用一年生植物研究大气Δ14C 分布与化石源CO2排放

利用加速器质谱(AMS)技术, 通过测量北京地区一年生植物放射性碳同位素(¹⁴C), 系统分析了2009 年5~9 月北京地区大气Δ¹⁴C 水平和化石源CO₂浓度分布. 研究结果表明, 北京地区大气Δ¹⁴C最高值为29.6‰±2.2‰, 最低值为-28.2‰±2.5‰, 表现出远郊-近郊-市区依次递减趋势, 这与由人类活动(人口密度、交通流量等)引起的化石源CO₂ 排放增加呈相反的变化趋势, 即人类活动频繁地区大气Δ¹⁴C值较低. 2009 年5~9 月北京地区大气化石源CO₂浓度变化范围为(3.9±1.0)~(25.4±1.0) ppm, 每排放1 ppm 化石源CO₂可使大气Δ¹⁴C水平下降~2.70‰. 用AMS 测量一年生植物¹⁴C这一方法, 为快速示踪大气化石源CO₂浓度提供了有效手段.     

Q235钢在潮湿SO2环境中的初期腐蚀锈层的表征

研究了Q235钢在不同SO₂浓度48 h的初期腐蚀行为, 分析了在不同条件下Q235钢的初期腐蚀行为, 发现SO₂浓度0.05%为一临界点, 此时Q235钢的腐蚀深度达到最大, 随后再提高SO₂浓度, 腐蚀深度随之降低. 同时运用扫描电子显微镜(SEM/EDAX)、Fourior变换红外光谱(FTIR)和XRD对Q235钢的表面形貌和腐蚀产物进行了分析, 发现当SO₂浓度为0.5%时, 出现了三种不同形貌的产物层, 并且在产物中发现了SO₃^2-, 讨论了不同条件下锈层中S元素的作用, 并对SO₃^2-的生成机制进行了分析, 阐述了Q235钢在不同SO₂浓度下的腐蚀机理.     

南极中山站地面臭氧的监测和本底特征

利用南极中山站大气监测站2008 年全年地面臭氧连续观测资料, 分析了地面臭氧的季节 变化特征和本底浓度与风的关系. 结果显示, 来自于站区方向的风向频率很低, 仅占数据样本的 2%, 盛行风(偏东风)频率为79.2%, 表明中山站地面臭氧浓度监测数据基本未受站区污染影响; 监测数据具有东南极大陆沿岸的本底特征. 中山站地面臭氧浓度季节变化的显著特征是冬季高 夏季低, 年平均浓度为25.0 nmol mol^-1; 峰值出现在7 月, 月平均浓度为34.4 nmol mol^-1; 谷值在 12 月, 月平均浓度为12.3 nmol mol^-1; 此结果与南极大陆其他沿海站点观测相似. 地面臭氧浓度 与紫外辐射(UVB)呈显著的负相关, 且极夜期间地面臭氧浓度比极昼期间高1~2 倍, 说明在南极 光化学作用对臭氧的破坏占主导地位. 对中山站臭氧损耗事件的个例分析表明, 臭氧损耗事件的 发生与低温和站区北部海冰上的溴化物浓度高值区有密切相关, 结合气流后向轨迹分析表明臭 氧损耗事件是由BrO 的影响所致.     

核壳结构α-Fe2O3@Zn2SnO4的水热法制备及光电性能

α-Fe₂O₃ (带隙2.2 eV) 和Zn₂SnO₄ (带隙3.6 eV)两者都是廉价的光电材料, 然而前者光生载流子复合效率较高, 后者只有在紫外光区有光电响应. 本文采用水热法制备了核壳结构的α-Fe₂O₃@Zn₂SnO₄复合材料, 利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)及表面光电压谱(SPS)等分析手段进行材料结构、形貌和性能表征. 结果表明, 该核壳结构复合材料的光电响应比单一组分光电响应的强度和范围都有明显的改善. 该复合材料光电响应的改善, 与水热法制备的α-Fe₂O₃@Zn₂SnO₄核壳结构有关. α-Fe₂O₃与Zn₂SnO₄复合后Fe_2p的结合能变化明显, 这可能有利于光生载流子分离.     

