土壤生化特性在模拟氮沉降条件下对土壤呼吸和N2O排放的影响

中国东南地区是高氮沉降区,氮沉降对不同土壤碳氮循环的影响不同.本研究目的是确定哪些土壤生化因子在氮输入对土壤呼吸及N₂O排放影响方面起了决定性作用.本研究采集江苏省13种不同土地利用方式下的土壤,分析其理化性质及微生物特征差异,通过室内培养试验,在恒温(25℃)恒湿(土壤水分0.30 g·g^-1,模拟旱地条件)条件下,同步研究了不同土壤内源和外加氮源(NH₄NO₃)条件下的土壤呼吸和N₂O排放情况.研究结果表明:氮添加显著促进CO₂排放的土壤具有较低的黏粒成分、土壤微生物碳和微生物碳氮比,较高的土壤基础呼吸、土壤有效氮、细菌和真菌数量等特性;氮添加显著促进N₂O排放的土壤具有较高的土壤基础呼吸,较低的内源N₂O排放和较低的土壤总氮、有效氮、放线菌和真菌数量等特性.无论是否添加氮源,土壤呼吸主要驱动因子均为土壤细菌和pH.未添加氮源条件下,N₂O排放主要驱动因子为土壤细菌和铵态氮;添加氮源条件下,N₂O排放主要驱动因子仅为土壤细菌.土壤内源N₂O排放和土壤基础呼吸无显著相关关系(P>0.05),添加外源氮后,N₂O排放和土壤呼吸具有极显著正相关关系(P<0.01).外源单位氮的CO₂排放量与土壤有机碳、全氮、真菌数量呈显著正相关(P<0.05),与微生物碳氮比(MC/MN)呈显著负相关(P<0.05);外源单位氮的N₂O转化率与土壤细菌数量呈极显著正相关(P<0.01).逐步回归分析表明外源单位氮的CO₂排放量主要取决于MC/MN;外源单位氮的N₂O转化率主要取决于土壤细菌数量.MC/MN和土壤细菌数量分别是旱地条件下土壤呼吸和N₂O排放对模拟氮沉降响应的决定因子.     

不同CO2浓度和施氮水平对麦田CO2净通量的影响

为研究不同CO₂浓度和施氮量对麦田CO₂净通量的影响,利用开顶式气室(OTC)组成的CO₂浓度自动调控平台模拟CO₂浓度升高环境.以冬小麦为试验材料,设置CK (对照,环境大气CO₂浓度)、C₁(CO₂浓度比CK增加120 μmol·mol^-1)和C₂(CO₂浓度比CK增加200 μmol·mol^-1)3个CO₂浓度水平;施氮量设置常规施氮量(N₁,25 g·m^-2)和低氮(N₂,15 g·m^-2)2个水平.采用静态箱-高精度气体分析仪观测麦田CO₂净通量.结果表明:各处理的麦田CO₂净通量变化特征一致,均呈先增大后减小的趋势,在拔节期和抽穗期达到峰值.N₁处理下,在整个生育期,CK、C₁和C₂处理的CO₂累积量分别为-105.8±12.6、-123.1±11.5和-120.2±4.1 kg·hm^-2.N₂处理下,在整个生育期,CK、C₁和C₂处理的CO₂累积量分别为-82.3±9.2、-95.4±7.6和-96.7±2.8 kg·hm^-2;拔节期C₂处理的CO₂累积量比CK显著增加了31.8%(P=0.024).C₁处理下,拔节期N₁处理的CO₂累积量显著高于N₂处理55.0%(P=0.009);C₂处理下,N₁处理的整个生育期CO₂累积量显著高于N₂处理23.6%(P=0.010).各处理CO₂净通量跟土壤湿度的相关关系均达到显著;N₁处理下,C₁和C₂处理的CO₂净通量跟光合有效辐射的相关关系达到显著,N₂处理下,CK和C₁处理的CO₂净通量跟光合有效辐射的相关关系达到显著;N₁处理下,C₁处理的CO₂净通量跟空气温度的相关关系达到显著,其余处理未达到显著.本研究表明:在小麦的拔节期和抽穗期,相比于CO₂浓度升高,施氮量对麦田CO₂净通量的影响更为显著;CO₂浓度升高与施氮量对麦田CO₂净通量的影响没有显著的交互作用.     

