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.     

玄武岩风化是重要的碳汇机制吗?

在全球碳循环的研究中,硅酸盐化学风化被认为是大气CO_2的一个重要汇.自1996年Gislason开展对冰岛玄武岩(硅酸盐岩的一种)风化碳汇的研究以来,玄武岩风化引起的"大气"CO_2高消耗更成为研究热点.在对相关文献进行全面系统梳理的基础上,发现玄武岩流域的所谓"大气"CO_2高消耗(碳汇)可能与下述原因有关:(1)碳通量较高的玄武岩研究区多位于热带或洋岛-岛弧地区,该区雨量充沛,河流径流量大,进而造成碳通量较大;(2)硅酸盐岩流域高的溶解无机碳(DIC)浓度并非来自硅酸盐矿物的风化,而是来自广泛分布在硅酸岩中的痕量碳酸盐矿物的快速风化,而这应该归为碳酸盐风化对岩石风化碳通量的贡献;(3)外源酸溶解痕量碳酸盐矿物,贡献HCO_3~-,但并未构成大气碳汇;(4)玄武岩流域中参与岩石风化的CO_2并非全部来自大气和土壤,其中一部分可能来自深源CO_2,而深源CO_2参与形成的DIC不仅不能归为大气碳汇,反而是碳源.由此可见玄武岩风化是否是一个重要的碳汇机制值得进一步研究厘定.     

基于碳纳米复合材料的乳液催化新技术研究进展

碳纳米材料具有大的比表面积、发达的孔结构和丰富的表面化学性质,可与各种无机纳米材料耦合/复合构筑新结构、高性能、表面物理化学性质可调的碳纳米复合材料并用于乳液催化领域.本文介绍了固体颗粒乳化机理,影响乳化体系的因素及基于固体颗粒构建的乳液催化体系的基本原理;综述了氧化物、氢氧化物、碳素材料及其碳纳米复合材料固体颗粒乳化剂的特点,及基于这些固体颗粒构筑的乳液催化新技术的研究进展;指出了目前乳液催化技术研究存在的问题,认为基于碳纳米复合材料作为固体颗粒乳化剂的乳液催化新技术,是未来催化技术的重要发展方向之一.     

MOFs基多孔碳材料在气体吸附与分离中的应用

气体的吸附与分离对于减缓温室效应、普及清洁能源以及治理挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)而言都显得尤为重要.以金属有机骨架材料(metal organic frameworks, MOFs)为前驱体制备多孔碳材料不仅克服了某些MOFs材料水稳定性和热稳定性差的缺点,还有效地保留了MOFs材料比表面积高、孔径可调等优点,在气体吸附与分离领域具有良好的应用前景.本文介绍了MOFs基多孔碳材料的研究现状,重点探究了MOFs基多孔碳材料在气体(二氧化碳、氢气和挥发性有机物)吸附与分离领域的应用情况,并展望了MOFs基多孔碳材料在气体吸附与分离领域的发展方向,为将其更好地应用于气体吸附与分离领域提供了有价值的理论参考.     

功能农业关键科学问题研究进展与“十四五”发展建议

功能农业是赵其国院士在2008年提出的农业新概念,主要是指农产品的营养化、功能化,旨在解决全球性的“隐性饥饿”问题,并重点满足消费者“吃出健康”的新需求.香山科学会议第669次学术讨论会与会专家认为,历经13年的探索,功能农业已初步形成了独特的学科和科技创新体系,实现了从“0”到“1”的突破.本文扼要阐述了9个方面关键科学问题及其相关研究进展:(1)通过对全国及区域土壤中矿物质的时空分布特征,反映母质和成土过程对土壤矿物质的含量影响;(2)土壤与作物间矿物质的吸收、转化,如人工根系实验系统(ARE系统)的建立、土壤中矿物质生物有效性的评价方法,以及植物中功能成分的转化机理等;(3)矿物质和重金属密切相关的超富集植物研究;(4)功能农业生产中功能成分对生物和环境影响评价;(5)功能农业长期科学试验站的研究成果;(6)功能农产品所制备的食物在蒸、炒、煮等烹调过程中以及其他加工技术下的功能成分形态变化的相关研究;(7)在健康效应评价方面,对功能性产品对人体健康的影响及其机理,以及相关功能农产品的干预研究;(8)天然富硒营养强化项目的研究;(9)基准物质的研制情况.在功能农业新技术研发方面,概...     

