光生物反应器脱除空气中CO2的模型研究

微藻光生物反应器具有脱除空气中CO_2能力。从光生物反应器构型、进气流速、混合传质,及微藻光合/呼吸速率等方面,探讨气升式光生物反应器脱除空气中CO_2效果,提出了时间离散化和集中参数法两种分析方法。运用集中参数法建立了气升式柱型光生物反应器脱除CO_2的数学模型,模拟了藻液中溶氧浓度(DO)、pH随时间的变化情况,及进气CO_2浓度影响,预测并验证了光照条件下出气CO_2、O_2浓度的变化趋势。模拟结果和实验数据基本吻合,所提出的模型对光生物反应器的优化设计、微藻的高密度培养,及CO_2去除能力预测具有参考意义。     

微藻固定CO2研究进展

空气中CO₂ 浓度升高所导致的温室效应已成为重大的环境问题 ,受到人们普遍关注。概述了高效固定CO₂ 微藻藻种的筛选和培养方法 ,分析了微藻固定CO₂ 的无机碳利用形式和浓缩机制 ,讨论了高效光生物反应器设计和运行目标 ,简要介绍了微藻 (酶 ) 膜生物反应器集成新技术。并认为今后的研究方向主要是在进一步探索微藻固定CO₂ 有关机理的基础上 ,构建高效固定CO₂ 的转基因微藻 ,开发高效膜生物反应集成系统。     

超临界CO2技术萃取蛋黄磷脂

采用新型物理分离技术──超临界CO₂萃取法,提取天然蛋黄粉中的磷脂.在40MPa,先去除蛋黄粉中甘油三酯和胆固醇,再萃取磷脂.结果显示,磷脂纯度为95%,N/P比值为1.003,λ_max=214nm,薄层层析显示磷脂着色点清晰,并去除了绝大部分甘油三酯和胆固醇.此法操作简单、产品质量高、安全和不污染环境,还可得到天然纯蛋黄油和蛋白.     

生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响

采用土柱室内模拟的方法,通过添加0%、0.5%、2%、4%、6%、8%生物黑炭于土壤中,测定土壤CO2、CH4、N2O排放通量,探讨生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响。结果表明:室内模拟土柱培养期内,施用生物黑炭能显著增加CO2排放,且生物黑炭添加百分数(x)与CO2累积排放量(y)之间满足线性方程:y=12.591x+235.02(R2=0.834,n=24);当生物黑炭添加量达到2%及以上时,基本抑制了CH4的排放和显著减少土壤N2O排放,并显著减少CH4和N2O的综合温室效应,当其达到4%以上时,CH4和N2O的综合温室效应降幅更大并趋于稳定,但施用少量生物黑炭(0.5%)可显著促进N2O排放,对减少CH4和N2O综合温室效应并无明显效果。生物黑炭表观分解率随其添加量的增加逐渐减少,生物黑炭添加比例越高,积累于土壤中的碳越多,从投入生物黑炭量与固碳量和减排比角度综合考虑,农业生产中推荐生物黑炭施用量为20 t/hm2,其固碳减排效果俱佳。     

杉木人工林不同深度土壤CO2通量

土壤CO₂通量具有明显的时间和空间变异性。土壤温度和含水量是影响土壤CO₂通量的重要因素,同时,不同深度的土壤CO₂通量对温度和含水量变化的响应差异较大,因此,研究土壤CO₂通量和影响因素随土壤深度的变化,对于准确评估土壤碳排放具有重要意义。选择福建三明杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)作为研究对象,利用非散射红外CO₂浓度探头和Li-8100开路式土壤碳通量系统,并使用Fick扩散法计算了0-60cm深度土壤CO₂的通量,结果表明:(1)5种扩散模型计算的表层(5cm)CO₂通量与Li-8100测量结果均具有显著相关性(P<0.01),Moldrup气体扩散模型计算结果较好。(2)土壤CO₂浓度随深度的增加而升高,但60cm深度以下土壤CO₂浓度开始降低;不同深度土壤CO₂浓度的日变化均呈现单峰型;0-60cm土壤CO₂通量日通量均值变化范围为0.54-2.17μmol m^-2 s^-1;(3)指数拟合分析显示,5、10cm和60cm深度处土壤CO₂通量与温度具有显著相关性,Q₁₀值分别为1.35、2.01和4.95。不同深度土壤含水量与CO₂通量的相关性不显著。     

