NH3 挥发 134
8.5.3 脱氮 135
8.5.4 N2O 排放 135
8.5.5 水平径流 136
8.5.6 系统氮累积 137
8.6 质量控制与保证 137
8.6.1 水产养殖系统氮输入和输出的不确定性 137
8.6.2 减少不确定性的途径 139
8.6.3 其他可提高质量？减少不确定性的因素 139
参考文献 139
第9章 城市绿地系统 142
9.1 导言 142
9.2 系统描述 143
9.2.1 系统的定义？内涵及其外延 143
9.2.2 城市绿地系统与其他系统间的氮交换 143
9.3 城市绿地系统氮素流动模型 143
9.4 氮素输入 144
9.4.1 绿地施肥 144
9.4.2 宠物粪便还绿地 146
9.4.3 大气氮沉降 147
9.4.4 生物固氮 147
9.5 氮素输出 148
9.5.1 园林绿化垃圾 148
9.5.2 城市绿地施肥和宠物粪便氮流失 149
9.6 质量控制与保证 150
9.6.1 城市绿地系统氮输入和输出的不确定性 150
9.6.2 减少不确定性的途径 151
参考文献 152
第10章 人类系统 155
10.1 导言 155
10.2 系统描述 156
10.2.1 系统的定义？内涵及其外延 156
10.2.2 人类系统与其他系统之间的氮交换 156
10.3 人类系统氮素流动模型 157
10.4 氮素输入 158
10.4.1 食物 158
10.4.2 日用品 161
10.4.3 燃料 161
10.5 氮素输出 163
10.5.1 NH3挥发 164
10.5.2 脱氮 166
10.5.3 N2O 排放 166
10.5.4 粪尿还田 167
10.5.5 粪尿直接排放 167
10.5.6 粪尿污水处理 168
10.5.7 污水渗漏 168
10.5.8 人体代谢的其他氮损失 169
10.5.9 餐厨饲料 169
10.5.10 垃圾处理 173
10.5.11 家庭消费含氮工业品废弃物 176
10.6 质量控制与保证 177
10.6.1 人类系统氮输入和输出的不确定性 177
10.6.2 减少不确定性的途径 181
参考文献 182
第11章 宠物系统 186
11.1 导言 186
11.2 系统边界 186
11.3 宠物系统氮素流动模型 187
11.4 氮素输入 187
11.4.1 猫和狗饲料 187
11.4.2 猫和狗的数量 188
11.4.3 猫和狗的体重 188
11.4.4 猫和狗的单位体重需氮量 188
11.4.5 活动水平数据 188
11.5 氮素输出 188
11.5.1 草坪粪便 189
11.5.2 粪便垃圾 189
11.6 氮素积累 190
11.7 质量控制与保证 190
参考文献 190
第12章 工业过程和能源系统 192
12.1 导言 192
12.2 系统描述 193
12.2.1 系统的定义？内涵及其外延 193
12.2.2 工业过程和能源系统与其他系统之间的氮交换 193
12.3 工业过程和能源系统氮素流动模型 194
12.4 氮素输入 194
12.4.1 合成NH3 195
12.4.2 农产品原料 195
12.4.3 畜禽产品原料 196
12.4.4 林产品 197
12.4.5 化石燃料 197
12.5 氮素输出 198
12.5.1 食品 198
12.5.2 饲料 199
12.5.3 化学氮肥 200
12.5.4 日用品 200
12.5.5 废水 202
12.5.6 废气N2排放 205
12.5.7 废气NOx排放 207
12.5.8 NH3排放 208
12.5.9 N2O 排放 210
12.5.10 固体废弃物 215
12.6 质量控制与保证 216
12.6.1 工业过程和能源系统氮输入和输出的不确定性 216
12.6.2 减少不确定性的途径 221
参考文献 221
第13章 固体废弃物系统 224
13.1 导言 224
13.2 系统描述 225
13.2.1 系统的定义？内涵及其外延 225
13.2.2 固体废弃物系统与其他系统间的氮交换 226
13.3 固体废弃物系统氮素流动模型 226
13.4 氮素输入 227
13.4.1 畜禽产品 227
13.4.2 生活垃圾 228
