河南鸡冠洞CO2季节和昼夜变化特征及影响因子比较

岩溶洞穴空气CO_2变化影响次生沉积物沉积和溶蚀,它关系到洞穴旅游景观的稳定性及洞穴环境的舒适性,是岩溶作用发生的关键因素,进行洞穴空气CO_2变化的机制研究对于理解岩溶作用发生规律和现代洞穴合理保护具有重要意义.本文基于对我国南北地理分界区域河南西部鸡冠洞2011年12月至2016年5月近5年连续洞穴CO_2、水文地球化学指标、洞内外温度及湿度、大气降水和游客量等数据监测,并结合2016年5月19~20日洞穴CO_2等指标的昼夜的系统监测,分析了鸡冠洞洞穴空气CO_2时空变化特征和昼夜变化特征及其影响因素,结果表明:1在空间尺度上,越靠近洞口通风效应越强,洞穴空气p CO_2越低,越接近大气的p CO_2;洞穴结构及外界环境变化尤其是气候变化导致的土壤中p CO_2变化也会对鸡冠洞空气p CO_2变化产生影响.2在长时间尺度,鸡冠洞洞穴空气p CO_2夏季明显高于冬季,对比分析发现旅游活动和岩溶作用是其主要的影响因子.3在短时间尺度上(昼夜变化),鸡冠洞洞穴空气p CO_2变化主要受旅游活动的影响,建议景区在进行旅游开发的时候要考虑高峰期游客人数对CO_2的影响及岩溶景观的合理保护.     

北京上甸子站大气CO2及δ13C(CO2)本底变化

基于北京上甸子站(SDZ)2007~2013年大气CO_2及2009~2013年大气δ13C(CO_2)瓶采样观测资料,筛分获得混合均匀且未受局地污染影响、具代表性的大气CO_2及δ13C(CO_2)本底数据.2007~2013年SDZ站大气CO_2年均本底浓度变化范围为385.6×10-6~398.1×10-6,年均增长率为2.0×10-6a-1;2009~2013年其大气δ13C(CO_2)年均本底值变化范围为-8.38‰~-8.52‰,年均增长率为-0.03‰·a-1.SDZ站2007~2013年的7~9月月均浓度最低水平均出现在2008年,且2007~2008年增长率仅为0.3×10-6a-1,推测主要源于2008年奥运期间北京及其周边省市节能减排措施实施导致碳排放量减少.SDZ站大气CO_2本底浓度季节变化最低值出现在8月,最高值出现在3月,季节振幅达到23.9×10-6;大气δ13C(CO_2)与CO_2季节变化特征大致呈镜像关系,其季节振幅为1.03‰.对SDZ站CO_2源汇的碳同位素"signature"(δs)研究表明,供暖季Ⅰ(01-01~03-14)和Ⅱ(11-15~12-31)的δs分别为-21.30‰和-25.39‰,推测主要源自化石燃料与生物质燃烧的影响;其植物生长季的δbio值为-21.28‰,推测主要来自植被活动的贡献.     

大气14CO2的时空分异特征及其在化石源CO2示踪中的应用

大气CO₂中放射性碳同位素(¹⁴C)的水平可以反映化石源CO₂的影响程度,这对于评估我国目前化石源CO₂的排放状况和制定节能减排政策具有重要的指导意义。本文在概述大气¹⁴CO₂采样和分析方法的基础上,简要介绍了大气¹⁴CO₂观测的起源和主要的源汇过程,重点论述了大气¹⁴CO₂的时空分异特征及其驱动因素;阐述了化石源CO₂浓度的估算方法及¹⁴CO₂在国内外化石源CO₂示踪中的应用现状,并对大气¹⁴CO₂观测在我国化石源CO₂示踪中的应用前景进行了展望;旨在为我国正确地开展大气¹⁴CO₂的观测研究,深刻地理解特定区域大气¹⁴CO₂的时空分异特征和化石源CO₂的分布状况提供参考。     