铜绿微囊藻衰亡过程中产甲烷动态及关键影响因子

为探究铜绿微囊藻水华自然衰亡和水华堆积区藻快速衰亡对CH₄释放的影响,构建了室内模拟实验,研究了铜绿微囊藻自然衰亡和快速衰亡过程中水环境因子和CH₄、CO₂气体释放通量的变化。结果表明：高密度铜绿微囊藻衰亡中水环境因子和产气的变化遵循相似的时间模式,且衰亡对CH₄和CO₂的产生有显著的促进作用。自然衰亡和快速衰亡的CH₄累积释放量分别为对照组的22.80倍37.72倍,CO₂累积释放量分别为对照组的5.36倍和4.03倍。自然衰亡与快速衰亡的总碳（C）释放量差异不大,但快速衰亡释放的气体组分中CH₄的占比是自然衰亡的1.86倍。相关性分析表明,溶解性有机碳（DOC）是铜绿微囊藻衰亡中影响CH₄和CO₂释放的主导因子,且DOC中的芳香蛋白类物质和溶解性微生物代谢产物是CH₄和CO₂产生的主要底物来源。     

2020年新冠疫情前后南昌市大气CO2浓度变化及影响因子分析

大气CO₂浓度的变化主要受源汇和大气传输过程影响,因此城市地区的浓度观测包含区域人为源排放的重要信息.为明晰2020年新冠疫情对CO₂浓度及人为源排放量的影响,本研究以南昌市大气CO₂为研究对象,结合先验排放清单和高精度大气传输模型,对南昌市2020年1月24日至4月30日的小时CO₂浓度进行了观测和模拟.基于当地管控政策把研究时段分为两段:一级管控期间(1月24日至3月11日)和二、三级控期间(3月12日至4月30日),并对排放源等主要影响因子进行了量化分析.研究发现:模型能够模拟CO₂浓度的小时变化特征,然而由于模型没有考虑排放源的高度信息,尤其是城市中的发电站烟囱等强点源,将对夜晚浓度高估,而正午(12:00-18:00)则无影响.一级管控期间正午CO₂浓度(干燥空气中CO₂的摩尔分数)观测值和模拟值分别为433.63×10^-6和438.22×10^-6,其中模拟的人为源浓度贡献值高于观测值约21.9%;而二、三级控期间的观测值和模拟值分别为432.06×10^-6和432.24×10^-6,其模拟一致性高.浓度对比结果表明所使用的先验排放清单能代表二、三级管控期间人为CO₂的排放量,而一级管控期间的排放量则偏高约21.9%,显示出调控措施明显降低了南昌市人为CO₂的总排放量.整个时间段植被NEE的平均CO₂浓度贡献都小于2×10^-6,表明人为源相较于NEE是导致CO₂浓度差异的主要因素.二、三级管控期间的边界层相比一级管控期间升高,减少了人为CO₂排放量导致的浓度增加幅度,抵消了背景值浓度升高的影响,是两个时间段的浓度观测值接近的主要因素.本研究结果可为城市尺度的温室气体反演提供科学支撑和方法参考.     

接种氧化亚氮(N2O)还原细菌YSQ030对复垦土壤N2O排放和氮循环关键功能基因的影响

复垦土地是重要的后备土地资源,但通常土壤结构差、有机质和养分含量低;增施有机肥是快速提升地力的关键途径,但会造成温室气体如氧化亚氮(N₂O)的大量排放.接种具有N₂O还原功能的植物根际促生菌(PGPR)不仅能够减少温室气体排放,还能促进作物生长.本研究以一株具有N₂O还原功能的PGPR反硝化无色杆菌(Achromobacter denitrificans) YSQ030为供试菌株,明确接种YSQ030对施用有机肥的复垦土壤N₂O排放和氮循环关键功能基因的影响.通过设置施用有机无机复混肥和羊粪有机肥的土壤微宇宙试验,利用气相色谱仪分析接种YSQ030后土壤N₂O排放通量,进一步计算累积排放量;在试验结束后分析土壤pH、EC(电导率)、硝态氮和铵态氮含量,并利用实时荧光定量PRC分析土壤硝化功能基因(AOA amoA和AOB amoA)和反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZ Ⅰ 和nosZ Ⅱ)的丰度.结果显示,施用有机无机复混肥和羊粪有机肥的土壤中接种YSQ030明显减少复垦土壤N₂O排放,N₂O排放量最大减少分别达90.4％和30.6％.施用有机无机复混肥处理的N₂O排放量远高于施用羊粪有机肥处理,这可能是由于施用有机无机复混肥的土壤与施用羊粪有机肥的土壤相比,土壤中编码反硝化细菌N₂O还原酶基因nosZ Ⅰ 和非典型反硝化细菌N₂O还原酶基因nosZ Ⅱ 基因丰度较低.施用有机无机复混肥均显著降低土壤硝化和反硝化功能基因丰度,而施用羊粪有机肥对土壤硝化和反硝化功能基因丰度大多没有明显影响.本研究表明,接种YSQ030能够减少施用有机肥土壤的N₂O排放,将为复垦土壤地力提升和N₂O减排提供科学依据,也将为研发新型微生物肥料或生物有机肥提供核心菌种资源.     

