《新科学技术论手册》述评

STS曾推出两版综合性研究手册,第二版近年来在国内学界引起研究热潮,STS的社会建构主义进路深入人心.2007年底,手册第三版问世,一改第二版激进而轻率的社会建构主义,转向实践框架下的跨学科综合研究,尝试与科学哲学的沟通更是新亮点.新手册寓意着STS的一场成年礼,标志着STS进入真正成熟的发展阶段.     

干旱影响森林土壤有机碳周转及积累的研究进展

随着全球气候变暖趋势加剧,伴之而来的干旱问题成为全球关注的热点。干旱对森林生态系统碳积累和周转可能产生显著影响,其主要过程包括植被地上部分和地下部分凋落物对土壤有机碳的输入、凋落物的分解及土壤有机碳的矿化等。笔者综合分析了近年来国内外相关研究成果,对干旱影响森林土壤有机碳的主要过程与机制进行了归纳和总结,结果表明:①干旱通过促进叶片提前脱落,短期增加森林凋落物量,长期干旱则影响森林植物生长,降低森林初级生产力从而降低植物地上凋落物量。轻度和中度干旱下植物为补偿水分缺失增加细根生物量维持植物生命力,重度干旱下植物丧失自我修复能力导致细根生物量降低,干旱也会造成细根死亡率增加。平均而言,全球范围内干旱会造成森林凋落物量降低(1.9%)和细根生物量降低(8.7%),最终减少植物有机碳向土壤的输入量。②干旱可通过改变凋落物化学性质,对分解者——土壤动物、微生物产生胁迫,从而引起凋落物分解速率下降(10%~70%)。干旱使凋落物碳氮含量变化,造成凋落物次生代谢物,如纤维素、木质素、单宁等积累,改变根系分泌物化学组分,从而影响凋落物分解。干旱导致真菌生物量和分解者等土壤动物丰度降低,增加分解者捕食压力,使相关微生物和酶活性下降,造成凋落物分解速率下降。③干旱驱动微生物群落组成变化(真菌细菌比、革兰阳阴细菌比增加),造成微生物生物量下降,活性减弱,此外还会降低腐食动物的摄食活性、酶活性,最终导致土壤有机碳矿化速率下降(10%~50%)。④干旱对土壤有机碳不同组分影响不同,干旱会减小土壤微生物生物量碳(MBC)库(2%~30%),造成表层土壤溶解性有机碳(DOC)积累(30%~60%)。而在全球范围内的不同区域,干旱对土壤有机碳积累的影响也不同,亚热带森林中干旱对土壤有机碳积累的影响多是负面的,热带森林中则相反。总体而言,干旱对森林土壤有机碳库储量影响可能不大,但降低了土壤碳周转效率。而森林土壤有机碳周转过程不仅受干旱这一单一因素影响,温度、物种等因素会共同作用于土壤有机碳的周转与积累,且单因子的简单叠加模拟可能与现实环境中多因子综合对土壤碳通量的影响有一定差别。未来需要通过长期观测、延长控制实验时间、模拟原生环境条件等,开展多因素综合实验,加强干旱对土壤动物和微生物影响的研究,以深入了解干旱对森林土壤有机碳影响的生物学与生态学的过程与机制。     

黑老虎植株不同部位木脂素和萜类成分分析

黑老虎(Kadsura coccinea)为传统中药材，为深入了解木脂素类和萜类成分在植株不同部位的分布和积累状况，采用广泛靶向代谢组学技术鉴定其叶、茎、根中的代谢物，基于结构配置解析木脂素和萜类的多样性和丰度。结果显示：在黑老虎植株中共鉴定出39个木脂素类化合物，根(32个，特有13个)>茎和叶(同为24个)，3个部位含17个相同的木脂素类化合物；同时，鉴定出41个萜类成分，根(39个)>茎和叶(同为36个)，3个部位含34个相同的萜类化合物。黑老虎根部木脂素类化合物丰度(114.62×10⁶)远高于叶(23.37×10⁶)和茎(25.96×10⁶),萜类化合物丰度为根(74.16×10⁶)>叶(37.06×10⁶)>茎(17.36×10⁶),根部与叶、茎相同及特有的木脂素和萜类化合物丰度均较高。日本南五味子木脂素G、乙酰表戈米辛R、Kadcoccilactone F等在黑老虎根中高度富集，在叶、茎、根中都鉴定出Kadcoccilactone Q-R、Kadcoccilactone M等三萜类化合物，表明黑老虎具有较高的研究与利用价值。     

林业碳汇提升的主要原理和途径

降低大气CO₂含量、缓解气候变暖,已成为当今科学界和国际社会广泛关注的前沿热点问题。林业碳汇作为基于自然解决方案实现“碳达峰、碳中和”的一个重要途径,在应对全球气候变化方面发挥着基础性、战略性、独特的作用。林业碳汇不仅是森林碳汇,林产品碳汇也起着不可忽视的重要作用。林业碳汇潜力提升是一个森林生态系统净碳收支平衡和全产业链林产品碳汇的调控过程,主要包括无机碳的植物固定(光合过程、净生产力等)、土壤有机碳的周转与固定(动植物和微生物残体分解与黏土固定)、林产品碳的固持(林产品产量、木材转换效率、种类和使用寿命等)等3方面的调控原理。笔者从森林碳汇和林产品碳汇两个维度阐述了提升林业碳汇的主要原理、方法或途径。提升林业碳汇潜力的主要途径包括:①通过适地适树、适钙适树人工造林,以增加森林面积;②以完善森林经营措施来增加森林净生产力;③利用矿质黏土对有机碳的保护来增加森林土壤碳汇;④提升林产品产量和改进林产品用途以增加其寿命。在全球尺度上,增加森林面积或提高森林净生产力3.4%,或用可再生能源替换薪炭木材,再将薪炭木材用于制造锯材和人造板,都可以连续30 a每年增加1 Pg的碳汇量。减少全球森林火灾面积1/4或增加森林土壤有机碳含量0.23%,也可以增加碳汇1 Pg。此外,林业固碳还有巨大潜力可以挖掘。     

钢箱桁架拱桥V型墩受力分析与优化设计

桥梁V墩结构形式特殊且受力情况复杂，是桥梁建设中的重要部位，为研究其力学性能，以某钢箱桁架拱桥为背景，首先通过Midas全桥模型求解出最不利荷载工况下V构的边界条件，分析了ABAQUS局部模型的受力情况，随后以V构失高与墩座高度比、内外肢腿倾角比为参数，揭示了参数变化时V墩最大应力变化规律，最后结合分析所得，对V构进行优化设计。研究表明：在承载能力极限状态下，墩座底部和外侧肢腿下缘产生了较大的拉应力；随着两种参数的增大，肢腿与墩座最大主拉应力呈现相反的变化趋势，而最大主压应力均趋于降低，这主要是由于力臂长度、桥墩整体柔度改变对主应力产生影响；结合参数分析所得，以主拉应力减小为优化目标，采用合适的结构布置形式后，主要受拉部位主拉应力明显减小，且小于允许值，安全储备得到提高。