生态恢复措施提升高寒沙化草地的固碳效应

为评估不同生态恢复措施对高寒沙化草地系统固碳效应的影响,为高寒沙化草地生态功能恢复提供实践指导,该文以实施围栏禁牧草本模式(EG)、围栏禁牧灌草间作模式(ESG)和围栏禁牧沙障+灌草间作模式(ESSG)的退化草地为对象,未修复草地为对照(CK),研究沙化草地在不同生态修复模式和年限下的土壤有机碳和活性组分含量以及恢复草地固碳效应的变化特征。结果表明:恢复地土壤总有机碳含量、易氧化有机碳含量和溶解性有机碳含量较CK分别显著增加5.09～6.15倍、2.82～7.41倍和2.36～2.71倍(p0.05)。土壤有机碳及活性组分含量在不同恢复模式间的高低顺序是ESSGEGESG,在同一模式下按≥15 a、7～9 a、≤5 a的顺序显著降低。恢复地的总有机碳密度较CK显著提高1.28～7.66倍(p0.05)。3种恢复模式间的总有机碳密度大小为ESSGESGEG,且恢复年限7～9 a时ESSG分别较EG和ESG显著提高1.71倍和1.80倍,≥15 a时ESG和ESSG的分别比EG显著高54.2%和63.5%(p0.05)。各模式下的总有机碳密度随恢复年限的增长而增加,≥15 a的分别是7～9 a和≤5 a的1.83～2.96倍和2.32～5.80倍。可见,围栏禁牧沙障间作灌草能持续高效提升退化高寒沙化草地系统的碳固存,促进土壤有机碳活化,有利于土壤质量的提升,是沙化高寒草地的优选生态恢复措施。     

长沙市秋冬季PM2.5及水溶性有机碳污染特征研究

该研究于2017年9月-2018年2月连续采集长沙市大气PM2.5样品,分析了PM2.5样品中水溶性有机碳(WSOC)的浓度变化及其与大气污染物的相关性,对比分析了清洁天和污染天WSOC浓度特征,并基于后向轨迹分析(HYSPLIT)和潜在源贡献因子分析(PSCF)方法探讨了秋冬季WSOC的传输路径及潜在来源贡献。结果表明,秋、冬季WSOC平均浓度分别为6.22、7.00μg/m3,WSOC与相对湿度和风速均呈显著负相关,与温度相关性不明显。WSOC与PM2.5具有显著的相关性(R=0.800),秋季WSOC与CO、O3、NO2、SO2的相关性比冬季更加显著。污染天风速小、相对湿度低,WSOC污染浓度明显高于清洁天。HYSPLIT和PSCF分析结果表明,除本地排放外,WSOC还受来自偏北及偏东方向区域污染源传输的影响。     

典型酚类化合物水相光氧化产物光谱特征分析

生物质燃烧可直接排放棕色碳类物质(BrC),也可通过排放的亲水性酚类化合物的水相光解生成BrC,但初始浓度对光氧化产物光谱特征的影响研究较少。该研究选择3,5-二羟基苯甲酸、4-甲基邻苯二酚、2-甲氧基苯酚和2,6-二甲氧基苯酚进行水相溶液直接光照模拟,考察不同分子结构和不同初始浓度(0.1、0.5、1和5 mmol/L)对光解产物的影响。结果表明,在300 W高压汞灯光源照射下,溶液颜色都表现为从无色变为浅黄色,紫外-可见吸收随波长单调递减,显示有BrC的生成;0.1 mmol/L低浓度溶液出现了先变黄加深后变浅的光漂白现象,而其他高浓度溶液在365 nm处的吸光度呈逐渐增加趋势;光解速率呈现3,5-二羟基苯甲酸大于4-甲基邻苯二酚,以及2-甲氧基苯酚大于2,6-二甲氧基苯酚的差异,表明酚类化合物结构对光解过程有重要影响。结合三维荧光中心红移分析,推测酚类化合物的直接光解过程为有机自由基反应驱动的低聚过程。     

中国电力行业碳排放脱钩效应情景模拟

电力行业是全球碳排放最主要的来源,实现电力碳减排将影响中国碳中和目标的达成。该文基于中国2000-2017年的数据,从电力生产、输配、消费的视角,运用LMDI模型分解电力部门碳排放的驱动因素,并在此基础上建立系统动力学模型,设置5种不同的政策情景,模拟电力行业碳脱钩的变化趋势,结果显示:(1)对电力碳排放起正向驱动作用的有化石燃料结构、火力发电率、输配电损失、电力净出口、人均GDP、总人口和人均生活用电,起负向驱动作用的有煤耗率、电耗强度、产业结构。(2)相较于产业结构调整规划,国家制定的能耗强度目标和化石燃料发电占比目标调控碳排放的力度更大;相较于单项目标,组合型的政策规划使得碳排放与经济增速脱钩效应的变动趋势更显著。该文提出推广新型清洁电力能源、合理规划、实施精准化的组合型政策等政策建议,以期为相关部门制定政策规划实现碳减排提供可行性建议。     

杭州冬季大气细颗粒物污染特征及形成机制

为探究杭州市冬季大气细颗粒物的污染特征及形成机制,采集2019年12月～2020年1月PM_2.5样品,根据天气条件将采样期分为无雨期、多雨期和少雨期,比较分析各个时期SOA(二次有机气溶胶)的形成机制,结合稳定碳同位素技术确定污染来源.结果显示,多雨期PM_2.5的pH值为(2.2±0.6),比其它时期低1～2个pH值单位,这归因于降水对NH₃(g)的有效去除.二元羧酸类化合物的分子组成与其它地区类似,C₂(草酸)>C₄(丁二酸)>Ph(邻苯二甲酸),但m Gly(甲基乙二醛)与Gly(乙二醛)的比例高得多,表明杭州冬季的SOA主要来源于生物排放的光化学氧化.特异性稳定碳同位素组成结果也表明,大部分二元羧酸在多雨期富集δ¹³C,可能是因为POA(一次有机气溶胶)的气相分解增强和VOCs(挥发性有机化合物)的气相氧化减少.     

