落地原油对芦苇温地生态工程净化系统影响

以芦苇湿地为介质净化石油开采过程中落于地面的原油,研究了中试条件下芦苇湿地的净化效果及落地原油对土壤和芦苇介质的影响。结果表明：芦苇湿地对不同施入剂量的落地原油都有较好的净化率,在试验运行期内,芦苇湿地对矿物油的净化率高达88％－96％。落地原油对土壤的污染基本局限于表层,对深层土壤的污染趋势并不明显,一般40－60cm土层的矿物油含量已接近或低于对照区表层土的背景值;落地原油对芦苇生长指标的影响表现出两面性,一方面抑制芦苇的叶龄指数和株高生长量,另一方面又能刺激芦苇的长粗、增加芦苇的生物量;落地原油对纤维素、木质素、戊糖、纤维素宽及纤维素长宽比等芦苇品质指标的影响很小,一些指标甚至优于对照区。     

鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子

在南矶湿地国家级自然保护区设置采样带,对鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子进行了研究。结果表明:1)湿地土壤0～15、15～30、30～50cm有机碳含量分别为1.07%～3.52%、0.31%～1.96%、0.27%～0.92%,有机碳含量自表层以下急剧降低。2)湿地土壤0～50cm有机碳密度变化范围为3.02～10.19kg·m-2,其中,表层0～15cm约占42.5%～72.6%;土壤有机碳含量、碳密度均以苔草植物群落最高,其他依次为南荻群落、南荻+苔草群落、芦苇群落、水蓼群落。3)土壤水分与植物生物量是鄱阳湖湿地土壤有机碳分布的2个主要影响因子,土壤水分能解释湿地表层0～15cm有机碳40%的变异,总生物量则能解释28%的土壤有机碳变异。4)鄱阳湖湿地碳密度与长江中下游地区的湖泊湿地类型具有较好的可比性,远低于若尔盖、三江平原等冷区泥炭湿地类型。     

黄河口咸淡水交互作用对芦苇湿地土壤有机碳空间分异的影响

河口湿地具有显著的咸淡水交互特征和长期持续的固碳能力。本研究以黄河口咸淡水交互区芦苇湿地作为研究对象,在弱强度交互区、中等强度交互区、较高强度交互区和高强度交互区布设60个研究点位,分析咸淡水交互作用对土壤有机碳空间分异的影响。结果表明：黄河口咸淡水交互区芦苇湿地面积占比为17.8%,主要分布在弱强度交互区和中等强度交互区。咸淡水交互区芦苇湿地0～60 cm土层有机碳含量在1.09～3.65 g·kg^-1,有机碳密度在1.85～5.84 kg·m^-2,有机碳总储量为(17.32±3.64)×10⁴ t,有机碳含量与密度均随着咸淡水交互作用的增强而降低。咸淡水交互区分区间表层土壤有机碳含量差异显著,随着咸淡水交互强度的增大,表层土壤有机碳含量明显减低。有机碳密度与土壤有机碳、总氮、铵态氮及生物量呈显著正相关,而与盐离子、土壤容重、pH及电导率呈显著负相关。0～30 cm土层有机碳储量占0～60 cm土层有机碳储量的50.9%～64.2%,0～60 cm土层有机碳储量占0～400 cm土层有机碳总储量的19.1%～37.7%...     

城市沿江土地覆被变化对土壤有机碳和轻组有机碳的影响

采用Vario EL III型元素分析仪,2007年7月分析了福州城市沿江3种土地覆被类型（芦苇湿地以及草坪和片林）土壤有机碳（SOC）与轻组有机碳（LFOC）的垂直分布特征.结果表明：3种土地覆被类型SOC和LFOC含量均表现为在土壤表层富集并向下层递减的趋势,且人工绿地在土壤剖面（0～60 cm）不同层次的SOC和LFOC含量均显著高于沿江芦苇湿地,其中,草坪0～20 cm土层的SOC含量显著高于片林;沿江芦苇湿地转为草坪和片林后,其SOC储量分别增加了94.8%和72.0%,LFOC储量分别增加了225%和93%;城市沿江湿地转变为城市人工绿地后,因植物物种、密度以及周期性人工管理等变化,使土壤质量得以改善、SOC和LFOC储量增加,其中LFOC对土地覆被变化的响应较SOC敏感,以表层(0～20 cm)土壤LFOC受到土地利用/覆地变化的影响最大.     