施用生物炭和秸秆还田对华北农田CO2、N2O排放的影响

以华北农田冬小麦-夏玉米轮作体系连续6a施用生物炭和秸秆还田的土壤为研究对象,于2013年10月—2014年9月,采用静态暗箱-气相色谱法,对CO_2、N_2O通量进行了整个轮作周期的连续观测,探究施用生物炭与秸秆还田对其排放通量的影响。试验共设4个处理:CK(对照)、C1(低量生物炭4.5 t hm~(-2)a~(-1))、C2(高量生物炭9.0 t hm~(-2)a~(-1))和SR(秸秆还田straw return)。结果表明:在整个轮作周期内,各处理CO_2、N_2O通量随时间的变化趋势基本一致。随着生物炭施用量的增加,CO_2排放通量分别增加了0.3%—90.3%(C1)、1.0%—334.2%(C2)和0.4%—156.3%(SR)。其中,C2处理对CO_2累积排放量影响最大,增幅为42.9%。对N_2O而言,C2处理显著降低了N_2O累积排放量,但增加了CO_2和N_2O排放的综合增温潜势,C1和SR处理对N_2O累积排放量及综合增温潜势均没有显著影响。相关分析表明,土壤温度和土壤含水量是影响CO_2通量最主要的因素,两者之间呈极显著的正相关关系;N_2O通量与土壤温度、土壤含水量、NO_3~--N和NH_4~+-N均表现出极显著的正相关关系,而与土壤p H值表现出极显著的负相关关系。由此可见,添加生物炭对于减少氮素的气体损失具有较大的潜力。     

SA/CS-CaCl2/PMCG微胶囊的生物相容性研究

介绍了一种新型多组份生物微胶囊体系——SA/CS-CaCl₂/PMCG微胶囊。考察了PMCG和SA/CS-CaCl²/PMCG微胶囊体系对大肠杆菌和酿酒酵母生长的影响,并用SA/CS－CaCl²/PMCG生物微胶囊进行了固定化培养大肠杆菌和酿酒酵母的研究。结果表明,与其它合成聚阳离子类似,PMCG组分对细胞生长有明显的抑制作用,但是在制胶囊过程中以及在用SA/CS-CaCl²/PMCG微胶囊对大肠杆菌和酿酒酵母培养过程中,都显示了良好的生物相容性,因此作为整个体系来说,该微胶囊可用于微生物细胞的固定化培养。       

地质封存CO2泄漏对玉米根系形态的影响

碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage,CCS）是应对全球气候变化、实现煤炭清洁利用的有效手段之一,但是地质封存的CO₂存在泄漏的风险,可能对农田生态系统产生重大威胁,影响我国粮食安全。根系生长是地上部和地下部相互作用、相互促进的统一过程,其形态特征对作物生产力有显著影响,但CCS泄漏对植物根系的影响评估尚不多见。本文以玉米为研究对象,采用盆栽底部通入CO₂的方法模拟不同CO₂泄漏情景,研究CK（0 g m^-2 d^-1）和G1000（1000 g m^-2 d^-1）和G2000（2000 g m^-2 d^-1）三种泄漏情景下CO₂对玉米根系形态的影响。结果表明：CO₂泄漏对玉米根系形态有明显的影响,随着泄漏量的增大总根长从40290.81 cm减少至21448.18 cm,减少46.77%,其中细根大幅减少;CO₂泄漏造成玉米明显减产,最大减产率达26.64%;玉米的地上部生物量较地下部生物量对CO₂泄漏更加敏感。综合来看,随着CO₂泄漏量增大,对玉米根的生长、地上部生物量、地下部生物量以及产量有显著的抑制作用。作物根系形态对封存CO₂泄漏的响应可为CCS泄漏监测和生态修复提供系统科学依据。     

