盐分对湿地甲烷排放影响的研究进展

当前在全球气候变化和人类活动双重作用下,湿地正在或者将要面临着显著的盐分变化形势,尤其是内陆和滨海咸化湿地。湿地是大气甲烷的重要排放源。甲烷排放是甲烷产生、氧化和传输过程综合作用的结果。盐分变化将影响湿地水-土环境,降低植物群落初级生产力和有机物积累速率,改变微生物主导的有机物矿化速率和途径等,进而改变湿地生态系统的结构和功能,影响湿地甲烷产生、氧化、传输和排放系列过程。本文综述了盐分(浓度与组成)对湿地甲烷产生与排放的影响结果,从底物供给、微生物(产甲烷菌和甲烷氧化菌等)数量、活性与群落组成、酶活性、植物、电子受体、p H和氧化还原电位等几个关键方面分析了盐分影响湿地甲烷排放过程的内在机制。在此基础上提出了今后需重点关注的5个方面:1)加强盐分浓度与组成对湿地甲烷产生、氧化、传输与排放影响的系统性、框架性研究;2)深入探讨盐分背景、变化幅度与速率的耦合如何影响湿地甲烷系列过程;3)不同离子组成及其交互效应如何影响湿地甲烷动态过程;4)结合生物学、基因组学及同位素技术等,加强湿地产甲烷菌与甲烷氧化菌与盐分的关系及其响应研究;5)湿地甲烷对盐分变化响应的时空分异规律。     

氮源对阿维菌素合成的影响及基于二氧化碳释放速率的阿维菌素发酵调控

中国是世界上最大的也是唯一的阿维菌素原料生产国,但在工业规模生产中与同类型大环内酯类抗生素相比其产量相对偏低。文中通过研究不同氮源对阿维链霉菌生长、代谢的影响,发现氮源在发酵中后期对菌丝活性、菌丝浓度以及阿维菌素B1a的合成都有较为显著的影响。在100 L生物反应器中,于发酵中后期基于二氧化碳释放速率(CER)控制补入酵母粉,效价达到8697mg/L,与原工艺相比,提高了26.9%。这一结论若在实际工业生产中应用,有望带来实际的经济效益。     

C4作物FACE(free-air CO2 enrichment)研究进展

持续迅速上升的大气二氧化碳浓度([CO₂])是全球变暖最大的驱动因子,但其作为光合作用底物直接增加了作物的生产力。相比C₃作物,人们对未来高浓度CO₂情形下C₄作物的响应规律认识较少。与封闭或半封闭气室研究相比,FACE(free-air CO₂ enrichment)试验在空气自由流动的大田条件下对作物表现进行研究,它提供了对未来作物生长环境的真实模拟,因此提供了评估CO₂肥料效应以及揭示植物响应机制的最好机会。作为人类重要的粮食和饲料来源,高粱和玉米是最重要的C₄作物。在简介美国玉米和高粱FACE系统的基础上,综述了FACE情形下高浓度CO₂(模拟本世纪中叶大气CO₂浓度,即550 μmol/mol)对两大作物生理、生长和产量以及土壤特性等方面的影响,同时比较了与气室研究结果的异同点。(1)FACE使干旱条件下两作物光合作用显著增强,但湿润条件下没有影响;FACE条件下高粱出现光合适应现象,而玉米没有;(2)FACE使两作物气孔导度大幅下降,导致叶温升高、蒸腾速率下降、蒸发蒸腾总量减少或没有变化、叶片总水势和水分利用效率增加或没有变化;(3)FACE对两作物物候期和化学组分影响很少;(4)FACE使干旱条件下两作物生长和产量略有增加,但湿润条件下没有影响;(5)FACE使高粱田土壤丛枝状菌根真菌的长度和易提取胶状物质浓度显著增加,导致水稳性土壤团聚体增加;FACE对高粱田N₂O或含氮气体(N₂O+N₂)的排放没有影响;(6)高浓度CO₂对两作物气孔导度的影响FACE试验明显大于气室试验,而对生长和产量的影响呈相反趋势。阐明CO₂与基因型、土壤湿度和大气温度间的互作效应及其机制是下一轮C₄作物FACE研究优先考虑的方向,技术的不断进步已为利用大型FACE系统来研究这些互作效应提供了可能。     

二氧化碳人工生物转化

二氧化碳(carbon dioxide, CO₂)资源化利用是全球可持续发展面临的巨大挑战。自然界生物固碳绿色环保,但能效低、速度慢,难以满足工业生产需求;物理化学固碳效率高,但能耗高、产品单一,如何结合生物、物理与化学技术优势,以二氧化碳为原料进行生物转化利用是当前迫切需要解决的科技难题。本文结合中国科学院天津工业生物技术研究所建所10年来的发展,综述了人工固碳元件、途径与系统的设计与构建等前沿基础领域取得的重要进展,特别是首次实现二氧化碳人工合成淀粉,并对建立二氧化碳人工生物转化技术体系进行了展望。相关进展与展望为助力实现“碳达峰、碳中和”目标提供了新思路。     

污水排放对红树林湿地生态系统的影响

利用湿地处理工农业和城市生活污水 ,是过去十多年来污水生物处理的主要研究课题之一。大量的研究表明 ,湿地具有很强的处理污水的潜力[1]。红树林湿地是分布在热带和部分亚热带海岸的典型海岸带湿地生态系统 ,长期以来被认为是排放污水和废水的便利场所。研究者认为 ,红树林湿地系统与其它类型的湿地一样具有潜在的净化污水的能力[2 ,3]。Ｎｅｄ ｗｅｌｌ建议 ,红树林可以被更积极地加以利用和管理 ,作为整体污水处理设施的最后阶段 (理由是红树林生态系统对营养富集和富营养化具有良好的耐性 ) ,将初级处理污水排放到红树林生态系统内 (传…     