无瓣海桑与芦苇两种湿地系统对N、P净化作用比较

比较研究了芦苇和无瓣海桑湿地系统的净化效应,分季节采样测定;了两系统中的水、土壤、植物样品进行N、P含量及相关指标。结果表明:两系统水体中秋冬季的污染比较严重,而无瓣海桑对水体中N、P的净化效果优于芦苇系统,尤其是在冬季;夏季土壤对N、P的吸附力比冬季时强,夏季无瓣海桑土壤中N含量低于芦苇,冬季则相反,无瓣海桑系统土壤对P的吸附作用也强于芦苇系统;不论在冬季还是夏季,无瓣海桑湿地系统的净化效果都要好于芦苇系统,芦苇对N的富集作用比对P的强,而无瓣海桑对P元素的富集作用相对较强。     

褐家鼠挖掘活动对上海九段沙湿地植物群落与土壤水盐的影响

上海九段沙是长江口的新生岛洲,目前处于草本植物群落演替阶段。为了探讨登岛褐家鼠的挖掘活动对九段沙湿地植物群落与土壤水盐的影响,我们调查了褐家鼠洞穴区的植物盖度、密度、高度、重要值、物种丰富度、物种均匀度、物种多样性、表层土壤含水量和电导率等与对照区的差异;同时,通过调查褐家鼠洞穴与潮沟在空间位置上的关系探讨了褐家鼠的栖息地选择策略。结果表明:在单一芦苇群落中,洞穴区芦苇的高度和盖度显著低于对照;在芦苇和海三棱藨草混合群落中,洞穴区芦苇的密度、相对密度、重要值和群落总盖度显著低于对照,而洞穴区海三棱藨草的密度、盖度、相对密度、相对高度和重要值显著高于对照;在碱菀和互花米草优势群落中,洞穴区碱菀的相对密度、相对盖度、重要值和群落的物种多样性指数显著高于对照,而互花米草的密度和盖度、芦苇的盖度、高度和相对盖度以及群落总盖度显著低于对照。距洞穴区中心区域洞口不同距离梯度的表层土壤含水量和电导率差异均显著。褐家鼠偏向于将洞穴营造在邻近潮沟处,这有利于提高褐家鼠在九段沙湿地的适应能力。褐家鼠的挖掘活动有利于增加碱菀和互花米草优势群落的物种多样性,会降低植物群落总盖度和表层土壤的水盐含量,对九段沙湿地植物群落的组成与演替具有重要影响。     

滩涂湿地蟹类活动对表层土壤的扰动效应

为探究在不同植物群落中的大型底栖动物无齿螳臂相手蟹(Chiromantes dehaani)对滨海滩涂湿地表层土壤的生物扰动效应, 在江苏大丰糜鹿国家级自然保护区第三核心区的滩涂湿地潮坪区, 春季末期在潮沟附近的互花米草(Spartina alterniflora)群落、白茅(Imperata cylindrica)群落、芦苇(Phragmites australis)群落3个植物群落中, 分别设置多蟹围隔区、少蟹围隔区和无围隔区, 冬季采集并检测处理后围隔区蟹洞数量、土壤的理化性质及植物生物量等生态指标, 分析底栖动物对表层土壤的扰动效应。研究发现: 互花米草及白茅群落中土壤总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量在多蟹区显著低于少蟹区, 蟹丘土壤的TOC及TN含量显著高于多蟹区表层土壤; 而在芦苇群落中则相反。互花米草群落多蟹区土壤C/N、白茅群落多蟹区土壤C/N及C/P显著低于少蟹区, 芦苇群落不显著。互花米草群落蟹穴数量与植物生物量呈显著正相关。研究结果显示, 相手蟹扰动降低了互花米草及白茅植物群落表层土壤的有机质稳定性, 加速碳氮分解, 降低表层土壤的碳氮含量, 并促进互花米草植物生物量的增长, 但对芦苇群落表层土壤扰动的影响则相反。     