13.4.3 工业品废弃物 228
13.4.4 宠物粪便垃圾 228
13.4.5 园林绿化垃圾 228
13.4.6 污泥 228
13.5 氮素输出 228
13.5.1 垃圾堆弃 229
13.5.2 垃圾填埋 229
13.5.3 填埋渗滤液 231
13.5.4 固体废弃物处理N2O 排放 232
13.5.5 固体废弃物系统NH3排放 234
13.5.6 垃圾NOx排放 235
13.5.7 固体废弃物处理脱氮 237
13.5.8 垃圾堆肥 238
13.6 质量控制与保证 240
13.6.1 固体废弃物系统氮素输入和输出的不确定性 240
13.6.2 减少不确定性的途径 242
参考文献 243
第14章 污水处理系统 246
14.1 导言 246
14.2 系统边界 246
14.3 污水处理系统氮素流动模型 247
14.4 氮素输入 247
14.4.1 生活污水 247
14.4.2 城市雨水 247
14.4.3 垃圾填埋渗滤液 248
14.5 氮素输出 248
14.5.1 污水渗漏到地下 248
14.5.2 N2O 排放 248
14.5.3 NH3排放 248
14.5.4 污泥处理 249
14.5.5 污水处理排放 249
14.5.6 N2排放 249
14.6 质量控制与保证 250
参考文献 250
第15章 地表水系统 252
15.1 导言 252
15.2 系统边界 253
15.3 地表水系统氮素流动模型 253
15.4 氮素输入 253
15.5 氮素输出 254
15.5.1 农田灌溉 254
15.5.2 N2O 排放 254
15.5.3 排海输出 254
15.5.4 N2排放 255
15.6 氮素积累 256
15.7 质量控制与保证 256
参考文献 257
第16章 地下水系统 258
16.1 导言 258
16.2 系统边界 259
16.3 地下水系统氮素流动模型 259
16.4 氮素输入 259
16.5 氮素输出 259
16.6 氮素积累 260
16.7 质量控制与保证 260
参考文献 261
第17章 近海海域系统 262
17.1 导言 262
17.2 系统描述 264
17.2.1 系统的定义？内涵及其外延 264
17.2.2 近海海域系统与其他系统之间的氮交换 264
17.3 近海海域系统氮素流动模型 265
17.4 氮素输入 266
17.4.1 大气氮沉降 266
17.4.2 河流输入 267
17.4.3 污水排海 267
17.4.4 海水养殖氮输入 268
17.4.5 生物固氮 268
17.5 氮素输出 270
17.5.1 脱氮 270
17.5.2 N2O 排放 271
17.5.3 颗粒态氮沉积 273
17.5.4 海水养殖和海洋捕捞 274
17.5.5 系统积累和远洋输出 274
17.6 质量控制与保证 274
17.6.1 近海海域系统氮输入和输出的不确定性 274
17.6.2 减少不确定性的途径 277
参考文献 277
第18章 大气系统 282
18.1 导言 282
18.2 系统边界 283
18.3 大气系统氮素流动模型 283
18.4 氮素输入 284
18.5 氮素输出 284
18.5.1 大气氮沉降 284
18.5.2 输出到区域外 285
18.6 氮素积累 285
18.6.1 计算过程 285
18.6.2 大气活性氮浓度 286
18.7 质量控制与保证 286
参考文献 286
第19章 中国氮素流动分析案例 288
19.1 案例背景 288
19.2 我国主要活性氮输入 289
19.3 系统尺度氮循环过程 290
19.3.1 工业过程和能源系统 291
19.3.2 农田系统 291
19.3.3 畜禽养殖系统 292
19.3.4 人类系统 292
19.3.5 大气和水体系统 293
19.3.6 其他系统 294
19.4 活性氮的系统损失和积累 294
19.5 不确定性 294
19.6 与美国和欧盟的氮通量及其健康成本比较 295
19.7 中国活性氮管理: 挑战和机遇 296
参考文献 297
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