改进指数模型对紫茉莉光合-光响应及CO2响应适用性研究

五种模型分别运用于紫茉莉的光合—光响应及CO₂响应曲线的拟合,研究其光合效率参数的变化,探讨紫茉莉光合—光响应及CO₂响应的最适模型。结果表明:(1)紫茉莉的光合—光响应及CO₂响应改进指数模型拟合R²均为0.999,拟合效果优于非直角双曲线、直角双曲线和直角双曲线修正模型。其饱和光强和最大净光合速率分别为797.299和7.879 μmolCO₂·m^-2·s^-1,饱和CO₂浓度和最大光合能力分别为1 264.447和16.783 μmol CO₂·m^-2·s^-1,均与实测值最接近;(2)五个模型拟合和预测的均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE),都是改进指数模型小于其他模型。改进指数模型为紫茉莉光合—光响应及CO₂响应曲线的最佳模型,实验结果可为紫茉莉的生理生态应用研究提供参考。     

高CO2浓度对杂交水稻光合作用日变化的影响——FACE研究

大气二氧化碳(CO_2)浓度增高导致全球变暖,但作为光合作用底物促进绿色作物的光合作用。为了明确高CO_2浓度对杂交水稻结实期光合日变化的影响,2014年利用稻田FACE(Free Air CO_2Enrichment)平台,以生产上曾创高产纪录的两个杂交稻新组合甬优2640和Y两优2号为供试材料,设置环境CO_2和高CO_2浓度(增200μmol/mol)两个水平,测定杂交稻抽穗期和灌浆中期光合作用日变化和成熟期生物量。结果表明,高CO_2浓度环境下两组合抽穗期叶片净光合速率均大幅增加(全天平均52%),但灌浆中期的平均增幅减半,其中Y两优2号这种光合下调表现更为明显。大气CO_2浓度升高使两杂交稻组合抽穗和灌浆中期叶片气孔导度均大幅下降,导致蒸腾速率下降而水分利用效率大幅增加,Y两优2号气孔导度和蒸腾速率对CO_2的响应上午大于下午,而甬优2640表现相反。尽管大气CO_2浓度升高使杂交稻结实期不同时刻胞间CO_2浓度均大幅增加,但对气孔限制值特别是胞间CO_2与空气CO_2浓度之比多无显著影响,两品种趋势一致。大气CO_2浓度升高对甬优2640地上部生物量及其组分的影响明显大于Y两优2号,CO_2与品种间多存在互作效应。以上结果表明,与甬优2640相比,Y两优2号最终生产力从高CO_2浓度环境中获益较少可能与该品种生长后期存在明显的光合适应有关,但这种光合适应似乎不是由气孔限制造成的。     

中国电力行业CO2减排潜力及其贡献因素

电力行业低碳转型是中国低碳经济转型进程中关键行业之一,如何科学分析电力行业的碳减排潜力,确定操作性强的低碳转型路线、提出有效的政策措施是中国政府亟待解决的焦点问题之一。考虑终端电力消费、低碳能源发电占比、火力发电结构、火力发电效率、线损率等因素,构建了自底向上的电力行业CO2排放核算模型,在此基础上,利用情景分析方法探索中国电力行业2015和2020年的CO2减排潜力,进一步利用对数平均权重分解法(LMDI,Logarithmic Mean weight Divisia Index method)对电力行业CO2减排影响因素的贡献度做了归因分析。结果显示,相比基准情景,在当前政策情景和低碳政策情景下,电力行业将分别带来27.0亿t和36.9亿t的CO2减排量。低碳能源发电和火力发电效率是未来对CO2减排最重要的两个贡献因素。终端电力消费量一直是促进电力行业CO2排放增长最重要的贡献因素,因此通过电力需求侧管理等手段控制电力消费量对电力行业的低碳发展至关重要。最后结合减排贡献因素分析的结果为中国电力行业低碳发展提出了相应的政策建议。     