辽东湾芦苇湿地对陆源营养物质净化作用的初步研究

通过廊道系统自净和ｌｙｓｉｍｅｔｅｒ汉滤实验进行了辽东湾芦苇湿地对陆源营养物质净化作用的初步研究,结果表明,营养物质Ｎ、Ｐ和ＣＯＤｃｒ在廊道系统中的自净率为４１．７－６４．７１％,不同深度的土壤－芦苇系统对陆源营养物质Ｎ、Ｐ和ＣＯＤｃｒ的净化率为６０．０％－７５．９２％,Ｎ、Ｐ营养物质经湿地系统地滤后可满足海水水质２类标准,通过收获地上部生物量可使营养物质在陆地和湿地之间形成良性循环,不会造成污染     

滨河湿地不同植被对农业非点源氮污染的控制效果

滨河湿地作为连接河流水体和陆地的一个功能过渡界面区,是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带,也是保护河流水体的最后一道屏障,对水质净化和农业非点源污染控制起着非常重要的作用。以黄河湿地国家自然保护区孟津扣马段为研究对象,采取野外定位观测试验和稳定同位素示踪(人工富集15N源的同位素稀释法)相结合的方法,研究了滨河湿地土壤对农业非点源氮的持留作用、渗漏到地下水中的农业非点源氮和湿地不同植被对滞留在土壤中的农业非点源氮的吸收作用。结果显示:通过地表径流进入滨河湿地的农业非点源氮在3个实验样方的垂向和侧向都发生了渗漏。滨河湿地土壤对农业非点源氮的滞留作用主要发生在0—10cm,相当于一个过滤器的功能。3种受试植被土壤表层的滞留量为芦苇(0.045mg/g)藨草(0.036mg/g)水烛(0.032mg/g),分别占到土壤滞留氮的59.2%、56.3%和56.1%。滞留在土壤中的农业非点源氮污染存在一个相对较长的效应。滨河湿地特殊的氧化还原条件导致强烈的土壤微生物反硝化作用以及滨河湿地植被对氮素的吸收作用,使得0-10cm土层土壤外源氮变化速度最快,1个月后,滞留芦苇、水烛、藨草样方中15N下降了77.8%、68.8%和8.3%;3个月后,芦苇、藨草、水烛样方中的15N下降了93.3%、72.2%和37.5%。滨河湿地复杂的水文过程,使得滞留在土壤表层的农业非点源氮迁移转化更为复杂多变。监测数据显示,在实验设计的浓度和强度范围内农业非点源氮没有对地下水造成影响。不同植被和同一植物的不同生长时期对滞留在土壤中氮的吸收能力差别较大,吸收量依次为芦苇嫩芽(9.731mg/g)老芦苇(4.939mg/g)藨草(0.620mg/g)水烛(0.186mg/g)。通过对生物量计算得出滨河湿地芦苇、水烛和藨草对农业非点源氮的吸收能力分别为氮吸收量96.11、3.76、0.32kg/hm2。可见,滨河湿地作为连接河流与陆地的缓冲带,通过截留、过滤、植物吸收等过程能有效的削减农业非点源氮对临近地表水体污染,对农业非点源氮污染控制起着非常重要的作用。合理的滨河湿地保护与利用模式对河流水环境保护具有重要的意义。     

5种湿地植物对生活污水净化效果研究

选择芦苇、水葱、千屈菜、扁秆藨草、长苞香蒲5种常见湿地植物分别构建人工湿地小试系统,测试它们对生活污水的净化作用,分析污水净化过程中氮磷元素在植物体内和土壤中的动态分布,以明确各湿地植物对污水的综合净化能力。结果表明:（1）5种湿地植物对生活污水中的CODcr、铵态氮、总氮和总磷的去除效果显著高于无植物对照;随处理时间延续,污水中CODcr、铵态氮、总氮和总磷浓度均呈下降趋势,定植土壤中的总氮和总磷含量呈先上升后下降的变化趋势。（2）5种植物能够吸收污水中89.7%～97.9%的磷元素,污水中剩余的磷元素量较少（2.1%～10.3%）;污水中氮元素在植物体、污水和土壤中分布因植物种类不同有很大差别,芦苇、水葱和长苞香蒲可吸收污水中76.1%～83.4%的大部分氮元素,而千屈菜和扁秆藨草对氮元素吸收量较少（分别为45.0%和46.8%）,在污水和土壤中滞留的氮元素较多（21.7%～31.6%）。（3）5种植物对氮元素的积累能力显著大于对磷元素的积累能力;5种湿地植物对生活污水的综合净化能力差异较大,从强到弱依次为芦苇＞长苞香蒲＞水葱＞扁秆藨草＞千屈菜。     