清镇和Yamato 691(EH3)陨石中的富FeO硅酸盐和富Ca,Al包体:太阳星云中物质迁移的证据

采用扫描电子显微镜和电子探针,对形成于极端还原条件下的清镇和Yamato691(EH3)顽火辉石球粒陨石进行了研究。这两个陨石均存在富FeO硅酸盐和少量富Ca,Al包体。绝大部分富FeO硅酸盐为低Ca辉石,并主要以晶悄状产于细粒基质,仅有少量产于球粒。在清镇陨石中,富FeO硅酸盐晶屑常包裹大量尘状贫Ni富Cr的金属,它们形成于FeO组分的 还原作用;作为对比,在Yamato691陨石中,仅有少数晶屑包裹尘状金属,这种差异与清镇陨石较Yamato961更还原的形成条件一致。富Ca,Al包体具有与碳质球粒陨石中类似组分相同的矿物模式组成和矿物化学组成。研究认为：（1）富FeO硅酸盐晶屑可能形成于太阳星云的氧化区域,然后迁移到顽火辉石球粒陨石形成区域;（2）顽火辉石球粒陨石中的富Ca,Al包体与碳质球粒陨石中的类似组分可能具有相同的成因和源区。     

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.     

寒武纪早期微体化石上的异质体拖曳迹与微型钻孔结构

陕南西乡张家沟剖面的寒武纪宽川铺组中产出的磷酸盐化微体化石上大量保存了一种微型管道结构,被解释为异质体拖曳迹(ambient inclusion trails,AITs).同时报道并讨论了与化石相关的3种AITs新现象:(1)AITs及与其共生的钻孔蓝细菌和钻孔真菌化石.通过直接对比揭示了三者在形态和保存模式上的不同,进一步澄清了区分类似结构的生物成因和非生物成因的标准.(2)罕见的有机碳质的AITs末端推进颗粒.常见的AITs一般是由黄铁矿颗粒的运移造成,碳质末端颗粒的发现可以进一步丰富AITs成因和形态多样化的解释,还得以通过碳质物的拉曼光谱地质温度计,推测出化石群埋藏后经过了极低变质作用.(3)AITs在原牙形类化石上呈环绕分布.根据AITs的形成机制对这一现象进行分析探讨,从侧面佐证了原牙形类化石刺体的原始成分为有机质,并且在成岩过程中经历次生磷酸盐化的观点.     

水泥生产碳排放分类细节校正的分析和探讨

水泥生产碳排放分类是精确测算碳排放因子的前提,基于对水泥生产各环节的生料、熟料、燃煤和窑灰的碳酸盐和有机碳的定量分析,认为对目前主流分类进行细节校正十分必要.抽样分析如下:(1)生料(A)、熟料(B)、燃煤(D)和窑灰(E)均含有无机碳和有机碳,新型干法窑样品的无机碳含量分别为74.00%~82.06%(A),0.01%~0.17%(B)和0.39%~3.12%(D),有机碳含量为0.02%~0.41%(A),0.01%~0.22%(B)和56.78%~88.52%(D),立窑样品的无机碳含量分别为66.93%~76.70%(A),0.01%~0.17%(B)和3.57%~68.52%(E),有机碳含量为2.56%~9.96%(A),0.01%~0.28%(B)和0.04%~7.11%(E);(2)校正后新型干法窑的无机碳排放因子为522 kg CO2/tcl,有机碳排放因子为265 kg CO2/tcl,碳排放因子为787 kg CO2/tcl,立窑的无机碳排放因子为505kg CO2/tcl,有机碳排放因子为334 kg CO2/tcl,碳排放因子为839 kg CO2/tcl.按照该种分类,两种工艺类型的碳排放因子分别较校正前的结果低约50和90 kg CO2/tcl.     

