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...     

吸附法碳捕集技术的规模化应用和挑战

实现2030年碳达峰和2060年碳中和是能源领域的当前决策和长远愿景,为此必须更加紧密结合全球能源发展趋势及国家能源策略,在碳捕集与封存领域投入研发力量.近几十年来,吸附法作为一种极具应用潜力的碳捕集技术得到了快速发展.例如,对高性能吸附剂的开发进行了大量探索;适用于碳捕集的吸附循环过程得到了显著的发展;先进的吸附剂结构和装置不断被提出;将吸附过程与其他分离和/或反应过程进行耦合的复合吸附技术得到了广泛关注;吸附法碳捕集技术的应用领域也得到了拓展.为此,本文介绍了各种吸附法碳捕集循环过程,归纳总结了目前超出实验室级别装置(技术成熟度TRL5～7)的技术特点、分离性能、运行能耗和成本,应用场合包括了燃烧后碳捕集、燃烧前碳捕集和直接空气碳捕集.对吸附法碳捕集技术作了评述,指出了其在未来发展中面临的机遇和挑战.     

连栽杉木(Cunninghamia lancelata (Lamb) Hook)林中树桩分解过程中的化学组分变化趋势

采用以空间代替时间的方法, 对连栽杉木(Cunninghamia lancelata (Lamb) Hook)人工林中采伐剩余树桩的分解过程进行了研究. 根据Olson的分解模型, 计算出连栽杉木纯林中树桩的分解速率为0.02695, 树桩在分解过程中的前2年是一个氮素增加积累过程, 当杉木树桩的C/N在463.2 ± 27.3时开始净氮释放. 树桩磷含量的变化与氮变化模式相类似, 但钾的表现不同, 钾的含量在树桩分解过程中一直是单调降低. 利用固体高分辨核磁共振技术结合魔角旋转(MAS)和交叉极化(CP)技术, 研究了杉木树桩的腐殖化过程及碳结构的变化. 树桩中由纤维素和半纤维素组成的多糖碳和乙缩醛被首先分解, 而由蜡质和表皮素等化合物组成的烷基碳, 由酚类、木质素、单宁和石蜡等化合物组成的芳香族碳, 及由酯、有机酸、酮和醛等化合物组成的羧基碳的分解速度较多糖碳和乙缩醛慢.     

营养盐对泰来草光合无机碳利用方式的影响

海草光合无机碳利用策略的研究有助于揭示其生态适应机理.然而,目前有关营养盐对海草光合无机碳利用策略的影响方式尚不清楚,亟待开展研究.本研究选取两个受不同程度人类活动影响且环境营养盐差异较大的热带典型海草床(海南岛潭门和西沙永兴岛海域),结合氧电极技术、叶绿素荧光技术和非损伤微测技术,对比探讨海草优势种泰来草(Thalassia hemprichii)光合无机碳利用方式的异同.研究发现,在添加碳酸酐酶抑制剂乙酰唑胺(acetazolamide, AZ)和乙氧苯噻唑胺(6-ethoxyzolamide, EZ)后,潭门海域泰来草光合放氧速率显著降低,但AZ和EZ的抑制差异不大,表明其主要通过胞外碳酸酐酶的作用吸收HCO₃^-;同时添加碱性缓冲液三氨基甲烷盐酸盐(hydroxymethyl, Tris),对潭门泰来草光合放氧的抑制率高达100%,且最大相对电子传递速率和H⁺内流速率降低,表明其存在H⁺/HCO₃^-协同转运方式.然而,在添加AZ和EZ后,西沙永兴岛泰...     

岩粉施加对水稻生态系统植硅体碳的增汇作用

<正>植硅体态碳(phytolith-occluded organic carbon,Phyt OC),在植硅体的坚硬外壳"保护"下,可以长时间地保存在一些土壤和沉积物中,作为一种相对稳定和"安全"的长期有效的生物固碳机制,在全球农业生态系统碳汇和气候变化中有着重要的作用,目前已经引起了越来越多科学家的关注.如何加强和提高农业生态系统中植硅体碳汇潜力是目前研究的热点和重点.Li等人研究发现水稻植株植硅体态碳产生量,不仅与其植硅体占干物质的量有关,也与植硅体封存有机碳     

湿地碳计量方法及中国湿地有机碳库初步估计

湿地碳计量是湿地资源保护和增汇技术实施的前提条件. 在全面整理碳计量方法和探讨湿地碳计量的困难性后, 认为清单法是在国家尺度上估算中国湿地有机碳库的一种现实可行的方法. 为了弄清楚我国湿地到底固了多少有机碳? 在先前的研究基础之上, 利用改进后的清单法进行了研究. 主要结果如下: (1) 中国湿地有机碳库总计达5.39~7.25 Pg, 约占全球湿地碳储量(154~550 Pg)的1.3%~3.5%. (2) 中国湿地土壤有机碳库(5.04~6.19 Pg)>中国水体有机碳库(0.22~0.56 Pg)>中国湿地植被碳库(0.13~0.50 Pg), 分别占中国湿地有机碳库的85.4%~93.5%, 4.1%~7.7%和2.4%~6.9%. 本文估算的中国湿地土壤有机碳库要高于先前的研究结果3.67 Pg, 但低于前人的研究结果12.20和8~10 Pg. 在讨论和不确定性分析的基础上, 对今后深入研究的方向进行了展望.     

