基于涡度相关法的中国农田生态系统碳通量研究进展

农田生态系统是受人为活动强烈控制和干扰的系统,对其碳源/汇的评价是全球碳循环研究的热点.首先概括了以涡度相关法为手段的中国农田生态系统碳通量的研究进展,重点总结了中国农田生态系统碳通量的时间变化、驱动机制和模型模拟等方面的研究成果,并在此基础上对今后中国农田生态系统碳通量研究提出了建议,认为长期观测与研究、多因子协同作用、模型开发与尺度推绎、数据质量监控和评价是今后研究的重点方向     

主编寄语

生态系统减排增汇对于我国实现碳达峰、碳中和的目标具有举足轻重的作用.一方面农牧生态系统是重要的温室气体排放源,特别是非CO2温室气体CH4和N2O,另一方面森林、湿地、农田等生态系统也是消纳CO2、CH4和N2O的汇.因此,生态系统减排增汇是减缓全球变暖的有效途径,也是我国保障粮食安全、建设生态文明和美丽中国的内在要求...     

南堡凹陷CO_2在咸水层中的矿化封存机理

为了探讨CO2注入咸水层后岩石及流体的变化,应用研制的高压釜实验装置,模拟地层条件下(109℃、33.1MPa)饱和CO2地层水—岩石相互作用,证明CO2矿化封存的可行性,并分析超临界CO2注入后岩样中矿物的溶蚀、沉淀及溶液的变化原因.实验前后岩心质量、扫描电镜及溶液检测资料对比结果表明:超临界的CO2溶于水使咸水层酸性增强,然后与碎屑岩储层砂岩相互作用改变砂岩的矿物组成,生成固碳新矿物,从而实现CO2的永久封存;在CO2—水—岩石相互作用的过程中,砂岩中的长石、黏土等可溶矿物发生溶蚀,同时也生成方解石、菱镁矿和菱铁矿等固碳矿物及高岭石、绿泥石等非固碳矿物,其中固碳矿物的生成表明该储层CO2封存的可行性和稳定性;模拟超临界CO2注入后,短时间内岩石中的长石溶蚀和黏土矿物的溶解过程及新矿物的沉淀,为CO2在咸水层中的封存机制提供地球化学依据.     

碳热还原法制取碳氮化钛的热力学原理分析

分析碳热还原法制取Ti(C,N)的热力学原理,结果表明,合成过程伴随着相变,当TiO2颗粒和C颗粒均匀混合时,还原反应主要依赖于CO/CO2传质的气固反应,当TiO2颗粒表面被C包膜时,主要是碳和钛氧化物之间的固固反应.升高温度有利于还原进行,钛氧化物的开始还原温度随气相中的CO分压降低而降低,但Ti(C,N)中的C,N含量则取决于温度和N2压力.     

CO2的能源化利用技术进展与展望

在当前碳中和背景下,人类向着"少碳、用碳与无碳"的CO2减排之路前行.CO2捕集、利用与封存技术(CCUS)作为最直接的"碳中和"技术策略,为促进大气CO2净减排发挥了重要作用.然而,当前CCUS技术普遍面临着低效率、高能耗、高成本的技术难题,限制了该类技术的大规模应用与推广.近年来,随着可再生电能的不断发展,CO2减排与能源体系耦合的电池技术、储能技术应运而生,这类CO2能源化利用技术有望解决当前CCUS技术体系高能耗、高成本的技术难题,同时,有利于新能源的周期性消纳.然而,在这类CO2能源化利用技术中,主要是将CO2作为一种能源介质,对外输出的能量并非来自CO2本身;但是,CO2转变为碳酸盐的过程是化学位降低的反应过程,意味着CO2本身也是一种潜在的能源.作者利用这一热力学有利的反应,成功开发了利用CO2本身蕴含的能量进行深度发电的CO2矿化发电技术,并将CO2矿化电池的最大功率密度提升至了96.75 W/m2.     

基于NEP纬度变异规律的省域尺度碳承载力研究——以云南为例

NEP是净生态系统生产力的简称,其含义通常是1 hm2生态系统每年净吸收人类经济活动排放到大气中的CO2中"碳元素"的最大质量.利用《国家土地利用分类现状标准》将陆地生态系统细分为14个二级子系统,构建了二级子系统面积和NEP的碳承载力的测算模型.以亚洲热带森林的NEP为参照值,利用NEP纬度变异规律,推算了云南森林、灌木林、水田、旱地的NEP值;结合国内其他学者关于茶园、果园、牧草地等子系统NEP的研究成果,推算了云南生态系统的碳承载力.结果表明,云南于2012年开始出现轻微的碳赤字现象;2012年和2013年的碳赤字率分别为-3.99%和-6.55%.     