若尔盖高原沼泽湿地CO2排放时空变化特征

为了更好理解若尔盖高原不同微生境下沼泽湿地生态系统CO₂排放通量的变化特征,以若尔盖高原湿地自然保护区为研究对象,2013和2014年生长季期间,采用了静态箱和快速温室气体法原位观测了3种湿地5种微生境下沼泽湿地CO₂排放通量时空变化规律。结果表明：长期淹水微地貌草丘区湿地（PHK）和洼地区湿地（PHW） CO₂排放通量变化范围分别为38.99-1731.74 mg m^-2 h^-1和46.69-335.22 mg m^-2 h^-1,季节性淹水区微地貌草丘区湿地（SHK）和洼地区湿地（SHW） CO₂排放通量变化范围分别为193.90-2575.60 mg m^-2 h^-1和49.93-1467.45 mg m^-2 h^-1,而两者过渡区的无淹水区沼泽湿地（Lawn） CO₂排放通量变化范围194.20-898.75 mg m^-2 h^-1。相关性分析表明5种微地貌区沼泽湿地CO₂排放通量季节性变化与不同深度土壤温度均存在显著正相关,与水位存在显著负相关（PHW、SHW、SHK、Lawn）或不相关（PHK）,并且水位和温度（5 cm）共同解释了CO₂排放通量季节性变化的87%。3种湿地5种微生境下沼泽湿地CO₂排放通量存在空间变化规律,主要受水位影响,但植物也影响沼泽湿地CO₂排放通量空间变化规律,并且表明沼泽湿地CO₂排放通量与水位平均值存在显著负相关。     

神农架主要森林土壤CH4、CO2和N2O排放对降水减少的响应

研究降水格局改变后森林土壤温室气体排放格局,可为森林温室气体排放清单制定提供科学依据。以神农架典型森林类型常绿落叶阔叶混交林和2种人工林马尾松和杉木林为研究对象,研究了降水格局改变后,其土壤CH_4吸收、CO_2和N_2O的排放格局和可能机制。结果表明:常绿落叶阔叶混交林吸收CH_4通量为(-36.79±13.99)μg Cm~(-2)h~(-1),显著大于马尾松和杉木两种人工林的CH_4吸收通量,其吸收通量分别为(-14.10±3.38)μg Cm~(-2)h~(-1)和(-7.75±2.80)μg Cm~(-2)h~(-1)。马尾松和杉木两种人工林CO_2排放通量分别为(107.03±12.11)μg Cm~(-2)h~(-1)和(80.82±10.29)μg Cm~(-2)h~(-1),显著大于常绿落叶阔叶混交林(71.27±10.59)μg Cm~(-2)h~(-1)。常绿落叶阔叶混交林N_2O排放通量为(8.88±6.75)μg Nm~(-2)h~(-1),显著大于杉木人工林(5.93±2.79)μg Nm~(-2)h~(-1)和马尾松人工林(1.64±1.02)μg Nm~(-2)h~(-1)。分析3种森林土壤CH_4吸收量与其环境因子之间的关系发现,常绿落叶阔叶混交林的CH_4吸收通量与其土壤温度呈现显著的指数负相关关系(P0.01)。常绿落叶阔叶混交林、马尾松林和杉木林的土壤CO_2排放通量与其空气温度和土壤温度之间均呈现显著的指数正相关关系(P0.01)。常绿落叶阔叶混交林和马尾松林土壤N_2O排放通量与空气温度之间均呈现显著的指数正相关关系(P0.01),而马尾松林与土壤温度之间呈显著正相关(P0.05),与土壤湿度之间均无显著相关。降水减半后,减少降水对常绿落叶阔叶混交林和马尾松林土壤CH_4吸收通量均具有明显的促进作用,但对杉木林土壤CH_4吸收量具有抑制作用,对常绿落叶阔叶混交林和杉木林土壤CO_2平均排放通量均具有明显的促进作用,而对马尾松林土壤CO_2平均排放通量明显抑制作用,对常绿落叶阔叶混交林、马尾松和杉木林土壤N_2O排放量具有明显的抑制作用。     