辽宁省能源消费与经济增长的灰色关联

我国能源消费与经济增长的矛盾日益突出.辽宁省是我国重工业基地和能源消耗大省,经济发展对能源依赖性强,能源供不应求的状态日益显著.为了深入了解辽宁省能源消费与经济增长的关系,提出科学的低碳发展建议,本文基于2000—2012年辽宁省能源消费与经济增长相关数据,应用灰色关联分析,分别对辽宁省能源消费产业和能源消费品种与经济增长的相关性进行实证分析.结果表明: 在各产业能源消费中,批发零售业和住宿餐饮业能源消费量很少,但与经济增长的关联程度最大,工业消费量最大,却与经济增长的关联度较弱;在能源消费品种中,石油和水电能源消费量与经济增长的灰色关联度显著,但煤炭能源消费量与经济增长的关联度不显著,表明煤炭的利用效率低.为实现低碳可持续发展,辽宁省应转变经济增长方式、调整产业结构、优化能源结构、提高能源利用效率,特别是应大力发展生产性服务业,推进清洁能源和可再生能源的开发.     

基于碳足迹研究的中国地区工业低碳转型——以山东省为例

行业的低碳发展是工业低碳转型的目标,以工业部门为对象,应用脱钩效应和面板模型分析行业能源消费的碳足迹,对深入研究地区工业低碳转型具有重要现实意义。以山东省为例,分析工业能源消费碳足迹的1997年至2012年样本数据,将工业部门分为高耗能行业、其他行业、战略性新兴行业,展开研究,结果表明:(1)自20世纪90年末代开始节能降耗,山东省工业呈现强负"脱钩"、强"脱钩"、扩张负"脱钩"和弱"脱钩"交替发生,表明对工业节能降耗调控波动大,不利于工业部门均衡有序发展;(2)高耗能行业是能耗大户,高耗能行业与工业在绝大部分年份的脱钩状态相同,表明高耗能行业主导工业总体脱钩状态,是节能减排的主要对象;随着节能降耗的深入,相关政策趋紧,碳足迹边际成本不断升高,应关注锁定效应大的火电行业和碳足迹边际成本高的化学工业;(3)其他行业包含行业多,但总体能耗水平不高,随着节能减排的开展和行业持续发展,能耗将增加,必将承担更多的节能减排,需要关注锁定效应强的金属制品业发展,推动碳生产力系数高的食品饮料业发展;(4)战略性新兴行业碳锁定效应最弱、碳足迹边际成本最低和碳生产力系数最高,是国家大力倡导发展的行业;由于基数低,对工业碳排放态势影响极其有限,应大力推动碳锁定效应弱的新一代信息技术产业、碳足迹边际成本低的新材料行业、碳生产力系数高的节能环保业和新材料行业。     

Pretreatment of woody biomass for biofuel production: energy efficiency, technologies, and recalcitrance

This mini review discusses several key technical issues associated with cellulosic ethanol production from woody biomass: energy consumption for woody biomass pretreatment, pretreatment energy efficiency, woody biomass pretreatment technologies, and quantification of woody biomass recalcitrance. Both total sugar yield and pretreatment energy efficiency, defined as the total sugar recovery divided by total energy consumption for pretreatment, should be used to evaluate the performance of a pretreatment process. A post-chemical pretreatment wood size-reduction approach was proposed to significantly reduce energy consumption. The review also emphasizes using a low liquid-to-wood ratio (L/W) to reduce thermal energy consumption for any thermochemical/physical pretreatment in addition to reducing pretreatment temperature.     