通过树木年轮δ13C重建大气CO2浓度的可靠性探讨

为了探讨利用树木年轮碳同位素比及其模型重建历史大气CO2浓度的可靠性, 对南亚热带条件下生长的几个主要树种的一些相关生理指标进行了测定. 结果发现叶片光合速率A和气孔导度g的比值A/g和细胞间CO2浓度Ci随环境和树种特性有较大的变化, 与前人对幼苗控制实验所取得的关于这两个值不变的结论不同, 从而对以Ci恒定为前提通过树木年轮δ13C重建大气CO2浓度的可靠性提出了怀疑. 根据目前对Ci等值变化机理的认识水平和大气CO2浓度变化幅度, 通过树木年轮δ13C的分析难以精确地重建区域性大气CO2浓度的变化.     

海南三亚鹿回头造礁石珊瑚碳酸盐生产力的估算

造礁石珊瑚碳酸盐生产不但维系着珊瑚礁的生长, 并且还是大气CO₂的重要来源之一. 采用生态调查法首次在国内开展造礁石珊瑚碳酸盐生产力的估算研究, 获得海南三亚鹿回头岸礁区礁坪和礁坡珊瑚平均碳酸盐生产力分别为(1.16 ± 0.55)和(3.52 ± 1.32) kg•m⁻²•a⁻¹. 珊瑚碳酸盐生产力主要受珊瑚组成、分布以及骨骼生长的属间差异影响. 20世纪60年代以来, 岸礁区日益加剧的人类活动造成珊瑚碳酸盐生产力下降了约80%~89%, 并导致珊瑚礁加积速率降低, 目前已低于现代海平面上升速率. 随着未来海平面持续上升, 鹿回头岸礁的生长模式将可能由过去向海生长为主转变为垂直生长为主, 反映出全球海平面上升背景下, 珊瑚岸礁生物地貌过程对强烈人类活动干扰的响应. 此外, 珊瑚碳酸盐生产力下降还导致碳酸盐生产过程中CO₂释放的减少, 未来珊瑚礁区特别是岸礁区可能因为人类活动的增强而改变其在海洋乃至全球碳循环中的地位.     

肝素对CaCO3晶体形貌和结构的控制

有机物对CaCO₃晶体生长的调控作用是其矿化机制与仿生制备的一个重要组成部分. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、红外吸收光谱仪和荧光分光光度计研究了低分子量肝素(heparin, HEP)对CaCl₂/Na₂CO₃体系中CaCO₃晶体形貌与结构的影响. 结果发现, 在纯水溶液中CaCO₃为菱形方解石; HEP的加入促使CaCO₃形貌与结构发生变化. 当HEP浓度达到2.5 mg/mL时, 可成功诱导CaCO₃晶体取向生长并形成直径为1.5 ?m左右的球霰石型晶体. X射线衍射分析显示, HEP浓度为5和20 mg/mL时, 球霰石晶体含量分别为57.4%和64.9%. 这种HEP/CaCO₃微球对HEP的包封率达到80%以上. 实验研究结果可以为探讨生物矿化机制和制备肝素功能化材料提供新的参考依据.     

小麦旗叶直立转披动态过程对其高光效的影响

以旗叶直立转披型小麦小偃81 (Xy81)、旗叶直立转半披型(中间型)小偃41(Xy41)和旗叶直立型小麦小偃6 号(Xy6)为材料, 对旗叶的生长动态变化、解剖结构特征、光合速率、叶绿素含量、群体光合速率以及透光率等进行比较观察和测定. 通过对Xy81与Xy41及Xy6进行比较结果显示, 旗叶的叶片厚度、叶面积、叶肉细胞形态、叶绿体中类囊体垛叠数、光合速率和叶绿素含量等参数之间无显著区别. 特别值得注意的是, Xy81的旗叶叶片生长角度在灌浆期具有明显的动态变化规律, 即从直立转为下披. 在此过程中, 该品种的叶绿素含量无显著变化, 其光合效率仍维持在较高水平, 由此说明旗叶角度的变化非衰老所致. 此外, 在生长后期, Xy81的群体光合速率和透光率明显高于Xy41和Xy6. 上述结果说明, Xy81旗叶生长的动态变化对灌浆期群体光合作用具有一定的增强效果, 从而有助于小麦产量的增加.     