煤化工排放高浓度CO_2的地质封存

正[本刊讯]中科院地质与地球物理研究所工程地质与水资源研究室曾荣树研究团队分析了世界利用二氧化碳(CO2)提高石油采收率以及在深部咸水层封存CO2的经验,并以辽河油田为例初步计算了封存CO2的潜力,该研究成果近期发表于英国的Greenhouse Gases Science and Technology,2013,3:106-115。     

关于中国土壤碳库及固碳潜力研究的若干问题

土壤碳库研究及碳汇问题是近年来土壤碳循环与全球变化研究的热点领域. 本文回顾了中国土壤碳库估算的研究成果, 分析了我国土壤碳库在气候变化下的演变态势, 并探讨了土壤有机碳矿化与温室气体的释放问题. 整合已有的研究资料, 可以认为中国土壤总有机碳库接近90 Pg, 无机碳库约为60 Pg, 农田土壤已有的固碳速率在20~25 Tg/a 水平. 农田土壤固碳的理论容量可以达到2.0 Pg 水平, 但农业技术的实施能够实现的技术潜力可能仅为理论潜力的1/3 左右. 因此, 改善土壤管理和农田经营机制可能是提高土壤固碳技术潜力的关键.土壤固碳中有机碳积累并不表现出分解的敏感性, 固碳显得有利于提高农田生产力和改善生态系统功能, 一些农田综合温室气体排放的生命周期评价的案例研究反而显示有机质积累下农业生产的碳排放强度没有提高甚而降低. 未来中国土壤碳库研究的重点发展方向在于: (1)以流域为尺度和地球表层系统为对象的系统固碳与碳汇研究; (2) 生态系统土壤碳固定与稳定机制, 特别是土壤固碳与生产力和生态服务功能的协同机理和多界面过程. 中国土壤碳科学将面临多学科集成和多目标服务的新发展机遇.     

珠江三角洲城市群城市碳排放动态模拟与碳达峰

城市是减缓气候变化和实现碳达峰与碳中和目标的关键主体,开展城市碳排放多情景研究与碳达峰研究能为城市碳达峰行动方案的制定提供科学依据.本文基于蒙特卡罗法,为模拟碳排放不确定性演化和愈发注重城市碳减排,调整了不同时间段和不同碳排放情景的概率,同时结合多情景分析、Mann-Kendall趋势检验、Theil-Sen’s趋势斜率估计等方法,动态模拟2021～2035年珠江三角洲(以下简称珠三角)城市群的碳排放量并分析了2006～2035年碳排放的演化路径、碳达峰与碳减排潜力,丰富了后新冠肺炎疫情时期城市碳排放的相关情景研究.结果表明:(1)动态模拟显示珠三角城市群于2020年显著碳达峰, 2035年碳排放量减少至24885万～27006万t,碳强度较2006年降低84.18%～85.21%;相较于基准情景,动态模拟下珠三角城市群2021～2035年累计碳减排潜力为-8168万～12825万t,碳减排潜力有66.79%的概率为正,即较基准情景进一步减排,其中2744万t的概率最大;(2)深圳、珠海、惠州和东莞属于倒“U”型演化的碳达峰类城市,均不晚于2020年碳达峰, 2006～2035年特别是...     

基于树木年轮信息的宝天曼不同径级华山松碳储量动态变化

基于树木年轮学方法,本文分3个不同径级研究了宝天曼自然保护区华山松碳储量的动态变化.研究发现:(1)随着径级的增大,小径级A(DBH?15 cm)、中径级B(15DBH?25 cm)和大径级C(DBH25 cm)华山松碳储量分别为2.757,9.211,15.408 t/hm2,它们年均增加的碳储量分别为0.0685,0.1535,0.136 t/hm2;(2)中径级华山松林分密度和径向生长量最大,其年均碳储量增长量大于大径级华山松和小径级华山松;(3)大径级华山松每年碳储量增长量决定着华山松林总碳储量的变化.个体死亡率是限制中小径级华山松碳储量增长的重要因素,树木生理生长的影响是限制大径级华山松碳储量增加的主要因素.研究结果表明,利用树木年代学序列能较好地探讨宝天曼华山松生长趋势和评估碳储量的动态变化.     