H2O2预处理胜利褐煤镜质组的生物产气研究

【目的】研究H₂O₂处理对煤中镜质组生物产气的影响。【方法】选择内蒙古胜利褐煤作为研究对象,以实验室前期富集保存的产甲烷微生物作为出发菌群,首先通过浮选对煤炭进行显微组分分离(高镜质组GJ、中镜质组ZJ和低镜质组DJ),并对煤的物化性质进行表征,然后在固液比1:15、H₂O₂浓度10%、预处理时间30 d条件下用H₂O₂处理不同镜质组含量的样品,再以处理前后的原煤及残煤进行生物产气实验。采用气相色谱、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等方法分析H₂O₂处理前后产气及煤的物化性质变化。【结果】经过H₂O₂预处理后,煤中镜质组的含量有所下降,挥发成分增加,固定碳减少,H₂O₂与高镜质组煤样反应更剧烈,氧含量增加,碳含量减少。未经过处理的煤在100 d时产甲烷量为GJ＞ZJ＞DJ,分别为174.24、164.31、135.52 μmol/g煤,而经过H₂O₂预处理的煤在20 d后停止产气,最终产甲烷量分别为39.63、39.61、41.55μmol/g煤,比原煤产气减少了77.26%、75.89%和69.34%。随着镜质组含量的增加,经过H₂O₂处理后的煤样芳香环层片的层间距d₀₀₂、单层层片的延展度L_a和层片的堆叠度L_c减小,而芳香层数N增加,表明晶核结构变小。经过H₂O₂处理后煤芳烃碳、芳香族、C=O基团和C=C基团所占比例增加,芳环缩合度增大,含氧官能团变多。【结论】利用H₂O₂长时间处理使煤基质中较易被微生物利用的有机质结构减少,从而降低了产气能力。     

CO2浓度升高与硝化抑制剂对冬小麦田间N2O排放量的影响

以冬小麦中麦175为供试品种,利用农田开放式CO_2浓度增高(FACE)系统,研究未来大气高CO_2浓度对冬小麦田间N_2O排放的影响,以及施用硝化抑制剂(2-氯-6-三氯甲基吡啶)是否可以起到抑制冬小麦田间N_2O的排放量升高的潜能。试验结果表明:CO_2浓度升高显著提高冬小麦田间N2O的排放增幅达到67.6%,追肥灌溉后小麦田N_2O排放量较大,随着冬小麦生育进程的推进N_2O的排放量逐渐减少,硝化抑制剂对中麦175田间N_2O排放量的影响并不明显。因此,在未来高CO_2浓度环境条件下,可以通过采取相应的耕作制度和栽培技术措施等来降低冬小麦田N_2O的排放量。试验结果对冬小麦田间是否选择施用2-氯-6-三氯甲基吡啶来控制N_2O的排放起到一定的参考作用。     

不同水位管理对恢复泥炭地土壤CO2、CH4排放的影响

泥炭地水文条件影响泥炭地生物地球化学循环,控制和维持着泥炭地生态系统的结构和功能,是泥炭地生态恢复的重要前提。然而,目前关于恢复泥炭地土壤碳排放对不同水位的响应尚不明确。以长白山区天然（NP）、退耕（DP）及实施不同水文管理的恢复泥炭地（低水位（LR）、高水位（HR）与高低交替水位（H-LR））为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对研究区泥炭地进行生长季（6-10月）土壤CO₂、CH₄排放监测。结果表明：温度和水位变化是研究区泥炭地土壤CO₂、CH₄排放季节变化的主控因子。H-LR受水位控制的影响,生长季土壤CO₂排放速率波动剧烈,其它水位管理恢复区土壤CO₂排放速率呈单峰型排放模式,且均与近地表温度呈指数相关（P<0.05）。除HR外,土壤CO₂排放速率与水位呈显著负相关（P<0.05）。生长季,研究区HR土壤CH₄排放速率呈双峰型,H-LR与NP的土壤CH₄排放呈单峰型,与近地表温度呈指数相关（P<0.05）,LR水位与CH₄排放速率显著正相关（P<0.05）。研究区不同水位管理恢复泥炭地土壤碳排放差异显著,虽然HR的土壤CO₂-C累积碳排放量显著低于其它水位恢复区,但其土壤CH₄-C累积碳排放量和综合增温潜势显著高于其它水位恢复区（P<0.05）。LR的累积碳排放量显著低于退化泥炭地,且其综合增温潜势最低。因此,建议在泥炭地恢复初期将低水位管理作为短期策略,以更好地恢复泥炭地碳汇功能,减弱其增温潜势。     

