气候变化对祁连山冻土区碳过程的影响及其生态环境效应

总结了祁连山冻土区的特点和分布情况,介绍了碳过程的基本概念和影响因素,探讨了气候变化对祁连山冻土区碳过程的影响,并提出了关键策略。对了解祁连山冻土区碳过程对气候变化的响应、保护该区生态环境具有重要的学术和实践价值。

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着"草原承包责任制"、"退耕还林还草"和"封育禁牧"等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明:草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。

华北平原农田生态系统碳过程与环境效应研究

本文总结了25年来针对华北平原小麦-玉米两熟系统,农田的碳循环对气候变化(温度升高)和管理措施(氮肥施入、秸秆还田和耕作方式等)响应机制的研究成果。自2001年起我们在中国科学院栾城农业生态系统试验站建立了3个长期定位碳循环试验:耕作试验、有机循环试验和增温试验,并完善了4种农田碳过程监测方法体系:隔离罐-碱液吸收CO_2法、静态箱-气相色谱法、涡度相关技术和浓度梯度法。量化了华北平原小麦-玉米两熟系统碳输入-输出的平衡,并对华北平原施氮农田土壤碳截留进行了再评价,指出秸秆还田下高水高肥的精细管理农田正在以77 g(C)·m^(-2)·a^(-1)的速度丢失碳;此外长期氮施入虽然显著增加0~100 cm土体的土壤有机碳含量,但同时会造成0~60 cm土体土壤无机碳含量显著降低。我们在对碳过程环境效应的研究中进一步指出:增温和施氮均会降低CH4汇强度,但对土壤呼吸无显著影响,这可能主要是由于试验增温诱发的土壤干旱抵消了土壤温度的部分影响和土壤呼吸对土壤温度升高的适应性造成的。我们对剖面土壤气体的研究表明施氮对剖面CH4和CO_2均无显著影响。进一步将静态箱法和浓度梯度法相结合的研究结果表明0~40cm土层是北方旱地无氮农田土壤CO_2产生和CH4吸收的主要发生层。

CO_2体积分数升高对土壤-植物系统碳过程的影响

从土壤和植物2个方面,综述了大气二氧化碳体积分数升高对生态系统碳过程的影响。大气CO2体积分数升高,提高了植物的光合速率,促进了生物量的累积,,改变了植物的碳结构。高CO2体积分数导致植物基质(C/N)的变化将直接影响枯落物的分解速率。大气CO2体积分数升高通过影响植物生长而间接地对土壤生态过程产生影响。由于高CO2体积分数下碳输入和输出的关系还存在很多不确定性,因此还不能推断高CO2体积分数下土壤碳库是增加还是减少。不同的生态系统类型,对高CO2体积分数的响应状况也不一致。今后应定量研究CO2体积分数升高条件下生态系统各分室碳库的动态,明确土壤、植物和大气碳库储量变化及其之间的碳通量,以便定量化生态系统碳收支对高CO2体积分数升高的响应。另外,还应加强CO2体积分数升高与其他全球变化因子的耦合作用研究,探讨其相互作用的机制,将有助于全面了解全球变化条件下生态系统的碳循环过程。

森林生态系统固碳过程对氮沉降增加的响应机制研究进展

氮沉降增加对森林生态系统固碳过程具有重要影响。文中介绍了森林生态系统固碳过程对氮沉降增加响应机制的研究进展,概述了氮沉降增加对植被固碳过程的影响以及土壤碳输入和碳排放对氮沉降增加的响应机理,探讨未来该领域的研究重点,指出在全球氮沉降增加背景下森林植被和土壤固碳分配、森林生态系统固碳过程植被和土壤界面碳、氮循环过程的耦合机理将是未来森林碳循环研究的热点。

