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.     

预处理方法对海洋微藻脂肪酸萃取量及其碳稳定同位素组成的影响

为探讨不同前处理对海洋微藻脂肪酸萃取量及碳稳定同位素比值(13C)的影响,本文应用GC/MS和GC/IRMS方法,测得不同酸催化条件下产物(脂肪酸甲酯)的相对含量及单分子脂肪酸甲酯13C值,并分析比较。结果表明:对于新鲜微藻样品,盐酸催化比硫酸催化更适合于微藻中多不饱和脂肪酸的甲酯化;用硫酸催化时,微藻样品在不同预处理(A-新鲜微藻样品、B-干燥处理、C-溶剂提取)下,测得的微藻脂肪酸甲酯相对含量及13C值也存在一定差异。     

基于物质流分析的中国减物质化趋势及循环经济成效评价

物质流分析通过测量经济活动物质投入的数量、强度及其变化即物质化或减物质化趋势,能够反映可耗竭自然资源损耗和环境退化的总体情况,也是评价循环经济发展成效尤其是资源综合利用对物质消耗影响的一个有效工具。论文运用统计学和计量经济学方法,分析了中国2000-2013年直接物质投入及其与特定经济特征的关系,确定了资源利用强度变化趋势,评价了中国循环经济实践尤其是资源综合利用的成效。发现2000-2013年中国直接物质投入总量持续增加、单位GDP直接物质投入先上升后下降,说明中国已进入了相对的减物质化阶段;第二产业比重先增加后下降的变化趋势是直接物质投入强度变化的格兰杰原因;中国的资源综合利用总量增加但综合利用率仍很低,未对直接物质投入强度产生统计学意义上的显著影响;未来中国直接物质投入总量和人均值在很长时间内还将继续增加。     

四海龙湾表层沉积物中有机质的组成特征及其源解析

为研究玛珥湖四海龙湾表层沉积物中有机质的组成特征及来源,采集四海龙湾表层沉积物样品,并对其中的有机质进行了分析. 结果表明,四海龙湾表层沉积物中w(TOC)(TOC为总有机碳)为6.7%、w(TN)为0.6%、δ13C_org(TOC同位素丰度)为-28.0‰、δ15N_total(TN同位素丰度)为2.2‰. 可溶性有机质主要包括脂肪烃、脂肪醇、脂肪酸和GDGTs(甘油二烷基甘油四醚脂)等,其中脂肪酸是可溶性有机质的主要组分,约占可溶性有机质总量的68.8%,主要来源于内源性的藻类和厌氧菌; 脂肪烃主要来源于陆源的C3木本植物;结合态脂肪醇具有明显的内源来源特征,而游离态脂肪醇却呈现陆源来源特征. 四海龙湾沉积物中含有丰富的GDGTs,主要来源于陆源土壤,包括支链类GDGTs和类异戊二烯类GDGTs,其中类异戊二烯类GDGTs以GDGTⅣ和GDGTⅤ为主,但其在四海龙湾沉积物中的含量相对较小. 研究显示,四海龙湾流域陆源是沉积物中可溶性有机质的主要来源,陆源有机质的大量流入改变了四海龙湾的营养水平;不同种类可溶性有机质表现出不同的来源特征,这主要是由于微生物对不同种类有机质降解速率的不同所致,并且导致降解所产生的二次有机质数量也不同.      

中国亚热带重要树种植硅体碳封存潜力估测

研究选取中国亚热带阔叶林、针叶林、竹林等3 种森林类型中常见的7 个树种,通过微波消解法提取其植硅体,并对其植硅体中碳含量进行测定,计算植硅体产量并估测碳封存量,结果表明:① 7个树种叶子植硅体碳占干物质含量分别为毛竹3.31±0.53 g·kg^-1、杉木0.30±0.06 g·kg^-1、马尾松0.40±0.11 g·kg^-1、苦槠0.19±0.04 g·kg^-1、青冈0.88±0.09 g·kg^-1、木荷0.49±0.18 g·kg^-1、枫香1.12±0.33 g·kg^-1;② 相关分析表明,硅与植硅体含量(P<0.05,R²=0.989 7)、植硅体与植硅体碳占物质含量(P<0.05,R²=0.881 6)、植硅体碳与植硅体碳占干物质含量(P<0.05,R²=0.354 4)之间的相关性达显著水平.③ 毛竹的植硅体碳封存速率最高,若以最高植硅体碳封存速率0.050 6t- e-CO₂·hm^-2·a^-1计算,面积为3.87×10⁶ hm²的毛竹林每年可封存约1.96×10⁵ t CO₂;④ 杉木、马尾松的植硅体碳封存速率分别为0.005 6 和0.010 8 t-e-CO₂ ·hm^-2 ·a^-1,面积分别为1.13×10⁷、1.20×10⁷ hm²的杉木林、马尾松林每年可封存约6.33×10⁴、1.30×10⁵ t CO₂;⑤ 阔叶林植硅体碳封存速率介于0.000 5~0.019 3 t-e-CO₂·hm^-2·a^-1之间,面积为2.49×10⁷ hm²的阔叶林每年可封存1.25×10⁴~48.15×10⁴ t CO₂.     

改进型铁碳微电解设备研究

针对传统铁碳微电解装置存在的偏流、堵塞、填料板结等问题,提出了相应的解决方法及措施,对装置结构进行优化改进,并进行了现场中试实验。通过在装置内部增加挡圈防止设备偏流,增设废水内循环工艺防止设备堵塞,改变填料的结构防止设备板结。采用改进型铁碳微电解设备处理青岛某电镀废水,稳定运行120 d出水平均值ρ(Cr6+)为0.03 mg/L,ρ(Cr)为0.04 mg/L,ρ(Zn~(2+))为0.12 mg/L,ρ(Cu~(2+))为0.67 mg/L,达到了GB 21900—2008《电镀废水排放标准》的要求,且设备运行稳定可靠。     

海洋生物及生态系统对海洋酸化的响应

在过去 10 a中,海洋酸化已经成为全球海洋的一个新挑战。海洋酸化不仅会影响海洋中的碳化学、营养盐、微量元素等的地球化学特性,而且能影响海洋中微生物、浮游动植物、各种大型动物乃至整个海洋生态系统;不同区域的生物体系对酸化产生不同的响应,同一生物不同生命阶段的酸化响应可能截然不同;酸化给海洋带来的影响是及其复杂多变的,而且这些影响之间还存在复杂的相互作用;生态系统对海洋酸化的自然响应是很多生物和非生物因素独立和共同作用的结果;对很多单一物种或单一因素酸化响应的简单概括或总结,远不能描述海洋酸化对整个生态系统的影响规律。本文综述了海洋中微生物、浮游动植物、各种大型动物等海洋生物对酸化响应的研究进展,指出了目前海洋酸化研究中存在的一些不足,并提出了一些新的思路和方法。