面向低碳城市建设的建筑运行能耗驱动机理研究进展

城市快速扩张的同时,不断增大的建筑存量、建筑运行能耗及相应的碳排放成为制约城市可持续发展的重要因素。为实现节能降耗,有必要对建筑能耗碳排放的驱动机理进行深入探究。已有研究从不同角度对建筑运行能耗碳排放的影响要素和驱动机理进行了分析论证,但仍缺乏系统综述从而难以为建筑节能降耗提供全面指导。本文基于“社会-经济-自然”复合生态系统理论,对驱动建筑能耗碳排放的复合机理进行综合论述;在此基础上,从社会经济、建筑体特征、区域气候/微气候等视角,整合并剖析了不同单源要素的建筑能耗碳排放驱动机理;最后,总结了当前城市建筑能耗驱动机理研究领域存在的不足,并对未来发展进行了展望。本文对建筑能耗碳排放驱动机理的系统梳理和总结,对相关研究具有重要的参考价值,对低碳城市建设亦具有重要的科技支撑作用。     

Bioenergetics of an ecotechnical system of laying hen farms

Solar energy, fodder energy, microclimate optimization energy as well as technological process energy were defined as energy flows entering an egg production ecotechnical system. Nutrition biomass, chemical bond energy (eggs) and dung energy were estimated. Two criteria for energy consumption assessment were introduced: energy (kJ) consumed per unit of product and energy (kJ) consumed per unit of energy. Five fowl breeds were investigated. Restructuring in poultry farming was viewed with respect to the introduction of high performance breeds with low values of energy consumption. Elimination of systematic stress (abrupt transition of light intensity) reduced energy consumption in egg production. Methane fermentation parameters were optimized experimentally under laboratory conditions using a mathematical model. Dung biogas introduced an average of 25.75–29.52 MJ per bird into the observed system.     

Energy efficiency of information transmission by electrically coupled neurons

The generation of spikes by neurons is energetically a costly process. This paper studies the consumption of energy and the information entropy in the signalling activity of a model neuron both when it is supposed isolated and when it is coupled to another neuron by an electrical synapse. The neuron has been modelled by a four-dimensional Hindmarsh–Rose type kinetic model for which an energy function has been deduced. For the isolated neuron values of energy consumption and information entropy at different signalling regimes have been computed. For two neurons coupled by a gap junction we have analyzed the roles of the membrane and synapse in the contribution of the energy that is required for their organized signalling. Computational results are provided for cases of identical and nonidentical neurons coupled by unidirectional and bidirectional gap junctions. One relevant result is that there are values of the coupling strength at which the organized signalling of two neurons induced by the gap junction takes place at relatively low values of energy consumption and the ratio of mutual information to energy consumption is relatively high. Therefore, communicating at these coupling values could be energetically the most efficient option.     

Studies on the mechanism of oxidative phosphorylation. Flow-force relationships in mitochondrial energy-linked reactions

The relationship between the steady-state level of membrane potential (delta psi) and the rates of energy production and consumption has been studied in mitochondria and submitochondrial particles. The energy-linked reactions investigated were oxidative phosphorylation (with NADH, succinate, and beta-hydroxybutyrate as respiratory substrates) and nucleoside triphosphate-driven transhydrogenation from NADH to NADP and uphill electron transfer from succinate to NAD. Results have shown the following. 1) Attenuation of the rates of the energy-producing reactions results in a parallel change in the rates of the energy-consuming reactions with little or no change in the magnitude of steady-state delta psi. 2) At low rates of energy production and consumption, steady-state delta psi decreases. However, this is due largely to the energy leak of the system which lowers static-head delta psi when the rate of energy production is slow. 3) When the rate of energy production and static-head delta psi are held constant, and the rate of energy consumption is diminished by partial inhibition or the use of suboptimal conditions (e.g. subsaturating substrate concentrations), then even a small decrease in the rate of energy consumption results in an upward adjustment of the level of steady-state delta psi. The lower the rate of energy input, the greater the upward adjustment of steady-state delta psi upon suppression of the rate of energy consumption. 4) The above results have been discussed with regard to the role of bulk-phase delta mu H+ or delta psi in the mitochondrial energy transfer reactions.     