青菜对14CO2的吸收和积累动态

为了探明¹⁴CO₂在环境中的行为,采用同位素示踪技术研究了青菜对¹⁴CO₂的吸收和积累动态.结果显示,通过叶片光合作用从空气中吸收的¹⁴CO₂会向青菜其他部位组织输送并形成积累趋势,各部位组织中^１４Ｃ比活度随时间呈线性增长,增长速率介于95.3～270.2 Bq/(g·d)范围内, 大小次序为:菜心＞叶＞叶柄＞茎盘＞根.青菜对¹⁴CO₂(^１４Ｃ)具有强烈的富集作用,各部位的富集系数随时间呈快速增加,积累效应十分明显,其中菜心中的富集系数最大(48 d时高达156.4),叶片次之(48 d时为135.6). 青菜各部位^１４Ｃ比活度均随¹⁴CO₂引入次数的增加而递增,回归分析表明:各部位组织中^１４Ｃ比活度C的变化与引入次数N间呈线性正相关.青菜对空气中¹⁴CO₂的高富集特性可用来作为监测大气¹⁴CO₂污染的指示作物.     

北京市和厦门市大气 CO2 浓度及 δ13C 值变化特征

本文对北京市和厦门市大气CO_2及δ~(13)C进行观测,研究内陆城市和沿海城市CO_2浓度及δ~(13)C的季节和昼夜变化规律及影响因素,以期为政府制定碳减排政策提供科学依据。北京市和厦门市CO_2浓度均呈现秋冬季高于春夏季,而δ~(13)C秋冬季低于春夏季,季节差异原因可能是秋冬大气边界层降低,化石燃料消耗增加,贫13C的CO_2气体大量排放。观测期间,两个城市日变化模式均表现为CO_2夜间高于白天,δ~(13)C夜间低于白天;且在早晚交通高峰时段,两地CO_2浓度均有不同程度升高,而δ~(13)C有不同程度降低。冬季,北京市由于受西、北部高山阻挡,在东南风条件下使得其夜间大气CO_2浓度显著增高,δ~(13)C值则显著降低。根据两地新增CO_2的δ~(13)C值(δs)推测,北京市受到煤炭燃烧贡献较大,厦门市季节差异较大,推测受植物排放CO_2速率及气象条件等共同影响。     

小型养殖塘水体中CH4、CO2和N2O浓度的时空变化特征及影响因素

养殖塘作为重要的温室气体排放源,水体中温室气体浓度的变化不仅是准确量化温室气体排放量的基础,还是明确其影响因素的重要依据.基于顶空平衡-气相色谱仪法对长三角一处典型的小型养殖塘水体中CH₄、CO₂和N₂ O浓度的时空变化特征以及影响因素进行了分析.结果表明,除春季外,在水温影响下,CH₄和N₂ O浓度在午间或午后出现高值;受水温和水生植物光合作用影响,CO₂浓度的高值出现在晨间光合作用较弱的时候.养殖塘水体中CH₄和CO₂浓度呈现秋季最高、冬季最低的季节变化特征,c（CH₄）在秋季和冬季的均值分别为176.34 nmol·L^-1和32.75 nmol·L^-1,主要受气温、水温和溶解氧（DO）影响;c（CO₂）秋季和冬季的均值分别为134.37 μmol·L^-1和23.10 μmol·L^-1,主要受水生植物光合作用和pH影响;c（N₂ O）在夏季最高,冬季最低,均值分别为97.05 nmol·L^-1和19.41 nmol·L^-1,主要受气温和水温影响.在空间上,垂直方向上,夏季养殖塘c（CH₄）随水深的加深而降低,表层与底层、中间层的浓度差值为71.28 nmol·L^-1和42.80 nmol·L^-1,秋季随水深的加深而升高,底层与表层的浓度差值为163.94 nmol·L^-1.c（CO₂）在夏季和秋季都表现为随着水深的加深而升高,其底层与表层的浓度差值分别为18.69 μmol·L^-1和29.90 μmol·L^-1.N₂ O浓度在垂直方向上无明显变化规律.水平方向上,夏季饲料及春季鸡粪投放的区域会出现CH₄、CO₂和N₂ O浓度的高值,春季和夏季CH₄浓度约为其他区域的1.34~1.98倍和1.95~2.42倍,春季N₂ O浓度和夏季CO₂浓度约为其他区域的1.13~1.26倍和1.39~1.74倍.     