高炉低碳炼铁技术路径分析及发展建议

钢铁工业是能源消耗和碳排放的主要行业之一。在全球双碳背景下,人们对气候变化和环境保护意识的提高以及碳税政策的强化,深度加剧了钢铁行业的碳减排压力。综合考虑资产保值、技术成熟程度等因素,开发高炉工艺的低碳技术来减少碳排放是最直接有效的技术措施。介绍了国内外主要的高炉低碳冶金的技术路线和发展方向,并对中国近年来的高炉低碳冶炼示范项目进行了总结。高炉富氢工艺是现阶段工艺技术改进的首选方向,但其碳减排的幅度有限,仅可实现减少CO_(2)排放10%~30%,不能从根本上解决高炉碳排放高的问题。针对这一问题,提出了一种高炉源头生物质减碳-过程富氢降碳-末端CCUS固碳全过程低碳冶炼工艺,并对其各个路线的关键技术进行了深入分析,获得了3种工艺路线的降碳成本及减排潜力,认为全过程低碳冶金将是未来钢铁行业发展的重要方向,具有较高的技术可行性和减排效果。将推动钢铁行业向更加清洁、高效的方向发展,实现双碳目标的同时保持经济发展的持续性,并展望了中国高炉低碳路线的未来前景。

基于碳市场设定水泥熟料过程碳排放默认值的探讨

水泥熟料的过程碳排放主要来源于碳酸盐的分解,可通过熟料中MgO、CaO含量进行计算。在稳步推进全国碳交易市场建设和保证碳排放数据质量的迫切需求下,对水泥熟料的过程碳排放开展基础性研究具有重要现实意义。本文梳理了水泥熟料过程碳排放因子的研究进展,首次基于通用水泥熟料质量控制目标,给出了未使用替代原料时熟料过程碳排放的理论范围和平均水平。结合我国碳交易市场的发展现状,提出在现阶段,水泥行业碳市场可直接设定通用水泥熟料过程碳排放的默认值,亦可用于我国碳排放因子库的建立、碳核查结果的校对等。

基于全生命期的既有建筑改造碳排放统计分析及效能提升研究

建筑全过程碳排放占全国碳排放总量的47.1%,降低建筑全过程碳排放是建筑业的重要课题。本文研究是对既有工业园区中的既有建筑进行零碳改造,根据实际工程量清单,统计并分析既有建筑改造全过程碳排放量,根据分析结果提出既有建筑改造的全过程降碳策略,为既有建筑改造全过程降碳提供实例验证,助力建筑业碳达峰、碳中和。

基于碳排放流与负荷识别的流程工业碳排估算

当今世界碳排放引发的环境问题日益严重,随着双碳目标的提出,流程工业的碳减排和碳计量变得十分重要。针对化工行业,本文主要研究了净购入电力碳排与生产过程碳排的计算方法,并结合碳排放流理论估算了净购入电力排放,提出了基于负荷识别的质量平衡法估算工业生产过程排放的方法。本文最后以氯化钙生产工段为例,通过负荷识别识别出设备类型,并用曲线拟合的方法得到设备功率与流量的关系从而估算生产过程碳排,再结合碳排放流理论,估算出总碳排放量。

纯碱生产碳化过程的国产DCS控制

采用国产DistributedControlSystem（DCS），在杭州龙山化工总厂联碱生产碳化工序控制获得成功，取得了显著效果，为中（小）化工企业采用先进的计算机技术改造传统产业作出了成功范例。

考虑应力状态的二维混凝土碳化过程数值模拟

混凝土碳化过程的数值模拟为研究碳化机理、碳化影响因素、碳化过程与力的耦合作用等提供了新的定量分析工具.为定量分析应力状态对混凝土截面角部碳化发展的影响,建立了混凝土碳化过程的2维数值计算模型,使得混凝土组分、应力状态等影响可以得到定量考虑,并模拟应力状态下混凝土构件角部的碳化过程.详细介绍了这一模型的数值计算实现过程,研究了网格尺寸及时间步长对数值计算结果的影响.该模型数值计算结果与快速碳化试验和长期暴露碳化试验结果的对比验证了模型计算结果的准确性.最后,对某混凝土构件的角部混凝土碳化过程进行了数值分析.结果表明,混凝土截面角部双向碳化作用以及拉应力状态均会加速混凝土碳化,角部是整个构件截面碳化发展最为迅速的部位,其耐久性应当予以考虑.

