我国旱作农业黍、粟植硅体碳封存潜力估算

植硅体是植物在生长过程中沉淀在细胞内的非晶质二氧化硅矿物,在其沉淀过程中能够封存部分植物细胞的有机碳,植物死亡、腐烂、燃烧后,植硅体及其封存碳会被长期保存于土壤或沉积物中,而这一部分碳封存量在陆地生态系统碳循环研究中一直没有得到计算.黍、粟是我国北方新石器时代以来典型的旱作农作物,是研究人类活动影响陆地碳循环平衡的重要材料,通过湿式灰化法提取8种现代黍、粟植硅体并对其植硅体封存的碳含量进行测定,计算了粟、黍干物质产量、植硅体产量及碳封存量,结果表明:(1)黍和粟的植硅体碳含量分别占其干物质量的0.136%±0.070%和0.129%±0.085%;(2)根据黍和粟近10年平均粮食产量计算,中国的黍和粟植硅体碳封存速率平均值分别为0.020±0.010和0.023±0.015tCO2hm-2a-1,以粟植硅体的高碳封存速率0.038tCO2hm-2a-1以及目前全国的旱作农业62.4×106hm2的种植规模计算,每年将通过旱作植硅体封存约2.37×106tCO2;(3)1949～2008年间,尽管我国粟种植面积和产量逐年减少,仅粟植硅体累积封存了约7×106tCO2.植硅体碳有可能是生物地球化学循环中丢失碳汇的...     

从比较行星学角度看“地球有限膨胀演化模型”

在《科学通报》第44卷第9期的 "地球有限膨胀演化模型"[1]一文中, 该文作者认为: 地球按R(T)=R0+A(1-exp(β(t-ts)))规律膨胀(注: 在文献[1]的摘要及正文的公式(12)中均误为 ; 地球已经生成了46亿年, 在生成3亿年后(ts)开始膨胀, 初始半径R0为4651 km, 最终半径可达 R0 + A = 6511 km; 从地球形成至今的46亿年来, 在近43亿年的时间里半径增加了1720 km, 即平 均密度从14200 kg/m3(2.57倍于当前密度)减小到5520 kg/m3.在讨论全球构造的问题时, 我们必须注意到, 由于行星际探测的发展, 大大丰富了人类对太阳系的认识[2], 任何有关行星地球…     

全球变暖阻碍了对二氧化碳的吸收

由于人类大量燃烧矿物燃料和滥伐森林 ,造成了大量ＣＯ2 进入大气层 ,并导致全球气候变暖。这些过量的ＣＯ2 被陆地和海洋以“渗漏”的方式吸收。这种渗漏会给未来的气候变暖带来什么影响 ?科学家发现 ,从长远的观点看 ,它们对碳的有效吸收要比人们想象的小得多。根据计算 ,如果不考虑大气 -碳循环联系 ,那么到 2 1 0 0年 ,全球陆地气温将只上升2 5℃ ,而不是预期的 5 5℃。目前 ,大气中每年增加的ＣＯ2 还不到所估计的排放量的一半 ,未进入大气层的碳是通过陆地和海洋的渗漏作用而被吸收掉的 ,所以气候的预测不仅要考虑未来的排放量 ,还…     

高原湿地功能退化的表征及其恢复中的生态需水量

湿地功能退化是指在自然或人为作用下湿地功能的消弱或失衡,进而导致湿地不能正常发挥其特有功能或者使其发挥功能的效果减弱的现象．文章利用模糊度函数进行湿地功能退化分级,求得湿地各功能指数值,对湿地功能退化进行定量分析,并根据综合功能发挥状况对应的水位和水量确定异龙湖湿地的各级需水量．应用该方法所取得的结果具有可比性、全面性及合理性．同时,将各级湿地生态需水量与湿地的生态恢复相结合确定不同级别的湿地恢复方案．结果表明:异龙湖湿地综合功能从20世纪50年代至今总体呈下降趋势;异龙湖湿地维持其功能正常发挥所需要的最小水量为1．30×108m3;异龙湖现在处于疾病状态,根据以上计算,提出三级恢复方案:低方案将其恢复到水位1414．53 m,水量为1．30×108m3,中方案将其恢复到水位1415．38 m,水量为1．78×108m3,高方案将其恢复到水位1416．87 m,水量2．14×108m3．文中计算的生态需水量考虑了各种补水、耗水及水污染等综合状况,未来如果在补水工程、污染控制等环境保护措施实施较得力的情况下,异龙湖维持其健康需要的各级水量会相应小于计算值．     

海洋热流中的3He：地球深处核聚变的证据?

20世纪70年代科学家发现,从正在扩张的大洋山脊喷出的热液中的³He含量与温度(热量)变化呈线性关联,并且具有几乎恒定的高³He/⁴He比值,约为大气值的8倍。这说明³He和⁴He同步地随温度而变化。按照现在的观点,U和Th的α衰变是地球内部热量的主要来源,同时也是⁴He的来源,而³He则是假设为原始起源,即地球生成时就存在的。热液中的³He含量与温度变化呈线性关联,似乎表明³He同⁴He一样也应有其相关的来源。从上面所述,我们认为热液的³He主要是由核聚变产生,而⁴He是由U和Th的α-衰变产生的。依据上述假设,从文献给出的海洋³He流量4×10⁴/m²s以及从Galapagos中心,Rainbow(36°14′N)和Lucky Syriky(37°17′N)海底热气孔排放的热液所测量的³He流量,求得海洋热液的平均³He/⁴He比值为(1．2±0．4)×10^-5 。这比值同测量的海洋玄武岩以及海底喷出热液中³He/⁴He比值(1．12±0．14)×10^-5相符合,结果支持我们的论点。     