西安市2016 — 2017年大气化石源CO2的14C示踪研究与来源的初步分析

¹⁴C是研究城市中化石能源碳排放状况的有效手段;认识化石源CO₂（CO_2ff）的主要来源将有利于针对性地制定减排方案。本文利用分子筛主动吸附采样方法对西安市大气CO₂进行了连续积时采样,并利用AMS-¹⁴C示踪方法,研究了西安市2016—2017年 CO_2ff的浓度变化,同时基于CO_2ff与大气污染物的同源性,对CO_2ff的主要来源进行了定性分析。2016年1月至2017年1月,西安大气Δ¹⁴C季节变化显著,变化范围是(?1.00±2.84)‰— (?187.25±3.62)‰,平均值为(?63.20±17.35)‰,相对于2012—2013年的平均值(?41.3±27.4)‰有明显的下降。CO_2ff变化范围是(6.91±1.94)— (105.60±3.09) μmol?mol^?1,呈显著的夏季低、冬季高的季节变化特征,与前人研究结果一致。CO_2ff与SO₂及NO₂浓度总体上呈相同的季节变化特征,但与两者的相关性存在季节差异：在春夏季,CO_2ff与SO₂（R²=0.47,p＜0.01）的相关性较强;而在秋冬季,CO_2ff与NO₂（R²=0.73,p＜0.01）的相关性更为显著。可能是由于大气扩散条件的改变使得采样点CO_2ff的主要来源发生了变化。春夏季节,大气扩散条件较好,采样点化石源CO₂可能主要受到工业燃煤（高空排放）的影响,而秋冬季节,受到不利于扩散的气象条件的影响,化石源CO₂可能主要受到采样点周围交通源（近地面排放）的影响。该研究结果可为CO_2ff的源解析研究及大气CO₂样品采集提供参考。     

亚热带稻田生态系统CO2通量的季节变化特征

为估算和评价稻田生态系统碳源/汇强度及其对大气CO₂浓度变化的贡献,研究了稻田生态系统与大气间CO₂交换通量的季节变化特征及其影响因素.采用涡度相关技术对我国亚热带稻田生态系统CO₂交换通量进行了连续监测,在数据剔除、校正和差补的基础上,对瞬时CO₂通量值进行计算求得日CO₂通量值和年CO₂通量值,并对CO₂通量季节变化及其与主要气象因子的关系进行了探讨.结果表明,稻田生态系统光合吸收CO₂通量（GPP）、呼吸排放CO₂通量（R_eco）和净吸收CO₂通量（NEE）的季节变化均呈6～9月较高,1～5月和10～12月较低的对称分布.其中5～9月水稻生长时期的NEE总量占年总量的80%以上,对年NEE总量起决定性作用.光合有效辐射（PAR）和日平均气温（T_a）是GPP与NEE季节变化的最主要影响因子,二者与GPP和NEE分别存在显著的二元线性关系.年净吸收CO₂总量为2?475.6 g/(m²·a),这表明我国亚热带稻田生态系统是大气CO₂的汇.     

青奥会期间基于δ13C观测的大气CO2来源解析

开展城市冠层大气CO_2及其δ~(13)C的观测有助于解析自然源与人为源在区域碳循环中的作用.本研究于南京青奥会期间开展了大气CO_2及其δ~(13)C高频原位观测,在小时尺度至日尺度上对比了有无临时排放管制期间大气CO_2及其δ~(13)C的差异.研究发现,短期减排对降低区域尺度大气CO_2浓度有明显的短期效应(21×10-6),在整个青奥会临时管控期间长三角地区实际削减燃煤排放5%.本研究进一步采用Miller-Tans方法确定了长三角地区的CO_2排放源同位素组分;基于文献调查,提供了长三角地区主要人为源和自然源的δ~(13)C信息;量化了长三角夏季CO_2地表净通量、植被通量及人为排放通量.结果表明,水泥工业过程排放是长三角地区夏季大气δ~(13)C富集的主要人为原因(2.36‰).夏季长三角地区植被作用可以抵消23%~39%的人为CO_2排放.本文旨在通过采用自上而下的观测数据与传统IPCC的排放源清单相结合的方案,为城市区域碳源解析提供新的拆分方案.     