外来植物水花生和苏门白酒草入侵对土壤碳氮过程的影响

外来入侵植物对土壤生态系统的影响已成为入侵生态学研究的热点问题。以我国典型入侵植物水花生(Alternanthera philoxeroides,Ap)和苏门白酒草(Conyza sumatrensis,Cs)为对象,选取撂荒的稻田为试验样地,以土著优势物种马唐(Digitaria sanguinalis,Ds)为参照,通过对入侵植物和土著植物的根际土壤进行采样分析,研究了入侵植物对入侵地土壤特性及土壤碳氮过程的影响。结果表明,与土著物种Ds相比,Ap和Cs入侵分别使土壤有机质含量增加106和27,全氮量增加63和97,铵态氮含量增加97和94,硝态氮含量增加71和243,微生物量碳增加123和225,微生物量氮增加225和399,氮净矿化速率增加2.1倍和3.8倍,反硝化速率增加1.0倍和0.8倍,酶的活性和硝化速率亦显著增加;矿化过程中Cs和Ap的CO2平均排放速率分别增加2.3倍和2.6倍,土壤N2O的平均排放速率分别增加1.9倍和2.2倍。由此可见,入侵植物显著地改变了入侵地土壤的理化特性,加速了土壤碳氮转化过程,呈现正反馈效应。

基于改进互相关函数的氧化铝碳分过程多重时滞辨识

为了解决复杂工业生产过程多重时滞辨识难题,提出一种基于改进互相关函数的多重时滞辨识方法。对于工业过程中多个受控制信号作用的过程变量,确定一个参考变量,分别考虑其他各变量和参考变量之间的相关性,选择变量某个时间段内的一组数据作为辨识对象,通过计算两个变量的数据组在不同相对时间延迟对应的互相关矩阵,比较互相关矩阵的奇异值,其最大奇异值对应的滞后时间,即为所要辨识的时滞。将所提方法应用于某铝厂连续碳分过程多重时滞的辨识,基于工业现场采集的生产数据,分析变量间的关联关系,辨识出多重时滞,然后将辨识所得的时滞代入碳分过程模型。结果表明:计算值和实测值的最大平均相对误差仅为3.23%,验证了所提方法辨识多重时滞的有效性。

含氯盐混凝土碳化过程钢筋锈蚀阈值与使用寿命预测

采用10倍水溶解钢筋周围混凝土粉末的方法制取混凝土孔溶液,研究了含氯盐混凝土碳化过程中使钢筋锈蚀的游离氯离子与氢氧根含量比值阈值,结果发现,置于普通硅酸盐水泥混凝土、大掺量工业废渣普通水泥混凝土及硫铝酸盐水泥混凝土使钢筋锈蚀[Cl-][OH-]阈值分别是0.386、0.348和0.138;测得的[Cl-][OH-]阈值比以往他人取得的0.60的结果低;应用[Cl-][OH-]碳化经时模型预测含氯盐混凝土使用寿命明显低于不含氯盐混凝土,其中大掺量工业废渣含氯盐水泥混凝土由于可碳化物少和碳化对游离氯离子释放双重效应使其使用寿命较普通水泥混凝土低,研究结果对大气环境下含氯盐混凝土使用寿命预测和耐久性设计具有参考意义。

弯曲荷载对硬化水泥浆体和砂浆碳化过程的影响

研究了弯曲荷载对硬化水泥净浆和砂浆试体碳化过程的影响。结果表明:弯曲荷载会加速水泥浆体和砂浆的碳化过程,在弯曲荷载作用下水泥浆体和砂浆的碳化动力学过程可用式x=C_0e^(aη)t^b描述,其中b值均接近1/2;碳化时间对砂浆碳化深度的影响略小于对水泥浆体的影响,而应力水平对水泥浆体和砂浆碳化的影响大致相同。