选择性催化氧化H2S的富氮碳催化剂研究进展

近年来,能高效净化H2S并回收硫资源的选择性催化氧化技术(H2S-SCO)受到了广泛关注.开发高性能、高选择性及低成本的催化剂是H2S-SCO技术的研究重点,其中富氮碳基催化剂(RNCC)具有高活性、无金属、易制备、低成本且易再生等优点,被认为是一类极具潜力的H2S-SCO催化剂.本文介绍了金属基催化剂的发展,总结和归纳RNCC的制备方法、催化活性和物化性质,系统地讨论RNCC的构-效关系及影响RNCC性能的关键因素,并总结了RNCC的H2S-SCO反应机理.最后指出RNCC目前存在机遇和挑战,并展望了未来的发展方向.     

干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明：1）1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表（impervious surface areas, ISA）以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田（27%）与荒漠（62%）。2）乌鲁木齐市生态系统碳库主体（95%）分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。     

腐殖酸与典型碳纳米材料协同光致产生活性氧物种的研究

采用电子自旋共振光谱(EPR)技术,分析腐殖酸在光照下对4种典型碳纳米材料诱导产生单线态氧(~1O_2)和羟基自由基(·OH)的影响。基于密度泛函理论计算4种典型碳纳米材料的前线轨道能,比较了它们分别经能量转移诱导产生~1O_2的能力以及经电子传递诱导产生·OH的能力。结果显示,4种不同形状的碳纳米材料(富勒烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及石墨烯)悬浮液在紫外光照下均无~1O_2和·OH产生。与腐殖酸共同存在下,4种碳纳米材料均显著诱导~1O_2的产生,且富勒烯和石墨烯还能光致生成·OH。协同产生~1_O2的能力大小为:单壁碳纳米管富勒烯多壁碳纳米管石墨烯,协同产生·OH的能力大小为:石墨烯富勒烯。~1O_2的产生能力与碳纳米材料的能隙大小和颗粒聚集程度有关,而诱导产生·OH的能力主要取决于化学硬度。总之,我们的研究表明腐殖酸与碳纳米颗粒可协同产生活性氧物种。     

平原丘陵过渡带土壤有机碳空间分布及环境影响

为定量分析景观过渡带中土壤有机碳空间分布及环境影响,将环境因子纳入空间自回归模型与地理加权回归模型分析比较,并以普通最小二乘回归模型作对照.结果表明:土壤性质指标中,容重及有效铁与土壤有机碳存在极显著相关关系;地形及区位因子中,纬度、高程、坡度、粗糙度等稳定性因素与土壤有机碳存在极显著相关关系;土壤有机碳的局部集聚性多发生在核心景观过渡带;空间回归模型的拟合优度均优于普通最小二乘回归模型,估计值的空间自相关变化趋势与实测值一致,残差的空间模式显著减弱;能够灵活调整权函数与带宽的地理加权回归模型能够更好地分析土壤有机碳的空间变异.模型评价方面,GWR-1和GWR-2的残差平方和较OLS分别降低了20.717%和8.799%; SLM、SEM、GWR-1、GWR-2的AIC值较OLS分别减小了5.108、5.391、19.887和11.751.除本身存在的空间自相关外,模型中土壤性质指标及环境因子能大幅解释土壤有机碳的异质性.本研究引入辅助变量,运用空间回归模型分析了平原丘陵过渡带土壤有机碳的空间变异,可为生态恢复、环境变化指示及研究区典型柑橘区的区划提供依据.     

农业活动干扰下地下水无机碳循环过程研究

为准确识别浅层地下水污染来源及污染过程,选择我国北方某集约化蔬菜种植基地浅层地下水作为研究对象,借助水化学组成、氢氧同位素以及溶解性无机碳(DIC)碳同位素组成,探讨浅层地下水来源以及DIC来源和迁移转化特征.结果表明:浅层地下水阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主,沿地下水流向,水化学类型由HCO₃^?-Ca²⁺-Mg²⁺型转变为HCO₃^--SO₄^2--Mg²⁺-Ca²⁺型;浅层地下水δD组成范围为-69.6‰~-52.7‰,均值为-63.5‰,δ¹⁸O组成范围为-9.29‰~-6.80‰,均值为-8.45‰.大气降水是浅层地下水重要补给来源,靠近河水的浅层地下水还接受地表水的补给;浅层地下水δ¹³C_DIC组成范围为-11.76‰~-5.85‰,均值为-10.43‰.浅层地下水DIC来源包括土壤CO₂、碳酸盐矿物以及有机质分解.河水DIC侧渗对局部浅层地下水DIC碳同位素造成影响,化学肥料引起的酸性物质参与碳酸盐矿物风化作用以及浅层地下水CO₂去气作用对地下水δ¹³C_DIC组成产生影响,在利用DIC碳同位素识别地下水污染来源时需要引起重视.