北京城市大气CO2浓度变化特征及影响因素

北京大气CO₂浓度日变化强烈,全年北京时间15:00时前后为全天最低值,最高值则出现在夜间,日变化幅度为23.2～39.0μmol·mol^-1,夏季和秋季日变化幅度比冬季和春季大.北京城区大气CO₂浓度季节变化明显,最大值出现在冬季,月平均浓度为421.5～441.0μmol·mol^-1;最小值则在夏季,月平均浓度367.4～371.6μmol·mol北京CO₂浓度的季节变化幅度明显高于附近的华北兴隆区域站和瓦里关山大陆本底站等的相应值,其原因是北京CO2浓度季节变化主要受人为取暖活动控制,同时植被的季节变化也起一定作用.1993～1995年北京大气CO₂浓度上升较快,平均增长率为3.7%·a^-1,1995年平均浓度达到最高,为409.7±25.9μmol·mol,随后缓慢下降.     

织金洞洞穴环境CO2浓度的空间变化分析

为进一步探究织金洞CO_2浓度空间迁移变化特征,以2015年"五一""十一"两次昼夜连续监测为基础,运用IDW插值法,对比分析其在旅游淡旺季期间不同时段的空间变化,得出以下结论:(1)织金洞的CO_2浓度变化具有明显的分段变化特征,洞口带和内部带分别代表垂直和水平方向上的波动,内部带以#21为分界,通过水平对流扩散或累积,使CO_2浓度最大值往前半段平移;(2)织金洞CO_2浓度变化同时受洞腔结构等环境因子、季节变化和游客活动的影响,以"五一""十一"两个时间段为分界的累积效应表明,游客活动大于季节变化的影响强度。     

杭州地区大气CO2体积分数变化特征及影响因素

选取2015年8月至2016年9月杭州城区、远郊地区在线观测CO_2体积分数,分析杭州地区CO_2体积分数的城郊差异,并结合风向、CO_2体积分数周末效应、二十国集团(G20)峰会期间CO_2体积分数变化过程分析,探讨杭州城市对CO_2体积分数的影响程度.结果表明,杭州城区、远郊地区CO_2体积分数的日变化分布以单峰型形态为主,植物光合作用/呼吸作用和大气输送条件的日变化是主要的影响因素;城郊CO_2体积分数差值表现为双峰形态,人为排放对城郊CO_2体积分数差值的日变化分布存在重要影响.CO_2体积分数日变化幅度在春夏季节远郊地区大于城区,秋季则反之.杭州城区、远郊地区CO_2体积分数的季节变化趋势基本一致,均表现为冬、春季高,夏季低;城郊CO_2体积分数差值冬季最高,夏季最低.杭州地区CO_2体积分数高值的输送方向与周边城市区域的分布方向一致.杭州城区、远郊地区CO_2体积分数均呈现周末效应,尤其在城区,机动车排放对工作日-周末CO_2体积分数的日变化分布存在影响.杭州城区CO_2平均体积分数比远郊地区高9.3×10-6,G20峰会期间人为源排放的减少有效地降低了大气CO_2体积分数,尤其对市区的削减效果更为明显.     