废气再循环成分对扩散燃烧中碳烟成核的影响

通过测量对置射流扩散火焰中开始形成碳核时的临界气动变形率Kp,对空气中加入燃烧废气(CO2和N1)时的乙烯和丙烷的扩散火焰中碳烟成核的影响进行了实验研究．通过适当的火焰温度调节方法,将CO2对碳烟成核过程所起的各种作用进行了分解,并由此得出结论：CO2对扩散火焰具有遏制碳烟成核的作用．     

提高CO2封存强度的多层协同抽注技术

中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO2捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在."十四五"规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范.然而,由于中国大多数CO2储层的低渗透、非均质等特征,导致单一储层的CO2封存能力有限,无法满足CCUS重大项目示范所需的CO2地质封存量.本文提出将CO2封存强度(单位土地面积的CO2封存量)作为评价CCUS项目储层封存能力的关键指标,并计算了中国主要CO2咸水层封存和CO2强化驱油场地的CO2封存强度,结果表明,现有CO2咸水层封存和CO2强化驱油项目的封存强度大多在105 t/km2以下,无法满足中国双碳目标的需要.为显著提高CO2封存强度,提出CO2多层协同抽注技术的概念,通过注入井在多个储层射孔注入CO2,并利用采水井从多个储层中采出咸水,实现储层可用孔隙和储层压力的最优化调控,最终实现CO2封存强度的大幅度提高.为验证CO2多层协同抽注技术的效果,利用T2Well模拟软件,构建3种CO2多层统注及协同抽注的数值模型,模拟了CO2定压注入过程,分析了注入60 d后的储层压力分布、储层内CO2饱和度分布及CO2累计注入量.结果表明:在多层协同抽注条件下,储层压力聚集现象有明显缓解,从而降低了封存区域因压力聚集导致的力学不稳定性.通过分析CO2饱和度可知,注入CO2后,在抽注井间压力差的驱使下,羽流将向采出井偏移;此外,受岩石性质的影响,羽流形状和范围略有差异.根据3种条件下的模拟结果计算CO2封存强度可知,各向异性砂岩条件下多层协同抽注的封存强度最高达到1.115×106 t/km2,远大于现在已实施项目的封存强度.因此,多层协同抽注技术将较大地提高CO2封存强度,有利于节约中国国土资源,促进CO2封存技术的推广.     

旱地生态系统碳氮过程对干旱响应与反馈的Meta分析

干旱会影响陆地生态系统碳氮循环,形成对气候变化的反馈效应.然而,目前国际上有关旱地生态系统碳氮过程对干旱的响应与反馈效应尚不清楚.本研究共收集整理了全球来自128篇文献的1344组原位观测数据进行Meta分析(Meta?analysis),用以定量评估旱地生态系统碳氮过程对干旱的响应程度和反馈效应.结果表明,干旱会显著...     

酸雨对土壤有机碳转化和固持的研究进展

由于城市发展的速度加快,酸雨的频率和强度逐渐增加,对土壤生态系统的危害日益严重.本文在酸雨对土壤有机碳含量的影响和土壤有机碳转化机理的基础上,总结了酸雨对土壤生态系统影响的相关研究成果,包括以下几个方面:(1)酸雨对土壤养分矿化的影响;(2)酸雨对土壤团聚结构的作用;(3)酸雨对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分元素的平衡关系.由于研究区域的气候、土壤类型及耕作方式等因素不同,酸雨对土壤碳固持的影响存在巨大差异,今后应加强从以下几个方面进行扩展实验:(1)多种因素耦合关系研究;(2)不同的酸雨类型组合研究;(3)现场长期定位监控.     