铜基材料的制备及其光催化还原CO2的实验研究

光催化还原技术可以将CO₂气体转化成高附加值有机物,实现CO₂资源化利用。TiO₂作为常见的光催化材料,具有价格低廉、化学稳定性高等优点。虽其自身的光谱响应范围较窄,且其电子空穴复合率太高,导致其作为光催化材料的催化效率大大降低,但可以通过半导体复合的方式提高其光催化性能。以硫脲和二水氯化铜团制备出硫化亚铜Cu₂S-TiO₂-X,通过高温水热复合到基体上,通过X射线衍射、X射线电子能谱、扫描电镜、紫外光可见光分度计等表征手段研究了其物理特性,并进行了CO₂还原实验。结果表明:Cu₂S-TiO₂-1.0的光催化还原性最强,其CH₄产率为0.12 μmol/(g·h);随着Cu₂S含量的减少,CH₄产率先增加后减少。     

美丽中国背景下云南省农业活动甲烷排放量计算与情景预测分析

运用CH4MOD模型和排放因子法对云南省农业活动CH₄排放量进行计算分析,并运用情景分析法对云南省农业活动CH₄排放量进行预测.研究结果表明:1)云南省2010—2019年农业源CH₄排放总量变化趋势为先波动上升再迅速减少最后趋于平稳,其中动物肠道发酵排放量贡献最大;2)云南省2010—2019年农业源CH₄单位农业增加值排放强度呈下降趋势,单位农地面积排放强度为波动状态;3)云南省2020—2029年不同情景下农业活动CH₄排放量预测均为上升趋势.由此从水稻种植和畜禽养殖两方面提出减排措施,以期实现"双碳"目标和美丽中国建设.     

三峡库区低水位运行期库尾支流筑坝对其水体CO2分压及排放的影响

为探究三峡库区低水位运行期间库尾支流河坝对其上下游水体CO₂分压、水气界面扩散通量的影响,于2019年8月对三峡库区库尾典型筑坝支流御临河进行采样研究。原位测定关键理化环境因子,采用顶空平衡法,结合亨利定律和薄边界层理论计算水体CO₂分压（p_CO2）及水气界面扩散通量（Flux（CO₂））。结果表明,库区低水位运行期御临河水体表层p_CO2为54.55~336.73 Pa,均值为206.68 Pa,Flux（CO₂）为1.65~67.84 mmol/（m²·d）,均值为39.01 mmol/（m²·d）,表现为大气CO₂排放源排放水平显著高于三峡库区中下游支流。御临河受其下游筑坝影响,河坝上游较近河段表现为湖泊型水体（流速v<0.05 m/s）,上游较远河段和下游表现为过渡型水体（v=0.05~0.2 m/s）。湖泊型水体p_CO2和Flux（CO₂）显著低于过渡型水体,且p_CO2随水深增加迅速增大。相关性分析及多元逐步回归分析表明,库区低水位运行期御临河p_CO2及Flux（CO₂）受水温、pH、DO、Chl-a等理化环境指标影响显著,Chl-a是影响p_CO2的最主要因素,p_CO2是影响Flux（CO₂）的最主要因素。     

以TG-FTIR分析煤与油棕榈空果串富氧混烧特性

棕榈空果串(EFB)作为一种生物质废料,如能将其回收利用作为锅炉燃料将具有极大潜力。本研究利用TG-FTIR分析Adaro煤与生质料EFB在富氧混烧工况下的特性。热重分析仪记录样品在加热过程中的重量损失,而FTIR则分析其释放的气体产物。该实验将Adaro coal+30%EFB样品在18%O₂/82%CO₂、Air(21%O₂/79%N₂)、21%O₂/79%CO₂、30%O₂/70%CO₂四种工况下进行燃烧。每组实验均是以升温速率10°C/min从40°C加热到900°C。TG热重分析表明与O₂/N₂工况相比,O₂/CO₂条件下CO₂气体对燃烧有抑制作用,且富氧燃烧工况下氧浓度越高,燃烧特性越好。FTIR分析释放的气体主要是CO₂,CO和H₂O。实验最后也使用了SEM和EDS进行残留固体分析。     