剔除灌草和添加翅荚决明对厚荚相思林土壤温室气体排放的影响

森林土壤是CO₂、CH₄和N₂O等温室气体的主要排放源.本研究采用静态箱/色谱分析技术,对中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站内厚荚相思林土壤CO₂、CH₄和N₂O通量进行原位测定,研究剔除林下灌草和添加翅荚决明对土壤温室气体排放的影响.结果表明：厚荚相思林土壤CO₂通量在湿季维持较高水平,在旱季则明显降低.CH₄和N₂O在9-11月波动幅度较大,峰值出现在10月.在不同处理下,厚荚相思林土壤可能是CH₄的源也可能是CH₄的汇,而于CO₂和N₂O则是源.林下剔除灌草能显著增大土壤CO₂排放(P<0.05),而添加翅荚决明能加快土壤CH₄的排放(P<0.05).林下剔除灌草及添加翅荚决明两种处理都能够加大N₂O的排放通量.表层土壤温度、湿度、NO₃^--N和微生物生物量碳都是影响土壤温室气体排放的重要因子.     

华东稻麦轮作生态系统的N2O排放研究

根据对华东稻麦轮作周期的N2 O排放及其影响因子的连续观测结果 ,分析了N2 O排放时间变化以及施肥、灌溉、温度、土壤湿度和土壤速效N素含量对N2 O排放的影响 ,同时还比较分析了稻田N2 O和CH4排放 .研究结果表明 ,稻麦轮作周期内 ,水稻生长季的N2 O排放量仅占 30 % ,稻田持续淹水可比常规灌溉增加CH4排放量 2 6% ,减少N2 O排放量 1 1～ 2 6% .     

若尔盖高原湿地不同微地貌区甲烷排放通量特征

若尔盖高原是我国泥炭沼泽湿地的主要分布区、青藏高原的主要甲烷(CH₄)排放中心。为了研究湿地微地貌环境对高原湿地CH₄排放通量的影响, 2014年5-10月, 采用静态箱和快速温室气体分析仪原位测量若尔盖高原湖滨湿地3种泥炭沼泽5种微地貌环境下的CH₄排放通量特征。结果表明: (1)常年性淹水泥炭湿地洼地(P-hollow)和草丘(P-hummock)生长季平均CH₄排放通量为68.48和40.32 mg·m^-2·h^-1, 季节性淹水的泥炭湿地洼地(S-hollow)和草丘(S-hummock)平均CH₄排放通量为2.38和0.63 mg·m^-2·h^-1, 而无淹水平坦地(Lawn)平均CH₄排放通量为3.68 mg·m^-2·h^-1; (2)湿地5种微地貌区CH₄排放通量为(23.10 ± 30.28) mg·m^-2·h^-1 (平均值±标准偏差)), 变异系数为131%。分析显示这5种微地貌区CH₄排放通量的平均值与其水位深度平均值存在显著的线性正相关关系(R² = 0.919, p < 0.01), 表明水位深度是控制湿地微地貌区CH₄排放通量空间变化的主要因子; (3) P-hummock、P-hollow和S-hummock的CH₄排放通量存在显著的季节变化, Lawn和S-hollow无明显的季节性变化, 但5种微地貌区在夏季或秋季均观测到CH₄排放通量峰值, 其影响因子可能与水位深度、土壤温度和凋落物输入密切相关; (4) P-hollow可能时常发生冒泡式CH₄排放, 这可能导致过去低估了若尔盖高原湿地的CH₄排放量。     

二氧化碳减排产柴油微藻培养体系研究进展

污水资源化、二氧化碳减排及微藻生物柴油是当前能源与环境领域的前沿课题。以下围绕污水及烟道气资源化培养产油微藻的培养体系,就藻种、营养条件、培养方式、培养环境及微藻生物反应器等影响产油微藻培养的因素研究进展进行了综述。在综述的基础上提出：由于微藻具有特殊营养方式,通过藻种筛选、微藻营养条件和培养环境的优化以及高效光生物反应器和生产工艺等的创新,可利用污水进行产油微藻生产,以获得生物柴油等高附加值产品,实现微藻生物能源、污水资源化处理和CO2减排三者高度耦合的产油微藻生产体系,从而减少微藻培养费用及污水处理费用,因此,该体系具有重要的环境、社会、经济价值和商业化应用前景。     

环境中人为来源的铂族元素及其迁移转化研究进展

铂族元素(PGEs)在汽车尾气催化转换器(VECs)、工业催化剂和制药学领域的广泛应用,致使PGEs尤其是铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh)在某些区域已经成为新型环境污染物.由于环境样品中Pt/Pd、Pt/Rh与VECs中活性成分比例有较好的相关性,因此PGEs污染主要来源于应用了铂族金属的VECs.研究显示,过去的30年里,气溶胶、永生态系统(河水、雨水、地下水、海水、沉积物)、土壤、路尘和生物有机体等不同环境介质中PGEs浓度均显著增加.人们普遍认为铂族元素是惰性的,暴露于环境中的PGEs的健康风险很小,但PGEs毒性和生物可利用性的研究表明,在多种生物地球化学过程作用下,人为排放的PGEs易发生迁移,转化为毒性更大的形态,增加生物可利用性,通过食物链传递对人类产生潜在的健康风险.本文对不同环境介质中PGEs来源、分布及生物地球化学行为的最新成果进行了总结,认为PGEs人体健康风险标准制定、PGEs标准物质的研制、近海沉积物中PGEs的研究、PGEs对滩涂贝类的毒性、食物中PGEs的污染现状及人体健康风险评估等是今后PGEs研究的重要领域.