京津冀城市群能源供需与城市化的关系模式

城镇化发展加剧了城市对能源的消耗,进而加剧了能源供需不平衡,这种不平衡已经成为限制城镇化发展的重要因素。目前,城市群作为我国城镇化发展的重要形式,充分发挥城市群的协同效应以减缓能源供需矛盾,对实现区域可持续发展具有重要意义。研究以京津冀城市群为例,从地级市尺度系统地核算了2001—2015年能源供应和需求量,并采用ward聚类方法划分3种不同类型的能源供求特征,并分析了每种类型的能源供需特征差异。同时,以能源供需比值表示供需差异并进行了比较。在此基础上,采用多指标综合分析方法进一步探讨了能源供需与城市化的关系模式。结果表明:(1)京津冀城市群不同城市能源的供求特征及变化存在明显的时空差异。一方面,从能源供给特征来看,年平均能源生产量较高的城市(天津市)能源产量由上升转变为平缓变化趋势,而低产城市(石家庄市)呈不稳定的变化趋势,两类城市平均能源产量相差2497.66万t标准煤;另一方面,从能源需求特征来看,北京、天津市等能源高耗城市能源消费近年来趋于下降趋势,而低耗型城市(沧州市)近年来呈波动变化,二者平均差值为4752.49万t标准煤;(2)基于能源供需比值,京津冀城市群所有城市均表现为能源供不应求,且不同城市能源供需缺口差异明显。其中,天津市能源供给能力最强,但其生产量却不及自身消费量的65%,而供给能力相对最弱的城市保定市,其能源需求几乎完全依赖外部能源供给;(3)城市能源供需与城市化水平之间关系不完全一致。研究对能源供需模式与城市化模式不一致的城市,划分了先进型和滞后型两种关系模式。对于先进型的城市,主要有北京市、沧州市和廊坊市,它们的城市化水平相对较高,分析认为其能源开发利用相对集约;而属于滞后型的城市,包括唐山市、邯郸市和邢台市,其城市化水平偏低,分析认为这类城市能源开发利用效率低、发展方式相对粗放,是城市群能源效率提升的重点。本研究旨在为今后的城市群能源规划提供科学依据,建议北京市等能源相对集约型城市带动唐山市等发展方式粗放、落后的城市,以提高京津冀城市群整体的能源效率。     

生物制氢——能源、资源、环境与经济可持续发展策略

人类面临能源危机、资源短缺、环境污染的严峻挑战,开发新的能源,合理利用资源并保护生态环境势在必行。氢能具有清洁、高效、可再生的特点,是未来重要的新能源物质。生物制氢技术利用可再生资源,特别是可利用工农业有机废弃物产氢,效率高,能耗低,污染少,成本低,具有巨大的发展潜力。本文简要阐述生物制氢技术及其发展状况,提出我国发展生物制氢技术,实现能源、资源、环境与经济可持续发展的政策建议。     

Comparative metabolic analysis of lactate for CHO cells in glucose and galactose

t-PA producing CHO cells have been shown to undergo a metabolic shift when the culture medium is supplemented with a mixture of glucose and galactose. This metabolic change is characterized by the reincorporation of lactate and its use as an additional carbon source. The aim of this work is to understand lactate metabolism. To do so, Chinese hamster ovary cells were grown in batch cultures in four different conditions consisting in different combinations of glucose and galactose. In experiments supplemented with glucose, only lactate production was observed. Cultures with glucose and galactose consumed glucose first and produced lactate at the same time, after glucose depletion galactose consumption began and lactate uptake was observed. Comparison of the metabolic state of cells with and without the shift by metabolic flux analysis show that the metabolic fluxes distribution changes mostly in the reactions involving pyruvate metabolism. When not enough pyruvate is being produced for cells to support their energy requirements, lactate dehydrogenase complex changes the direction of the reaction yielding pyruvate to feed the TCA cycle. The slow change from high fluxes during glucose consumption to low fluxes in galactose consumption generates intracellular conditions that allow the influx of lactate. Lactate consumption is possible in cell cultures supplemented with glucose and galactose due to the low rates at which galactose is consumed. Evidence suggests that an excessive production and accumulation of pyruvate during glucose consumption leads to lactate production and accumulation inside the cell. Other internal conditions such as a decrease in internal pH, forces the flow of lactate outside the cell. After metabolic shift the intracellular pool of pyruvate, lactate and H⁺ drops permitting the reversal of the monocarboxylate transporter direction, therefore leading to lactate uptake. Metabolic analysis comparing glucose and galactose consumption indicates that after metabolic shift not enough pyruvate is produced to supply energy metabolism and lactate is used for pyruvate synthesis. In addition, MFA indicates that most carbon consumed during low carbon flux is directed towards maintaining energy metabolism.