Pt合金催化剂电化学活性面积表征方法综述

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs)作为高效清洁的电化学能源转换装置,是目前应用最广泛、研究最热门的氢燃料电池之一.基于PEMFCs的低成本与高性能需求, Pt合金催化剂极具研究前景.电化学活性面积(electrochemical active surface area, ECSA)是筛选燃料电池高效催化剂以及研究催化动力学基础理论的重要参数,其评价的准确性至关重要.对于Pt/C催化剂ECSA的表征方法已经成熟,然而Pt合金因其不同于Pt/C催化剂的化学组成和结构,直接将传统Pt/C催化剂ECSA表征方法移植到Pt合金催化剂,将不再满足表征准确性需求.本文对Pt合金催化剂ECSA的表征方法及其表征ECSA偏差的来源进行综述.     

黏土矿物对病毒生物地球化学作用的影响探讨与展望

作为自然界丰度最高的生命体,病毒活跃于海洋、土壤、冰川等各类生态系统.通过侵染细菌、古菌及真核微生物,病毒在调控微生物群落和元素生物地球化学循环过程中扮演着关键角色.在自然环境中,病毒与无机或有机颗粒存在广泛的相互作用.黏土矿物是广泛分布于陆地和海洋环境的无机颗粒,陆地生态系统中的黏土矿物可在大气、河流和冰川的作用下搬运至海洋,并在水体中沉降形成深海沉积物.黏土矿物对病毒具有高度亲和力,影响着环境中病毒的丰度、活性和感染能力.因此,黏土矿物对病毒介导的生物地球化学循环过程有着重要的影响.本文从各类生境中病毒的生态功能、病毒的生物地球化学作用模型和黏土矿物对病毒的吸附作用3个方面进行了概述,并讨论了陆地和海洋生态系统中黏土矿物的吸附作用对病毒功能和生物地球化学作用的潜在影响,提出黏土矿物是影响病毒驱动的生物地球化学循环不可忽视的因素,未来应将黏土矿物作为评估病毒生物地球化学作用的参数之一.     

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...     

天山乌鲁木齐1号冰川表雪中飞灰单颗粒特征

为了鉴定和特征化研究中亚地区天山东部乌鲁木齐1号冰川(UG1)表雪中的球形飞灰颗粒,应用扫描电子显微镜与X射线能谱仪联用系统(SEM-EDX)获取了表雪中球形颗粒的特征信息(如形态、化学组成和成因等).该方法使得研究表雪中数量极其稀少的微观球形颗粒特性成为可能.在5个表雪样品中,普遍存在的颗粒形貌类型为球形颗粒、空心球状颗粒、形状不规则的碳质颗粒和聚合体.一些球形飞灰颗粒中含有有毒重金属元素(如铅、铬、砷、锌等),说明飞灰颗粒可能成为中亚高海拔地区冰川雪冰中有毒重金属元素的主要携带媒介.基于EDX获取的单颗粒化学信息,将沉积在表雪中的飞灰颗粒划分为4种类型.富硅类颗粒(平均直径为3.24μm),主要通过燃煤供热站或火电站等典型的工业用煤的高温燃烧过程所形成.富铁类颗粒(平均直径3.82μm)和富钛类颗粒,主要通过铸造厂或钢铁厂在温度稍低的燃烧过程中所形成.此外,富碳类颗粒(平均直径为8.43μm),主要由燃烧未尽的煤所形成.后向气团轨迹分析表明,中亚发达城市的工业燃烧区域通过西风环流成为乌鲁木齐1号冰川表雪中飞灰颗粒的主要可能贡献源.     

多学科融合共促碳达峰与碳中和

<正>实现碳达峰碳中和(简称“双碳”),是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策.党的二十大报告明确提出,要积极稳妥推进碳达峰碳中和,深入推进能源革命,加快规划建设新型能源体系,推动能源清洁低碳高效利用,确保能源安全,提升生态系统碳汇能力,加快发展方式绿色转型.     