藻型湖泊溶解有机碳特征及其对甲烷排放的影响

湖泊碳通量研究已成为全球碳循环研究的前沿和热点问题.本研究以太湖藻型湖区(西北湖区、梅梁湾、贡湖湾、西南湖区和湖心)为研究对象,基于为期一年的连续野外观测,旨在揭示富营养化湖泊DOC变化特征及其对CH₄排放的影响.结果表明,太湖藻型湖区DOC质量浓度均值为4.15 mg/L,且具有显著的空间变化.受外源输送和内部蓝藻增殖影响,西北湖区和梅梁湾DOC质量浓度较高,且其DOC时间变化与流域降雨量紧密相关,尤以西北湖区最为明显(R²=0.67,P<0.01).但在受外源输送影响较小的湖心区域,其DOC的时间变化主要受蓝藻生物量驱动(R²=0.60,P<0.01).太湖藻型湖区CH₄排放均值为0.083 mmol·m^-2·d^-1,不同湖区CH₄排放量差异明显.藻型湖区较高的蓝藻生物量显著提高了CH₄的排放量,且DOC含量是蓝藻影响CH₄产生和排放的主要因子.总体上,太湖藻型湖区DOC的累积致使其是CH₄排放的热点区域,但DOC对CH₄产生和排放的影响受湖泊内部因子和外部因子的综合调控,其潜在的控制机制还需要进一步探讨.     

不同类型稻田亚硝酸型CH4厌氧氧化潜力的比较研究

甲烷(CH₄)厌氧氧化是稻田土壤中消减温室气体排放的重要过程.本试验选择内陆性南京稻田和滨海性上海崇明岛围垦稻田,比较研究稻田耕层(0~10 cm)和深层(50~60 cm)土壤中亚硝酸盐型CH₄厌氧氧化(n-DAMO)潜力的差异及其微生物驱动机制.结果表明,南京稻田耕层土壤的n-DAMO速率为3.51 nmol·g^-1·d^-1(以¹³CO₂计),显著高于围垦稻田耕层土壤(1.43 nmol·g^-1·d^-1).两种类型稻田耕层土壤的n-DAMO速率均显著高于深层土壤.南京稻田和围垦稻田M.oxyfera-like细菌的16S rRNA基因拷贝数分别为(2.31~4.82)×10⁷和(0.89~2.12)×10⁷ copies·g^-1,与亚硝酸盐型CH₄厌氧氧化速率显著正相关.相关性分析发现,土壤有机碳、总氮、无机态氮是稻田n-DAMO速率分异的重要原因.综上所述,内陆性稻田土壤n-DAMO氧化潜力较高,其主要由较高的土壤本底碳、氮水平和功能微生物丰度所致.     

水热辅助溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌及其光催化性能

采用水热辅助的溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌（ZnTiO₃）光催化剂,以罗丹明B为目标降解物,运用动力学模型分析罗丹明B（RhB）初始浓度对降解效果的影响。通过SEM、XRD、XPS、UV-Vis DRS对ZnTiO₃进行表征,并使用自由基捕获试验分析其降解机理。结果表明,ZnTiO₃为纯六方相,形貌为类球形,粒径50 nm左右。在催化剂用量为1 g/L、RhB初始浓度为5 mg/L、pH值为3的条件下,光催化反应150 min后,RhB降解率为93.2%。其动力学方程为k=0.132C₀^-1.253。ZnTiO₃光催化剂降解过程中,·OH、h⁺、·O₂^-均起到催化作用,产生·OH、h⁺的量相近且多于·O₂^-,说明·OH、h⁺在催化反应中起主要作用。     

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。     

江苏省主要农作物碳足迹动态及其构成研究

江苏作为农业大省和粮食主产区,全面核算其主要农作物生产碳足迹时序动态变化与构成,可为江苏省主要作物生产体系全过程环境管理及农业绿色发展提供决策依据.本文采用生命周期评价法(LCA)核算江苏省1990—2019年水稻、小麦、玉米、大豆和油菜5种作物生产过程各环节碳排放强度,研究分析不同作物生产碳足迹时序动态变化、构成及影...     

Effect of Fe(III) impurity on the electrochemical performance of LiFePO<Subscript>4</Subscript> prepared by hydrothermal process

Lithium iron phosphate (LiFePO₄) was synthesized from LiOH, FeSO₄ and H₃PO₄ by a hydrothermal process at 180°C. The samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and chemical analysis. Electrochemical performance of the samples was tested in terms of charge-discharge capacity and cycling behavior. The results indicated that Fe(III) impurity had obviously effect on the electrochemical properties of LiFePO₄, and the formation of Fe³⁺ was caused by the oxidation of Fe²⁺ in the dissolving and feeding processes accompanying the increase of pH value. It was found that the precipitation separation was effective in decreasing the content of Fe³⁺ in the solution of FeSO₄ and the sealed feeding was useful in preventing the conversion of Fe²⁺ to Fe³⁺. When the content of Fe³⁺ < 0.5 wt%, the hydrothermally synthesized LiFePO₄ calcined at 750°C with sucrose as carbon source exhibited an initial discharge capacity of 154.9 mAh·g⁻¹ at the rate of 0.1 C (1 C = 150 mA·g⁻¹) and the cycling retention rate could reach 98% after 50 cycles at room temperature.     