飞秒脉冲激光穿越大气层的特性

对不同脉宽、不同中心波长、不同入射天顶角情况下飞秒激光脉冲在大气层中的传输特性进行了数值模拟.理论计算结果表明,在50 km高空大气的二阶色散值为3.44×10-6 ps2/km,与大气在海平面的二阶色散值(2.09×10-2 ps2/km)相比,约小4个数量级;在激光脉冲非垂直发射情况下,当入射天顶角小于60°时,谱宽为40 nm的飞秒激光脉冲的蒙气差值、大气角色散值以及时域色散导致的脉冲展宽量均会随入射天顶角缓慢增加,当入射天顶角大于60°时,这种增长会急剧变大.大气的角色散作用还会使传输光束的横向尺寸和光谱空间分布发生改变,但其改变量要远小于直径为200 mm的光束的衍射效应产生的相应变化.在垂直发射条件下,对于厚度为50 km的大气层而言,800,1064,1550 nm三个不同中心波长的瑞利脉冲宽度分别为700,605,495 fs.由于入射天顶角的增加直接导致有效传输光程增加,随着入射天顶角由0°增至90°,瑞利脉宽单调增加,最大可增至垂直发射时的3倍左右.     

中国1990～2010年城市扩张卫星遥感制图

根据同一数据源的陆地卫星TM和ETM+影像,首次从1990,2000和2010年基准年图像上以人工解译方法为主获得我国所有城市20年间建成区分布范围,最后由专人按统一标准,对照三期城市数据逐个修改完成并建立了中国城市扩展数据库.结果表明我国城市化在过去20年间呈指数增长了2倍多;我国城市建成区面积由1990年东北较高,转变为2010年东南沿海的江苏、广东、山东、浙江领先的格局;我国城市化所占的土地主要来自耕地,大约有17750km2的耕地被城市化,而且21世纪最初10年比20世纪最后10年增加了近1.5倍;20年来,我国城市扩展速度最快的省份是江苏、广东、山东、浙江等.对2009年超过50万人口的147座城市单位建成区面积的国民经济总产值和人口分析表明,建成区经济效益高的城市由沿海城市辅以部分资源型内地城市组成,而人口密度高的城市主要由内地资源型城市组成;东部沿海省区建成区的经济效益低于中部和广东等省区.这个数据库将对研究我国城市建成区变化规律及其对耕地和其他用地的转化趋势、模拟城市发展动态、研究城市发展与我国人口增长和迁移的关系以及与碳排放和气候变化的关系、制定国家应对气候变化、国土资源利用以及城市规划与管理政策发挥重要作用.     

干旱区荒漠无机固碳能力及土壤碳同化途径

干旱区荒漠的非生物固碳能力一些学者至今怀疑,关键在于地上通量观测到的CO_2吸收结果是否在土壤碳库得到体现.本研究在我国西北干旱区,将荒漠划分为砾质荒漠(戈壁)、沙质荒漠(沙漠)和壤质荒漠三大类,从颗粒组成、总含盐量、有机碳和无机碳含量等方面测定分析,研究不同类型荒漠土壤有机碳和无机碳(soil inorganic carbon,SIC)密度和储量变化,并与高寒生态系统进行比较.结果表明,不同类型荒漠平均0~30 cm表土层和1 m深土壤SIC密度分别为2.8和10.1 kg C m~(-2).相比较,壤质荒漠的SIC密度最高,1 m深土壤达到12.1 kg C m~(-2).针对土壤对CO_2的吸收和无机固定,提出土壤碳同化(soil carbon assimilation)概念.荒漠生态系统固碳是植物碳同化与土壤碳同化,即有机和无机过程的结合,荒漠土壤无机碳密度和储量是有机碳的5倍.土壤碳同化途径分为3个阶段:CO_2与H_2O反应阶段、CO_2或弱碳酸与土壤溶液阳离子反应阶段、生成溶解碳酸盐与沉淀碳酸盐附着于土壤颗粒和向下沉积阶段.土壤碳同化能力随着土壤有机碳含量、含盐量、水分、粉粒和黏粒含量的增加而提高.     

黄土高原西缘在AD 1875~2003期间石笋氧同位素记录的季风降水变化与海气系统的联系

基于黄土高原西部甘肃武都万象洞中一根石笋0~16 mm之间的5个高精度²³⁰Th年代和103个δ¹⁸O数据, 重建了亚洲季风边缘区过去100多年来高分辨率的季风降水变化历史. 通过与武都器测降水数据对比发现, 最近50多年来石笋氧同位素组成受降雨量效应的影响, 指示了亚洲季风的强弱变化及其带来的降水量信息. 近100多年来亚洲季风的变化历史可分为季风降水增强期(AD 1875~1900)、季风降水减弱期(AD 1901~1946)和季风降水再次增强期(AD 1947~2003) 3个气候段, 而且这3个季风变化阶段与通过历史文献记载建立的旱涝指数变化相似. 近100多年来万象洞石笋氧同位素记录的季风强度变化与太平洋年代际振荡(PDO)密切相关, 年代际时间尺度上PDO暖(冷)相位与季风降水的减少(增加)对应; 但在1977年之后出现了季风降水变化和PDO的反相位关系, 很可能是北太平洋在1976/1977年前后发生的年代际气候跃变的反映. 说明现代亚洲季风强度及季风降水变化通过海气相互作用与太平洋密切相关. 这种关系将有助于亚洲季风区水循环的预测, 而且可以利用洞穴观测数据来提高气候模型的预测能力.