安徽铜陵角闪石堆晶体中的出溶金属氧化物和硫化物

在安徽铜陵地区鸡冠石、金口岭花岗闪长岩的角闪石堆晶体中发现了出溶的针状金属氧化物和硫化物. 研究表明, 堆晶体角闪石主要为韭闪石, 结晶于下地壳. 出溶针状金属氧化物具希勒(Schiller)结构特征, 单个出溶体大多呈针状, 平行[100]的一组最发育; 出溶矿物组合为磁铁矿、含钛磁铁矿、钛磁铁矿和钛铁矿, TiO₂含量在0.29%~51.07%. 出溶硫化物颗粒呈浑圆形-长圆形, 多数排列较规则, 近平行的串珠状或较密集的成串分布, 少数呈散点状或单颗粒分布; 硫化物主要为磁黄铁矿, 次为方黄铜矿和黄铜矿, 个别为黄铁矿. 多数样品的出溶磁黄铁矿群体中, 常见少量共生磁铁矿颗粒. 硫化物贫Ni(一般Ni<0.5%, Ni/Fe<0.003), 但磁黄铁矿含铜较高(可达2.93%). 上述两类出溶矿物可共存于角闪石的同一出溶区域内. 角闪石堆晶体中金属矿物出溶体的存在表明本区中生代下地壳岩浆中已溶解了一定数量的S, Fe和Cu等成矿物质.     

北祁连埃迪卡拉纪菱铁矿铁建造成因及其对海洋环境的约束

新元古代铁建造(iron formations,IF)主要形成于成冰纪(约717～635 Ma),而埃迪卡拉纪(635～541 Ma)IF比较少见,且该时期海洋环境争议很大.北祁连塔里干沟铁矿(IF)呈层状、似层状产出于约600 Ma陆源碎屑沉积建造之中,IF呈块状和浸染状构造,半自形-它形结构,主要以菱铁矿为主,可见少量燧石/石英、重晶石、硫化物和碳酸盐矿物等,变质程度较浅,局部可见铜矿化.菱铁矿可见少量Mg替代,重晶石含有少量Sr.塔里干沟IF TFe_2O_3含量很高,其次为Si O_2和Mg O,Al_2O_3、Ti O_2、高场强元素和稀土元素含量很低,表明其为纯净的化学沉积岩.IF可见较高的Fe/Ti、Fe/Al比值和Si O_2/Al_2O_3比值,稀土元素经太古宙后平均澳大利亚页岩(PAAS)标准化后,呈现轻稀土显著亏损,重稀土相对富集的特征(Pr_(PAAS)/Yb_(PAAS)=0.16～0.70),可见Eu正异常(Eu/Eu~*=1.17～1.66),菱铁矿碳同位素变化范围为-2.6‰～0.1‰,暗示铁来源于海底热液和海水,碳来自海水中溶解的无机碳,菱铁矿为原始无机沉淀成因.部分IF样品Mn O含量相对较高(1.00wt%),并显示Ce正异常,较低的Y/Ho比值,与古元古代晚期IF非常相似,暗示埃迪卡拉纪出现氧化还原分层海洋,海水表层氧化,深部缺氧、富铁,局部可能形成"硫化楔",IF形成于深部缺氧、富铁水体,与前人通过地球化学指标(例如铁组分和硫同位素等)推测的埃迪卡拉纪海洋氧化还原状态和化学组成一致.     

