臭氧胁迫下白蜡与银杏幼苗的响应差异

为了明确大气臭氧(O_(3))浓度升高对木本植物的生长、生理生化特征的胁迫效应,本研究利用开顶式气室(OTC),以典型绿化植物白蜡(Fraxinus chinensis)和银杏(Ginkgo biloba)幼苗为研究对象,研究了3个臭氧浓度水平(环境浓度,AA;环境浓度+40 nmol·mol^(-1),AA+40;环境浓度+80 nmol·mol^(-1),AA+80)下白蜡和银杏的叶片数量、叶片面积、生物量、光合速率、碳水化合物和非结构性碳水化合物的变化差异。结果表明,累积熏蒸35、51 d和71 d后,对比AA试验组,AA+40和AA+80浓度O_(3)抑制了白蜡幼苗的叶片数量和叶面积生长,而促进了银杏幼苗的叶片数量和叶面积生长,并促进了白蜡的光合速率;AA+40和AA+80浓度臭氧均抑制了白蜡和银杏幼苗的叶片非结构性碳水化合物的含量和生物量。O_(3)浓度升高和臭氧熏蒸时间延长,对白蜡和银杏幼苗的叶片生长、光合速率和非结构性化合物累积整体呈抑制,但存在银杏叶片生长和白蜡光合速率受到不同程度促进的情况。O_(3)浓度升高会对白蜡、银杏幼苗的生长和光合作用产生胁迫,其中白蜡的叶片生长状态对O_(3)胁迫更敏感,银杏的光合速率对O_(3)胁迫更敏感。

垄距和天气对玉米灌浆期开顶式气室(OTCs)增温效果的影响

气候变暖对作物生产系统影响显著,利用OTCs增温装置模拟农作物对气候变暖的响应是气候变化和农业生态领域的研究热点。作物生产系统在不同种植垄距下存在一定的水热交换差异,探明OTCs在不同垄距下的增温效果,尤其是在不同天气状况下的增温效果对分析作物生产系统响应气候变暖具有重要意义。本文在玉米灌浆期利用OTCs在黑龙江省海伦市野外田间开展了相同种植密度下垄距为55 cm、60 cm、65 cm和70 cm的模拟增温试验,利用Savitzky-Golay法和积分法定量分析了不同垄距,尤其是不同天气状况下,玉米OTCs冠层内外日温度变化特征和OTCs的增温幅度、增温时长和增温强度。研究发现,该装置能够使各垄距玉米冠层温度升高,65 cm垄距的增温时长最长,增温强度最大,升温最为明显。就增温幅度而言,55 cm垄距最大,65 cm垄距次之。不同天气状况下,晴天的增温幅度和增温强度最大,多云次之,雨天最小;但是,雨天天气下的增温时长最长。总之,不同垄距和天气状况显著影响OTCs装置的增温效果,垄距65 cm的增温效果最优,且晴天和多云天气下增温效果优于雨天。

盾构气压开舱条件下的泥膜闭气失效理论研究

近年来,泥水盾构工法在越江跨海隧道中被广泛应用,在泥水盾构施工过程中,带压开舱始终是一个高风险、高难度技术环节。盾构带压开舱能否成功的关键在于泥膜的闭气性能。然而,一直以来泥膜闭气破坏机制、闭气时间及其影响因素从理论上较少探讨。对此,首先考虑了气体对泥膜中孔隙水的驱替作用,建立了泥膜压气从渗流启动-击穿渗透带的多相流模型,提出了泥膜压气渗水量和闭气时间评估方法;然后开展了室内渗透柱泥膜压气破坏试验,验证了所提出理论方法的适用性;最后探讨了气压、地层参数、泥膜厚度、泥浆剪切强度等参数对闭气时间的影响规律,揭示了盾构带压开舱以“泥皮为主、渗透带为辅”的闭气作用。研究成果对泥水盾构带压开舱的安全保障有一定的借鉴意义。