“全球阿波罗计划”助推国际社会合作应对气候变化行动

<正>合作应对气候变化已成为国际社会的普遍共识。为实现到本世纪末全球地表温度控制在比工业革命前上升2℃以内的目标,需要加快推动国际减缓气候变化进程。今年年底,即将在巴黎举行的联合国气候变化大会上,国际社会将努力就2020年后全球应对气候行动达成新协议。为实现2℃温控目标,首先要提高能源终端使用部门的能源效率,大力推进能源供给系统改革,大规模植树造林,还要研发应用碳移除技术。能源供给部门的低碳化是最重要的手段之一,到2050年超过80%的发电装机容量要实现低碳化;来自可再生能源、核能、使用碳捕获和碳封存     

洁净煤的未来之路

2003年,美国首次对外披露了"未来发电"(FutureGen)项目,宣称这项耗资10亿美元的未来燃煤发电厂项目.将使用氧发电能够实现有害气体的零排放--计划建造一座先进的煤炭汽化发电厂,将其排放出的二氧化碳气体封存到地下.而在今年1月下旬,美国能源部(DOE)出人意外地决定停止这项工程,因而再一次引发了全美上下对未来洁净煤技术的争论.     

陆地生态系统土壤铁结合态有机碳:含量、分布与调控

土壤是陆地生态系统最大的有机碳库,其有机碳储量超过植被和大气碳库的总和.铁氧化物的矿物保护被认为是土壤有机碳长期稳定性的关键机制之一.铁氧化物具有比表面积大、吸附能力强的特点,且在热带和亚热带地区含量丰富.然而,目前关于陆地生态系统土壤铁结合态有机碳占土壤总有机碳的比例(f_Fe-OC)及其分布格局和调控机制仍不明晰.本文整理了已报道的陆地生态系统351组土壤f_Fe-OC数据,分析了其在不同土层、生态系统、气候带的分布格局和受气候、土壤、矿物因子的调控机制.结果表明:(1)陆地生态系统土壤f_Fe-OC平均为21.9%,且深层土f_Fe-OC(37.5%)显著高于表层土(15.4%, P<0.01).(2)土壤平均f_Fe-OC在不同生态系统表现为:湿地(24.5%)>草地(16.2%)>森林(14.9%)>农田(14.8%),贫氧生态系统(24.2%)显著高于有氧生态系统(15.7%, P<0.01).土壤平均f_Fe-OC在不同气候...     

喀斯特地表水生生态系统生物碳泵的碳汇和水环境改善效应

碳汇研究是全球碳循环研究的重要内容.近年来,陆地水生生态系统的碳汇日益受到重视,被认为是"遗失碳汇"的重要组成部分.最新研究发现,碳酸盐风化碳汇占岩石风化碳汇的94%,因此,喀斯特地表水生生态系统的碳汇显得尤为重要.生物碳泵效应作为一种稳碳和固碳过程,是形成长期稳定碳酸盐风化碳汇的重要机制,是碳循环的重要环节.生物碳泵效应的核心控制元素是碳元素,该效应在富含溶解无机碳(DIC)的喀斯特地表水生生态系统中发挥着重要作用.目前生物碳泵效应的研究主要集中在两个方面:(1)内外源有机碳的区分是准确评价和计算生物碳泵效应碳汇的关键;(2)发现生物碳泵效应影响水环境指标和水质状况.未来,一方面应精确地对陆地水生生态系统碳汇量进行估算,研究不同气候和土地利用对碳汇量的影响;另一方面,揭示生物碳泵效应与水环境的相互作用机制.重点包括以下4个方面:(1)验证地表水生生态系统"元素比值控制假说";(2)生物碳泵效应对水体元素化学计量比的调控潜力;(3)形成不同碳汇机制(生物碳泵效应和富营养化机制)的根本原因;(4)生物碳泵效应通过物理-化学-生物耦合作用改善水环境的可能机制.最后,探究微生物碳泵效应应用于陆地水生生态系统的可能性.     

海草床沉积物储碳机制及其对富营养化的响应

海草床是近岸海域生产力极高的生态系统,具有重要的储碳功能,其碳主要存储于沉积物中.海草床沉积物有机碳(sediment organic carbon,SOC)储量受其来源、组成和转化的共同影响,同时,近岸海域的富营养化会影响到SOC的储存.通过综述海草床SOC的来源、组成、转化、存储及其对富营养化响应等方面内容,总结其储碳研究进展.研究表明,海草床SOC来源多样,主要来源为海草和悬浮颗粒物;SOC形态组成主要包括活性有机碳和惰性有机碳,海草床沉积物中微生物活性较高,对SOC具有较高的利用效率;海草床沉积物碳储量呈现显著的地理差异和海草种类差异;富营养化会导致海草床藻类来源的SOC增加,从而提高SOC中活性组分,促进微生物的活性,加快SOC的利用与转化;从而影响海草床SOC存储.最后提出未来海草床沉积物储碳的重点研究方向:(1)开展海草床储碳量的全球普查;(2)加强环境变化对海草床沉积物储碳机制的影响研究;(3)发展海草床碳汇扩增技术;(4)开发惰性有机碳的研究方法.我国也应加强海草床储碳相关研究,并为我国未来的气候谈判和CO_2交易提供科学依据.     