天文望远镜反射镜面的飞秒激光清洁

金属镜面反射镜是反射式天文望远镜中成像系统的核心部件,反射镜定期清洗是天文望远镜维护中的一项重要工作.目前采用的干冰人工清洗方法工序繁杂,成本较高,还需要定期使用清洁剂和清洁布擦拭的方法去除难以清洗的污染物,容易损伤镜面.针对以上缺点,本文利用放大级飞秒脉冲激光器,对天文望远镜中反射表面上黏附的微米级灰尘颗粒进行了清洁研究.首先研究了飞秒激光与反射铝镜的作用规律,通过调节激光能量密度,对清洗后的铝镜表面形貌进行观测,得出实验用铝镜的飞秒激光损伤阈值为60 m J/cm2.通过改变激光能量等扫描参数,对清洁前后的铝镜镜面附着物进行分析,得到最优的清洁参数.结果表明,当激光能量密度为30~55m J/cm2时,飞秒激光对微米级灰尘颗粒有良好的清洁效果.在可见光范围内,清洁后的反射镜镜面反射率获得了明显的提升.最后,通过对灰尘颗粒及铝镜基底的能谱分析,对飞秒激光的清洁机理进行了讨论,在灰尘颗粒的激光清洁中热膨胀因素占据主导作用.飞秒激光清洁在天文望远镜的清洁领域有着良好的应用前景.     

杯芳烃-Zn~(2+)配合物修饰的碳量子点荧光纳米传感器组装及纯水体系H_2PO_4~-识别

荧光纳米传感器设计是传感器发展的主要方向之一,本文从蜡烛燃烧灰烬中提取的碳量子点(CQDs)天然纳米颗粒组装出负载杯芳烃衍生物Zn2+配合物的荧光纳米传感器CQDs@L-Zn2+,实现了在纯水体系中对磷酸二氢根离子(H2PO?4)的选择性识别,检测不受其他各种无机、有机阴离子干扰,检测限达到4.85 mg L?1.     

大别山榴辉岩中超高压硬柱石脱水分解及其对俯冲带深部流体活动的制约

硬柱石在基性岩石中通常稳定在低温-(超)高压的条件下.它是控制俯冲板片吸水/脱水、俯冲带流体演化和微量元素迁移的关键矿物.目前对大陆俯冲带榴辉岩中硬柱石分解过程和相关流体-元素活动的研究还很有限.大别山超高压变质带港河地区含硬柱石假象榴辉岩及内部发育的绿辉石-绿帘石脉体是进行该项研究的理想样品.通过矿物化学分析、相平衡模拟和质量平衡分析,证实港河榴辉岩中早期存在过超高压硬柱石.硬柱石在650-680℃/2.8-3.0GPa的条件下发生分解,释放大量超高压富水流体.脱水过程导致榴辉岩体积收缩和局部水压破裂,形成大量裂隙.富水流体汇聚进入裂隙,溶解裂隙(脉体)周围榴辉岩中绿帘石、蓝晶石、石英、金红石和磷灰石等矿物,同时导致靠近流体榴辉岩中主微量元素发生不同程度地迁移.逐渐靠近流体,水/岩比增大,溶解的强度和元素迁移的程度逐渐越大.富集硅酸盐组分和微量元素的超高压流体在榴辉岩折返过程中结晶成绿辉石-绿帘石脉体,残余的高压流体此后渗透进入榴辉岩,形成晚期的多硅白云母和冻蓝闪石等富集水溶性元素的变斑晶含水矿物.     

城市大气可吸入颗粒物对质粒DNA的氧化性损伤

使用质粒DNA评价法(Plasmid DNA assay)研究了在北京市市区、郊区卫星城市南口镇和清洁对照点十三陵水库地区采集的PM₁₀和PM_2.5样品及部分源颗粒物的生物活性. 结果表明, 沙尘暴期间采集的颗粒物对DNA的生物活性小于非沙尘暴期间采集的样品. 不同时间和地点采集的大气颗粒物样品对质粒DNA 的损伤差别很大, 它们的TM50(造成50%的DNA损伤所需的剂量)相差可高达一个数量级, 其原因, 可能是北京市大气颗粒物中矿物质量百分比的变化引起了生物活性较强的细颗粒物相对含量的改变. 同PM₁₀ 相比, 大部分PM_2.5样品的生物活性相对较大. 最后, 对比水溶和总体颗粒物质粒DNA评价的结果得出, 大气颗粒物中的水溶组分是其生物活性的主要来源.