小浪底水库影响下的黄河花园口站和小浪底站pCO2特征及扩散通量

于2011年11月至2012年10月在黄河小浪底站和花园口站进行连续采样分析,根据亨利定律计算出表层水体二氧化碳分压(p CO2),研究了在小浪底水库"水沙调控"的影响下黄河花园口站和小浪底站表层水体p CO2特征及水-气CO2通量.结果表明,在小浪底水库正常调度期间,小浪底站表层水体p CO2在82~195 Pa之间,花园口站表层水体p CO2在99~228 Pa之间,且花园口站表层水体p CO2均高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间,两个水文站均表现为水库泄水期间的表层水体p CO2明显低于水库排沙期间的表层水体p CO2.无论是在小浪底水库正常调度期间还是在调水调沙期间,两个水文站表层水体p CO2均与DIC含量呈现显著的正相关关系.8、9月Ep CO2/AOU的比值高于生物好氧呼吸作用控制水体p CO2的理论下限0.62,因此8、9月生物好氧呼吸作用对水体p CO2的贡献比较明显.从全年来看小浪底站和花园口站平均水-气CO2扩散通量分别为0.486μmol·(m2·s)-1和0.588μmol·(m2·s)-1;在水库正常调度期间花园口站水-气CO2扩散通量明显高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间两个水文站均表现为水库泄水期间的水-气CO2扩散通量明显低于水库排沙期间的水-气CO2扩散通量.     

金鱼藻对14CO2的吸收和积累动态

为了探明14CO2(14C)在环境中的行为,采用同位素示踪技术研究了金鱼藻对14CO2的吸收和积累动态,并探讨了金鱼藻作为监测大气14CO2污染指示植物的可能性.结果表明,生长在水中的金鱼藻会通过某些途径吸收空气中14CO2并形成积累趋势,吸收途径主要是金鱼藻通过光合作用从水体中吸收游离14CO2和H14CO3-.金鱼...     

土壤质地对自养固碳微生物及其同化碳的影响

自养微生物可同化大气中的CO2并将其转化为土壤有机碳,对提高农田土壤的碳吸收和碳储存有重要意义,然而土壤质地对自养固碳微生物功能种群及其同化碳的影响机制还不清楚.本研究选取亚热带地区同一母质发育而成的两种质地水稻土壤(壤质黏土和砂质黏壤土),通过14C-CO2连续标记技术结合室内模拟培养实验,探讨土壤质地对自养微生物同化碳(14C-SOC)、自养微生物截留碳(14C-MBC)和自养微生物可溶性碳(14C-DOC)的影响.以固碳功能基因(cbb L基因)作为指示基因,结合PCR和克隆测序技术,分析不同质地土壤自养固碳微生物群落结构和多样性的差异.结果表明,壤质黏土14C-SOC、14C-MBC和14C-DOC平均含量分别为133.81、40.16和8.10 mg·kg-1,均显著高于砂质黏壤土14C-SOC(104.95 mg·kg-1)、14C-MBC(33.26 mg·kg-1)和14C-DOC(4.18 mg·kg-1)平均含量(P0.05),说明土壤质地显著影响了土壤自养微生物碳同化量以及自养微生物同化碳在土壤中的转化.稀疏曲线、细菌cbb L基因文库覆盖度以及多样性指数分析结果显示壤质黏土固碳细菌群落多样性高于砂质黏壤土.系统发育分析表明,壤质黏土细菌cbb L基因序列与Rhodoblastus acidophilus、Blastochloris viridis、Thauera humireducens、Mehylibium sp.、Variovorax sp.等具有一定的同源性,而砂质黏壤土cbb L基因序列主要与根瘤菌和放线菌同源.可见,土壤质地对自养固碳微生物群落结构和多样性产生了深刻的影响,壤质黏土中较高的黏粒含量、土壤养分含量和阳离子交换量可能有利于维持更高的自养固碳微生物多样性和活性,从而导致不同质地土壤自养微生物碳同化量及其转化存在显著差异.     