城市小型景观水体CO2与CH4排放特征及影响因素

淡水生态系统被认为是大气温室气体排放的重要来源,尤其在人类活动影响下,其排放强度可能进一步增强。城市小型景观水体是城市生态系统的重要组成,具有面积小、数量大以及人类干扰强的特征,其温室气体排放特征及影响因素尚不清楚。选择重庆市大学城8个景观水体和周边2个自然水体为对象,于2019年1、4、7、10月,利用漂浮箱和顶空法分析了水体CO₂与CH₄的溶存浓度及排放通量,旨在揭示城市小型景观水体CO₂与CH₄排放强度、时空变异特征以及影响因素。结果表明,10个小型水体CO₂、CH₄的溶存浓度范围分别为10.75-116.25 μmol/L和0.09-3.61 μmol/L（均值分别为（47.6±29.3）μmol/L、（1.13±0.56）μmol/L）,均为过饱和状态;漂浮箱法实测的8个景观水体CO₂和CH₄排放通量均值分别为（72.7±65.9）mmol m^-2 d^-1和（2.31±3.48）mmol m^-2 d^-1（顶空法估算值为（69.7±82.0）mmol m^-2 d^-1和（3.69±2.92）mmol m^-2 d^-1）,是2个自然水体的3.5-6.1和2.0-4.5倍,呈较强的CO₂、CH₄排放源;居民区景观水体CO₂和CH₄排放略高于校园区,均显著高于对照的自然水体;CO₂排放夏季最高,秋季次之,冬、春季最低,CH₄呈夏季>秋季≈春季>冬季的季节模式,温度和水体初级生产共同影响CO₂和CH₄排放的季节模式;水生植物分布对景观水体CO₂、CH₄排放有显著影响,有植物分布的水域比无植物水域平均高1.97和2.94倍;漂浮箱法和顶空法测得气体通量线性关系较好,但顶空法测得CO₂通量在春季明显偏低,而CH₄则普遍偏高。相关分析表明,景观水体碳、氮浓度、pH值以及DO等对CO₂排放具有较好的指示性,CH₄排放通量主要与水体中碳、磷浓度有关。城市小型景观水体CO₂、CH₄排放通量远高于大部分已有自然水体的研究结果,呈一种较强的大气温室气体排放源,在区域淡水系统温室气体排放清单中具有重要贡献,未来研究中应给以更多关注。     

血红蛋白A2现象发生机制的研究——“红细胞HbA2”为HbA2与HbA的结合产物

为了弄清血红蛋白A₂现象的发生机制,我们对“红细胞HbA₂”的化学组成进行了分析。“红细胞HbA₂”的双向电泳结果表明,它含有两种血红蛋白成分:一种相当于HbA,另一种很可能是溶血液HbA₂。其单向二次电泳结果也证明,它是由溶血液HbA₂和HbA所组成。结果初步说明,盘红细胞中HbA₂可能与HbA结合存在。两者可能有相互作用,也许这是产生血红蛋白A₂现象的原因。     

CO2升高对枝角类群落结构影响的原位模拟

分别于春、夏两季在太湖梅梁湾进行原位试验,设置3个CO_2浓度梯度,270、380μL/L和750μL/L,以斜生栅藻作为枝角类的食物,研究了CO_2浓度升高对枝角类群落结构的影响。结果表明高CO_2浓度能促进斜生栅藻生长,显著提高枝角类的食物数量;此外CO_2浓度的变化能显著改变枝角类的群落结构,高CO_2浓度有利于象鼻蟤属、秀体蟤属和春季蟤属的生长,而不利于网纹蟤属的生长。这可能是由于CO_2浓度变化改变了枝角类的食物质量,浮游藻类的C∶P比值随CO_2浓度的升高而增加,从而有利于体内含磷量较低,高C∶P的枝角类生长。因此枝角类的群落结构主要受食物质量的影响而与食物的数量无关。研究为预测未来气候变化对太湖浮游动物的影响提供了一些理论依据。