金属-石墨烯复合物吸附活化CO2的第一性原理

在光催化CO₂的反应体系中,CO₂的吸附活化是一个关键步骤;不同的活化方式和CO₂的活化态决定了其反应路线和最终产物．以金属-石墨烯体系为研究对象,采用密度泛函理论方法,结合局域密度近似(LDA)和PWC泛函,计算该体系在CO₂吸附前后的几何结构、能量、电荷分布和态密度等的变化．结果表明:电子从金属-石墨烯体系转移到CO₂,使CO₂带负电并活化;其中Cu-G体系对CO₂的活化效果最好,C—O键长分别增加6和14 pm,O—C—O键角减小为122°;金属原子簇和石墨烯的第一电离能和电子亲和势对电子的转移起决定性作用,金属原子簇电子亲和势比石墨烯第一电离能越大,电荷越易从石墨烯转移到金属原子簇．     

Banach代数中的行列式理论

探讨了 Banach 代数中的行列式理论.给出了具有单位元的迹 Banach 代数具有行列式的充要条件.     

非织造布滤料性能及过滤过程的研究进展

对近年来非织造布滤料的研究进展做了简要综述,介绍了内部结构的研究及表征、过滤性能及其影响因素、过滤过程的计算机模拟,指出进一步发展所需要解决的问题。     

Towards Excellence in Science Chinese Academy of Sciences

<正>May 26,2014,BeijingScience is a human enterprise in the pursuit of knowledge.The scientific revolution that occurred in the 17th Century initiated the advances of modern science.The scientific knowledge system created by human beings,the tremendous productivity brought about by science,and the spirit,methodologies and norms formulated in scientific practice since the 17~(th)Century have long become essential elements of     

SCIENCE CHINA Technological Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

<正>~~     

单面约束系统的微分变分原理与运动方程

研究单面约束力学系统的微分变分原理和运动方程。方法利用Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ原理建立Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理．Ｊｏｕｒｄａｉｎ原理和Ｇａｕｓｓ原理,结果与结论得到系统的微分变分原理和带乘子的Ｅｕｌｅｒ－Ｌａｇｒａｎｇｅ形式,Ｎｉｅｌｓｅｎ形式和Ａｐｐｅｌｌ形式的运动方程。     

q-树的重构性

q 是一个正整数,所谓 q-树的图是递归定义的:最小的 q-树是完全图 K_q,一个 n+1阶的 q-树是通过在 n 阶 q-树上加上一个新点并连接这点与 n 阶 q-树中任意 q 个互相邻接的点而获得,其中 n≥q.1-树我们通常称为树.在本文中,证明了对任意正整数 q,q-树是可重构的.     

β-环糊精-毛细管区带电泳分离扑尔敏对映体

采用毛细管区带电泳模式,以β-环糊精为手性选择剂分离了药物扑尔敏的光学对映体.考察了在不同背景电解质 pH 值尤其是较低 pH 值下环糊精浓度对对映体表观淌度差的影响,并研究了有机改性剂尿素在分离中的作用.     

层状球形夹杂复合材料的弹性模量

利用层状球形夹杂在无限大基体中的局部化关系及平均应力场理论,给出了一种方法来分析含 n 种层状球形夹杂所构成复合材料的弹性模量.对于文献给出的空心玻璃球和高分子基构成的复合材料,该理论的预测与实验吻合很好.当表层稍失时,该理论退化为传统的 Mori-Tanaka平均应力场理论.     

CVD涂层硬质合金刀具的失效机理

通过系统的实验研究和理论分析,揭示了 CVD(化学气相沉积)涂层硬质合金刀具在磨损和破损状态下的不同的失效机理,并在机理分析的基础上,阐明了涂层硬质合金刀具对于切削条件的特殊适应性.     

特征关系与工艺决策

从并行工程的原理出发,提出了一个基于特征的并行 CAPP 系统.在特征建模的基础上,系统能够推理特征之间的关系,产生零件的特征向量图;利用加工知识库,通过动态规则匹配,系统可以确定特征的加工方法、加工参数及其加工顺序;通过优化确定最佳的工艺计划.