通过树木年轮δ13C重建大气CO2浓度的可靠性探讨

为了探讨利用树木年轮碳同位素比及其模型重建历史大气ＣＯ２浓度的可靠性,对南亚热带条件下生长的几个主要树种的一些相关生理指标进行了测定。结果发现叶片光合速率Ａ和气孔导度ｇ的比值Ａ／ｇ和细胞间ＣＯ２浓度Ｃｉ随环境和树种特性有较大的变化,与前人对轩控制实验所取得的关于这两个值不变的结论不同,从而对以Ｃｉ恒定为前提通过树木年轮δ＾１３Ｃ重建大气ＣＯ２浓度的可靠性提出了怀疑。根据目前对Ｃｉ等值变化机理的认识     

玉米C4 型pepc基因的分子克隆及其在小麦的转基因研究

通过LA-PCR方法，从当地玉米材料中获得了完整的玉米C₄ 型pepc基因。测序结果与GenBank中登录的玉米C₄ 型pepc基因序列进行比对分析表明，DNA序列的同源性达98.96%，mRNA同源性达99.38%，蛋白质的氨基酸序列同源性达99.38%，在DNA水平，两者之间有49处碱基差异， 18处发生在内含子区，18处发生在外显子处。在mRNA水平，两者之间有15处差异，但是这些差异在蛋白质水平上仅导致了4个非连续排列的氨基酸差异。构建了该基因的农杆菌二元表达载体pBAC214。通过PDS/1000He基因枪转化法，获得了该基因的转基因小麦。对转基因小麦进行的Southern杂交，结果表明来自玉米的鉴定pepc基因完全整合到了小麦基因组中。通过对转基因小麦叶片的可溶性蛋白质SDS-PAGE电泳分析，表明该基因在小麦中获得了正确的转录、剪接和翻译。通过对转基因小麦叶片中PEPC酶活性的初步测定，发现部分转基因植株叶片中PEPC酶活性提高了3-5倍，与玉米叶片中的PEPC活性相当。对转基因小麦旗叶光和生理指标的测定，发现部分转基因植株光合速率有所提高，并且气孔的开放程度与叶片中的PEPC活性紧密相关。说明完整的玉米C₄ 型pepc基因在小麦中可以正确表达和起到一定的生理作用。     

南塔斯曼海800 ka以来的海水表层温度与亚热带锋迁移历史

南半球中纬度西风带的迁移控制着南大洋深层水通风, 从而驱动大气CO₂浓度的变化和全球气候变化. 作为西风带直接控制的锋面, 亚热带锋面(STF)的移动反映了西风带的迁移. 通过南塔斯曼海西部ODP1170站位高分辨率的底栖有孔虫氧同位素(δ¹⁸OB)地层和海水表层温度(SST), 及其他站位温度记录和南极冰芯中古气候参数的综合研究, 重建了800 ka以来STF的迁移历史, 以及其与南大洋通风性、冰盖体积大小和大气CO₂浓度之间的关系. 南塔斯曼海域800 ka以来的SST平均值为10.2℃, 低于该海域现代年均SST(12℃). 但MIS 1的平均SST最高, 达到11.6℃, 而MIS 4的平均SST最低, 为7.8℃. 最高SST出现在MIS 5, 为14.7℃; 最低的SST出现在MIS 2, 为6.2℃. 在冰期-间冰期旋回中, STF相对于其现代的位置, 向南或北迁移超过3个纬度. 在最暖的MIS 5, STF可能向南迁移到49°S以南; 在最冷的MIS 2, STF可能向北迁移到43°S以北. 在轨道周期上, 西风带的迁移领先于冰盖体积大小变化, 但与南极大气温度同步变化. 当太阳辐射同时影响南极大气和南大洋表层海水温度时, 南大洋SST变化导致STF和西风带迁移. 而STF和西风带的迁移又控制南大洋环流和深层水通风, 从而驱动大气CO₂浓度变化. 冰盖体积变化只是大气CO₂浓度变化的积极反馈, 而不是独立的驱动力.     

奥运期间北京地区卫星监测NO2柱浓度的变化

利用美国Aura卫星装载的OMI仪器观测反演得到的对流层NO₂柱浓度资料, 通过与北京近年(2005～2007年)同期及其与周边城市天津和唐山的综合比较, 评估了北京奥运空气质量保障措施的实施效果. 奥运会期间华北地区对流层NO₂柱浓度分布图像资料清楚地说明了北京市实施奥运空气质量保障方案的显著效果, 北京市NO₂柱浓度明显低于周边城市天津和唐山, 而2005～2007年同期三地具有大致相同的NO₂柱浓度. 进一步定量评估给出了保障措施关键时期2008年7~8月北京地区对流层NO₂柱浓度下降了约40%的结果.     