毒理芯片技术及应用

毒理芯片(toxchip)技术是在基因组技术和DNA微阵列技术基础上发展起来的分子生物学技术, 它将使科学家在分子水平评价外界有毒物质的毒性状况. 1999年美国国家环境健康科学研究所(NIEHS)成功开发出了毒理芯片技术[1], 该技术对传统毒理学研究具有革命性意义, 它预示了快速高效地确定环境危险物及环境有毒物质DNA效应的时代已经来临, 将为医学、 环境毒理学及生态毒理学等研究开辟新途径. (ⅰ) 毒理芯片的工作原理. 美国科学家最先将毒理芯片技术用于研究毒理学[1]. 既然克隆的cDNA微阵列可以测定基因表达, 反过来基因表达就可以作为被…     

泥岩干酪根的Dipolar Dephasing测定的快速估算

Dipolar Dephasing(D.D.)技术在研究煤和干酪根的结构中具有一定的优点,通过一系列不同T_D时间的D.D.实验,可计算出非质子芳碳或非质子脂碳的比例,但耗时太长,Wilson等曾提出了用于煤中芳碳D.D.测定的快速估算方法,即对要测定的样品仅作T_D=O_(μs)和T_D=40_(μs)两次NMR     

近20年来中国大陆农田表土有机碳含量的变化趋势

调研并分析了中国大陆1993年以来关于区域农田土壤有机碳变化的文献200余篇. 为了客观评价中国大陆农田有机碳的变化, 从中选出132篇具有代表性的文献, 这些文献涵盖了不同地区60000余个土壤样品的测定结果. 分析结果表明, 近20年来占中国大陆农田面积53%~59%的土壤有机碳含量呈增长趋势, 30%~31%呈下降趋势, 4%~6%基本持平. 进一步分析结果指出, 中国大陆农田表土有机碳贮量总体增加了311.3~401.4 Tg. 其中, 华东和华北地区增加明显, 但东北地区呈下降趋势. 有机碳含量增加明显的土壤类型为水稻土和潮土, 黑土下降显著. 有机碳含量增加主要归因于秸秆还田与有机肥施用、化肥投入增加与合理的养分配比以及少(免)耕技术的推广; 黑土区有机碳含量下降的主要原因是水土流失和投入不足. 为了有效地促进农田土壤碳固定, 最大限度地遏制东北地区土壤有机碳下降的趋势, 未来应通过配套技术的研究、农户培训和政府补贴等措施, 进一步推广秸秆还田、平衡施肥、少(免)耕等保护性耕作措施, 加大水土流失的综合治理力度. 与此同时, 为了应对后《京都议定书》时代对中国可能产生的减排压力, 未来需加强4个方面的研究: (1)第二次土壤普查期间及目前中国农田土壤有机碳贮量, (2)由自然因素和人为因素控制的农田土壤有机碳变化机理, (3)增加土壤碳固定及减少碳损失的有效途径, (4)农田土壤的固碳潜力及未来演变趋势.     

基于大气反演陆地碳通量季节变化信息的模型参数优化研究

<正>生态系统碳通量是光合作用和呼吸作用之和.在没有附加信息的情况下,区分光合作用和呼吸作用对碳通量的贡献是目前参数优化研究的难点.本研究探讨了利用陆地生态系统碳通量的季节变化信息,优化生态系统模型中光合作用和呼吸作用参数的可行性,并利用大气反演系统估算的净生态系统生产力(NEP),在北美北部地区(BNA)开展了陆地生态系统模型参数(25maxV和Q10)优化研究.通过模型敏感性分析,我们发现     

二氧化碳的陆相咸水层封存取得新成果

正[本刊讯]中国科学院地质与地球物理研究所工程地质与水资源研究室庞忠和研究员与合作者以我国东部渤海湾盆地黄骅坳陷新近系馆陶组咸水层为例,研究了陆相咸水层CO_2封存的可行性及相关科学问题。该研究成果发表在Applied Geochemistry,2012,27:1821-1828。在全球气候变化的背景下,温室气体特别是CO_2的减排已成为人们关注的焦点。CO_2捕集、封存与利用(CCUS)已成为世界范围内公认的有效措施之一。可能的储库有枯竭的油气藏,不可开采煤层以及深部咸水层