纳米碳酸钙碳化过程中“四膜模型”的研究

在双膜理论基础上,探讨建立了纳米碳酸钙碳化过程的"四膜模型";用"四膜模型"来解释超细碳酸钙生产过程中碳化前期、中期、末期及过度碳化等各阶段的动力学区域和碳化机理,解释碳化过程中包裹返碱现象发生的规律和预防机理,都取得了理想的效果。

面向全过程碳足迹的园区综合能源系统碳感知与优化方法

园区作为区域经济发展、产业调整升级的空间承载形式,是我国能源消费的重要主体,发展多能互补、绿色高效的园区综合能源系统是实现“双碳”目标的重要途径。因此,结合园区综合能源系统的供能特点,提出了全过程碳足迹的概念,其包括外生碳足迹和内生碳足迹2部分。首先,针对外生碳足迹,即汲取自公共能源网络的能流对应的碳足迹,研究了多能流虚拟碳流传输机理,提出了多能流的统一节点碳排放强度评估模型和公共能源网络节点碳排放强度的预测方法,以实现外生碳足迹的可观。然后,结合外生碳足迹和内生碳足迹,考虑园区柔性负荷的用能特性,建立了面向全过程碳足迹的园区综合能源系统低碳优化模型。最后,通过仿真分析验证了所提方法的正确性和有效性。结果表明,基于所提优化模型,园区综合能源系统能够根据外部公共能源网络的运行状态做出及时响应,进而利用其多能互补赋予的灵活性最小化自身碳足迹,实现深度减排的目标。

高岭土在碳热还原氮化过程中的相变

系统研究了苏州高岭土碳热还原氮化合成SiAlON过程在不同温度下的相变。对试样的XRD、SEM以及EDXA分析结果表明 ,1 30 0℃之前 ,试样中没有氮化物生成 ,物相为莫来石、石英和方石英 ;1 30 0℃时 ,高岭土开始发生氮化反应 ,生成过渡型SiAlON和β SiAlON。此时 ,石英和方石英相基本消失 ;1 4 0 0℃时 ,过渡型SiAlON、β SiAlON和X SiAlON三相共存 ,β SiAlON有所增多并有少量刚玉相生成 ;从 1 4 50℃到 1 550℃ ,Z值为 3的β SiAlON成为惟一的氮化产物 ,与少量SiC和刚玉相并存。莫来石在 1 50

森林土壤碳氮过程研究现状和展望

土壤是碳和氮的重要贮存库 ,土壤碳氮转化是陆地上最为重要的生态系统过程之一。森林土壤中碳、氮过程是森林生态系统中物质循环与能量交换的关键。森林凋落物的分解、森林土壤碳氮的矿化是森林土壤最主要的碳氮过程。在微生物作用下 ,土壤与大气交换含碳氮物质 ,则是土壤碳氮过程的直接反应 ,也是影响到土壤碳氮过程和土壤碳氮库动态的主要方面。然而 ,从大尺度上探讨森林植被恢复过程中土壤碳氮过程的分异机理 ,研究典型植物群落土壤碳氮过程特征及探索森林土壤碳氮过程与植被的互动机制及关键植物种群对土壤碳氮过程的影响 ,研究土壤碳氮过程有关的土壤微生物和土壤酶及其与全球变化的关系等内容还未见报道 ,认为这些内容将是未来的研究重点。同时 ,随着科学技术的发展 ,各种新的技术如 3S技术和电子传感器技术等将会很快应用于森林土壤碳氮过程的研究。

混凝土碳化过程的相似性研究

混凝土碳化是一个长期、缓慢的过程 ,对实际环境下混凝土碳化过程的研究存在着试验周期长、环境条件变化不定等问题。通过以相似理论为基础的耐久性加速模拟试验 ,来预测实际环境条件下混凝土的碳化速度 ,推导了混凝土碳化过程的相似准则 ,进行了混凝土碳化过程的相似模型设计 ,并通过加速实验 。