基于叶片气孔导度提升的冬小麦冠层阻抗估算模型的应用和对比

为了筛选适合华北典型地区冠层阻抗基于叶片气孔导度的提升方法,依据两个生长季的冬小麦田间试验资料,以Leuning-Ball和Jarvis叶片气孔导度模型为基础,构建了冠层阻抗估算模型,对比了不同冠层阻抗估算模型的应用效果.结果表明:冬小麦叶片气孔阻抗日变化整体高于冠层阻抗,两者具有显著的尺度差异性;Leuning-Ball气孔导度模型能够更好地解释气孔导度对环境因子的响应;以光合有效辐射作为尺度转换因子,基于Leuning-Ball气孔导度模型提升的冠层阻抗估算模型能够有效地模拟冠层阻抗,可应用于华北典型地区冬小麦水汽传输阻抗尺度提升研究.     

应力下OsSi2电子结构和光学特性研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论(Density Functional Theory)赝势法, 对各向同性形变下OsSi₂的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算. 计算结果表明, 当晶格常数从96%, 100%, 104%依次进行各向同性形变时, OsSi2的带隙逐渐减小. 当晶格参数被压缩到原来的96%时, OsSi₂的间接带隙值E_g=0.928 eV, 当晶格参数被拉伸到原来的104%时, OsSi₂的间接带隙值E_g=0.068 eV. 其光学特性曲线向低能方向漂移, 晶格拉伸使得OsSi₂的静态介电函数增大而压缩使其减小; 晶格压缩可以使其吸收响应增强, 进而提高光电转换效率.     

CdS修饰TiO2纳米管阵列制备及其光电催化产氢性能

为了实现利用可见光高效产氢, 研究开发了具有可见光响应的CdS/TiO₂纳米管阵列光催化剂. 利用电化学阳极氧化法, 在0.15 mol/L NH₄F和0.08 mol/L H₂C₂O₄的电解液中用钛片制备TiO₂纳米管阵列, 纳米管管径为80~100 nm, 管长约为550 nm; 在氨-硫脲体系中通过水浴化学池沉积将CdS纳米颗粒复合在TiO₂纳米管上. 以300 W氙灯为光源, CdS/TiO₂纳米管阵列(2×54 mm×100 mm)作为光阳极, 外加1.0 V槽电压, 0.1 mol/L Na₂S和0.04 mol/L Na₂SO₃为电子给体, 光电产氢速率达到245.4 μL/(h·cm²), 表明CdS/TiO₂纳米管阵列是一种有前景的光催化产氢材料.     

NO 介导的H2S 合成参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭

以拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 野生型和突变体为材料, 利用激光共聚焦显微技术、实时定量PCR 和分光光度法, 结合药理学实验, 探讨两种气体信号分子硫化氢 (hydrogensulfide, H₂S) 和一氧化氮 (nitric oxide, NO) 在乙烯 (ethylene, Eth) 调控气孔运动中的相互关系. 结果表明, H₂S 合成抑制剂能明显抑制乙烯诱导的拟南芥气孔关闭; 乙烯能够显著增加拟南芥叶片的H₂S 含量, 提高L-/D-半胱氨酸脱巯基酶 (磷酸吡哆盐依赖性酶) (L-/D-cysteinedesulfhydrase, L-/D-CDes) 活性及AtL-CDes 和AtD-CDes 的转录水平; 清除NO 可减弱乙烯的诱导效应; 乙烯亦可明显诱导Atnoa1 突变体叶片H₂S 的积累, 但对Atnia1,nia2 突变体没有明显作用; H₂S 合成抑制剂对乙烯诱导气孔保卫细胞和叶片的NO 水平升高以及硝酸还原酶(nitrate reductase, NR) 活性增强没有明显影响, 同样乙烯可以诱导Atl-cdes 和Atd-cdes 突变体保卫细胞NO 水平升高, 说明H₂S 和NO 均参与乙烯诱导的拟南芥叶片气孔关闭, 且NO 可能位于H₂S 上游参与调控这一信号通路.     