九龙江的碳酸盐体系、CO2分压及其调控

于2011年枯水期和丰水期调查了九龙江的溶解氧、pH、溶解无机碳(DIC)和总碱度(TAlk),并计算水体CO2分压(pCO2)。九龙江溶解氧饱和度平均为67±18%(枯水期)和57±12%(丰水期),最低只有10%(枯水期)和35%(丰水期);pH为7.08±0.12(枯水期)和7.22±0.11(丰水期),最低只有6.88(枯水期)和6.98(丰水期);DIC为1027±620μmol/kg(枯水期)和820±340μmol/kg(丰水期);TAlk在枯水期为885±570μmol/kg,比相应DIC低140±70μmol/kg。水体TAlk受控于流域地质背景和化学风化的影响,而DIC既包含流域风化过程的产物HCO3-,也包含水柱呼吸过程和沉积物中其他生物地球化学过程释放的游离CO2。九龙江pCO2高达3470±1640μatm(枯水期)和3590±1410μatm(丰水期),超过大气平衡水平8.9~9.2倍。过饱和CO2与表观耗氧量的耦合分析表明,水柱呼吸作用只能说明九龙江高pCO2的66%~94%。     

城镇河流CO2及CH4排放与市政排水管网污水输入的关联影响

城镇污染河流日益剧增的碳排放是当前我国许多城市共同面临的环境问题.本研究以上海市市郊城镇河网R1与中心城区河流R2为研究对象,监测了其在旱天与雨天条件下的CO_2及CH_4排放特征,分析了城镇河流污染程度及类型与碳排放的关联影响,并同时解释了市政排水管网污水输入影响城镇河流CO_2及CH_4排放的机制过程.结果表明:①旱天时,中心城区河流的CO_2与CH_4平均排放通量为(2.48±1.02)mmol·(m~2·h)~(-1)与(1.21×10~(-2)±0.71×10~(-2)) mmol·(m~2·h)~(-1),市郊城镇河网的CO_2与CH_4的平均排放通量则为(1.53±0.39)mmol·(m~2·h)~(-1)与(9.26×10~(-3)±9.18×10~(-3)) mmol·(m~2·h)~(-1).雨天时,受市政排水管网污水影响,中心城区河流泵站下游的水体的CH_4通量大幅增加,可达旱天时的119倍;②本研究与全球其他河流碳排放统计数据进一步表明,城镇河流碳排放与本身污染水平存在关联性,总体上污染程度高的河流碳排放强度也高;③从PCA相关性分析结果来看,河流有机污染是影响碳排放的重要因素,这在中心城区河流与市郊城镇河网中都有体现;河流碳排放与氮污染的相关性随区域下垫面利用类型不同而有所不同;在污染较轻的城镇河流中,水体物理因子也是一个重要的影响因素;④排水管网污水输入对城镇河流碳排放的影响,体现在短期内向河流中输入的大量CH_4,以及长期上强化受纳河流碳物质赋存及循环,并进一步提高河流本身的CO_2与CH_4排放潜势.     

CO2代替硫酸中和印染废水对厌氧处理的影响

高碱性印染废水在生化处理前需进行中和处理降低pH,而通常所采用的硫酸会对厌氧处理产生抑制效应,因此分别使用CO_2和硫酸中和印染废水,并采用UASB反应器进行厌氧处理,对比分析反应器的处理效果与微生物群落结构.结果表明:采用CO_2代替硫酸中和印染废水的UASB-2反应器内ρ(SO42-)显著降低,ρ(CODCr)ρ(SO42-)由2～3升至6～8,CODCr去除率和氨化率分别升高了46. 8%和42. 2%;在进水采用硫酸中和的UASB-1反应器内,产酸菌与SRB(sulfate reducing bacteria,硫酸盐还原菌)丰度的增加导致反应器处理效率不佳,而UASB-2反应器内微生物多样性提高,绿弯菌门(Chloroflexi)、热孢菌门(Thermotogae)及Thermovirga属等优势菌群有利于提高厌氧污泥处理能力;进一步将CO_2中和工艺代替硫酸中和工艺应用到实际工程,发现生化处理系统CODCr、TP、TN污染物去除率由原来的91%、82%和52%分别升至95%、89%和60%,每年可减少印染废水处理成本165×104元,减排CO_2气体3 150 t.研究显示,CO_2中和工艺在印染废水处理中有一定的推广应用价值.