基于数值模拟的CO2地质封存项目井筒泄漏风险定量化评价方法

为评估CO₂地质封存场地的CO₂沿井筒泄漏风险，介绍了自主研发的可对CO₂井筒泄漏风险进行定量化评价的数值模拟WellRisk软件，将软件应用于实际CO₂地质封存场地--神华鄂尔多斯CO₂咸水层封存示范工程，定量评估该场地CO₂沿注入井和监测井的泄漏量，并将软件模拟结果与美国能源部开发的NRAP–IAM–CS（The national risk assessment partnership–integrated assessment model–carbon storage）软件模拟结果进行对比，实现了CO₂沿井筒泄漏风险的定量化评价。定义了井筒泄漏系数，即井筒发生泄漏的有效截面积和井筒总截面积的比值，并将井筒泄漏系数作为量化表征井筒固井质量的重要参数。当泄漏系数取值为10^–6时，神华CO₂地质封存场地在1 000 a内的总泄漏量为720 tCO₂，占总注入量的0.24%，小于IPCC的风险阈值1%。因此，泄漏系数为10^–6或更低的井筒是低风险泄漏井，具有良好的固井质量，对应于NRAP–IAM–CS软件中井筒渗透率低于10^–12 m²的情况。泄漏系数为10^–5或更高的井筒是高风险泄漏井，具有较差的固井质量。WellRisk和NRAP–IAM–CS的计算结果均表明，当注入井和监测井的固井质量良好时，神华CO₂地质封存场地基本不存在CO₂泄漏风险。     

Synthesis of γ-Al2O3 nanoparticles by chemical precipitation method

Highly pure active γ-Al₂O₃ nanoparticles were synthesized from aluminum nitrate and ammonium carbonate with a little surfactant by chemical precipitation method. The factors affecting the synthesis process were studied. The properties of γ-Al₂O₃ nanoparticles were characterized by DTA, XRD, BET, TEM, laser granularity analysis and impurity content analysis. The results show that the amorphous precursor Al(OH)₃ sols are produced by using 0.1 mol/L Al(NO₃)₃ · 9H₂O and 0.16 mol/L (NH₄)₂CO₃ · H₂O reaction solutions, according to the volume ratio 1.33, adding 0.024% (volume fraction) surfactant PEG600, and reacting at 40 °C, 1 000 r/min stirring rate for 15 min. Then, after stabilizing for 24 h, the precursors were extracted and filtrated by vacuum, washed thoroughly with deionized water and dehydrated ethanol, dried in vacuum at 80°C for 8 h, final calcined at 800 °C for 1 h in the air, and high purity active γ-Al₂O₃ nanoparticles can be prepared with cubic in crystal system, O _H ⁷ -FD3M in space group, about 9 nm in crystal grain size, about 20 nm in particle size and uniform size distribution, 131. 35 m²/g in BET specific surface area, 7 – 11 nm in pore diameter, and not lower than 99.93% in purity. Foundation item: Project(03JJY3015) supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province     

Phase structure and electrical properties of La<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript>-doped BiInO<Subscript>3</Subscript>-PbTiO<Subscript>3</Subscript> ceramics with high curie temperature

The phase structure and electrical properties of pure and La2O3-doped Bi-InO3-PbTiO3 （BI-PT） ceramics were studied respectively. In （1 -x）BI-xPT （x=0.72-0.80） ceramics, the stability of tetragonal phase increased with increasing x, and pure perovskite structure was obtained for x=-0.80 ceramics. The phase transition temperature range was between 575 ℃ and 600 ℃ for x=0.72-0.80 ceramics, higher than that of PT （-490 ℃）. The c/a ratio almost linearly decreased with increasing La2O3 content in x-0.80 ceramics. It is believed that Pb^2＋ vacancies were formed by La^3＋ substituting Pb^2＋ in La2O3-doped BI-PT ceramics. Tc shifted to lower temperature by 30 ℃/mol% La2O3. The maximum dielectric constant 8557 around 559 ℃ was exhibited in 0.5mol%-doped BI-0.80PT ceramics. La2O3-doped ceramics could be poled resulting from decreasing of c/a ratio and improving of dielectric loss and resistivity. The maximum piezoelectric coefficient d33 was 12 pC/N for 2mol%-doped BI-0.80PT ceramics.