大气条件下臭氧与乙烯反应的动力学研究

臭氧是大气化学过程中的核心物种之一, 可以作为对流层大气氧化能力的重要指示剂. 使用自行研制的大气反应烟雾箱模拟实验装置, 研究了接近大气环境臭氧浓度下(100~200 ppb, 1 ppb=1×10^−9)臭氧与乙烯的反应. 结合Model 49C-O₃分析仪与火焰离子化检测-气相色谱(GC-FID)对反应过程中的臭氧与乙烯进行实时监测, 得到臭氧与乙烯在室温条件下(286.5 K)的反应速率常数为1.01×10^−18 (cm³·molecule^−1·s^−1), 半衰期为88 min. 该数据与前人采用的基质隔离(matrix-isolation)技术得到的实验值一致, 表明该大气反应烟雾箱模拟实验装置可以用于大气化学反应过程的研究.     

中国太行山东麓NOX 重污染成因分析

采用OMI/Aura 对流层NO₂ 柱浓度产品, 分析研究了中国太行山东麓(ESTM)地区NO_X 污染的季节变化特征. 研究结果表明, NO₂ 柱浓度夏季最低而冬季最高. 为了探讨该地区NO₂ 重污染的成因, 本研究采用第五代NCAR/Penn State 中尺度模式(MM5)对该地区风场进行模拟.MM5 模式模拟结果显示, 该地区的主导风向主要为东北风和西北风, 其次为西南风. 冬季代表月(2007 年1 月)中, 高NO₂ 浓度(大于50×10¹⁵ molec/cm²)主要发生在以下3 种风场类型: 辐合风场(5 天), 东北风(2 天), 静风(1 天). 尽管与其他发达地区相比, 该地区人为源NO_X 的排放强度相对较小, 但辐合风类型的频繁发生, 以及不利于扩散的地形条件, 导致了大气污染物的不断积聚, 从而形成高NO_X污染区. 此外, 当主导风向为东北风时, 特别是输送气流风速较大时, 可明显观察到从北京-天津-唐山地区向下风向ESTM 地区的长距离传输影响.     

半胱氨酸化学键合金纳米颗粒用于氧化性小分子可视化测定的载体研究

金纳米颗粒(AuNPs)具有独特的等离子体共振吸收性质. 半胱氨酸与金纳米颗粒之间的 Au–S 共价键作用导致金纳米颗粒等离子体共振吸收红移, 本文据此建立了一种通用性的氧化性小分子的可视化分析方法. 当氧化性小分子如H₂O₂ 或者单线态氧(¹O₂)存在时, 半胱氨酸的巯基被氧化成–S–S–键, 使半胱氨酸诱导金纳米颗粒聚集的能力降低, 从而金纳米颗粒的等离子体共振吸收峰由740 nm 蓝移到531 nm, 溶液颜色逐渐由蓝变红, 据此实现了氧化性小分子的可视化检测. 研究发现, 740 和531 nm 处的吸收度比值(A₇₄₀/A₅₃₁)与H₂O₂ 或者¹O₂ 的浓度呈现良好的线性关系. 将所建立的方法用于老鼠脑浆中H₂O₂ 的检测, 检测结果与流动注射-化学发 光法一致.     

西藏地热异常区CO2 脱气研究: 以朗久和搭格架地热区为例

地球CO₂ 脱气作用在长时间尺度上对大气CO₂ 浓度有着巨大的影响, 是全球碳循环模型的重要组成部分. 西藏地区独特的构造条件形成大量水热异常区, 为研究热液运移过程中CO₂ 脱气作用提供了绝好的条件. 通过对朗久和搭格架地热异常区地质环境、水汽特征的研究表明两区热液组成成分均由钾长石和钠长石控制, 但出露温泉水朗久地区为Na-Cl 型, 搭格架地区为Na-HCO₃ 型. 两个地热田温泉水中CO₂ 分压模拟结果显示温泉水在从含水层向地表迁移过程中发生脱气作用. 通过对朗久地热田和搭格架地热田不同CO₂ 脱气机理的研究, 分析出不同的CO₂ 脱气量计算公式并计算出朗久地热田CO₂ 的脱气通量约为3.6×10⁶ kg km^-2 a^-1, 搭格架地热区CO₂ 的脱气通量约为3.3×10⁶ kg km^-2 a^-1.