基于SolidWorks Flow Simulation的矿用烟雾传感器气室结构流体仿真分析

针对矿用烟雾传感器气室结构容易进水且烟雾进出困难、影响烟雾传感元件响应时间的问题,为改善烟雾传感器气室结构对探测元件的影响并提高其防水性能,通过SolidWorks Flow Simulation对3种不同夹角投影的开孔气室结构进行流体仿真分析,研究了不同夹角开孔影响的气流、水流分布特征及变化规律。结果表明:气室结构设计为60°夹角投影的开孔防水、进烟雾程度对传感元件的影响最小,能极大地提高烟雾传感元件的检测灵敏性。

用旋转布气法开顶式气室研究臭氧对水稻生物量和产量的影响

在开顶式气室(open top chamber,OTC)内,检测了旋转布气法的气体交换效能和对O3分布的均匀性及稳定性,研究了O3体积分数升高对水稻(Oryza sativaL.)光合速率、生物量和产量的原位影响.经实验检测,旋转布气法能使O3在OTC内分布比较均匀、稳定,满足OTC内布气要求,使气室内外最大温差为1.87℃;同时实验还表明O3体积分数的升高减少了水稻叶片光合速率、抑制了生物量的累积和降低了水稻的产量.在O3体积分数为1×10-7和2×10-7暴露下,水稻叶片光合速率分别比对照降低38.6%和53.9%,地上生物量累积速率分别降低8.8%和32.3%,产量分别降低10.1%和53.1%.结果表明,该旋转布气方法性能稳定,可广泛用于大气特定成分变化对近地层生态系统的原位影响研究.

CO_2浓度倍增、高氮沉降和高降雨对南亚热带人工模拟森林生态系统土壤呼吸的影响

土壤呼吸响应全球气候变化对全球C循环具有重要作用。应用大型开顶箱(Open-top chamber,OTC)人工控制手段,研究了大气CO2浓度倍增、高氮沉降和高降雨处理对南亚热带人工森林生态系统土壤呼吸的影响。结果表明:对照箱、CO2浓度倍增处理以及高氮沉降处理下土壤呼吸速率都具有明显的季节变化,雨季(4～9月)的土壤呼吸速率显著高于旱季(10月至次年3月)(p<0.001);但高降雨处理下无明显的季节差异(p>0.05)。CO2浓度倍增能显著提高土壤呼吸速率(p<0.05),其他处理则变化不大。大气CO2浓度倍增、高氮沉降、高降雨处理和对照箱的土壤呼吸年通量分别为4241.7、3400.8、3432.0和3308.4gCO2.m–2.a–1。但在不同季节,各种处理对土壤呼吸的影响是不同的。在雨季,大气CO2浓度倍增和高氮沉降的土壤呼吸速率显著提高(p<0.05),其他处理无显著变化;而在旱季,高降雨的土壤呼吸速率显著高于对照箱(p<0.05),氮沉降处理则抑制土壤呼吸作用(p<0.05)。各处理的土壤呼吸速率与地下5cm土壤温度之间具有显著的指数关系(p<0.001);当土壤湿度低于15%时,各处理的土壤呼吸速率与地下5cm土壤湿度具有显著的线性关系(p<0.001)。

冬小麦气孔臭氧通量拟合及通量产量关系的比较分析

基于田间原位开顶箱(Open-Top Chambers,OTCs)实验,研究了不同浓度臭氧(O3)处理下(自然大气处理,AA;箱内大气处理,NF;箱内低浓度O3处理,NF+40 nL/L;箱内中等浓度O3处理,NF+80 nL/L;箱内高浓度O3处理,NF+120 nL/L),冬小麦(Triticum aestivum L.)旗叶气孔运动对不同环境因子的响应,并通过剂量反应分析,比较了冬小麦产量损失与累积气孔O3吸收通量(AFstX)和累积O3暴露浓度(AOT40和SUM06)的相关性差异。结果表明:冬小麦旗叶气孔运动的光饱和点和最适温度分别约为400μmol.m-.2s-1和27℃,水汽压差、土壤含水量和O3剂量的气孔限制临界值分别约为1.4 kPa、-100 kPa和20μL.L-.1h-1,超过此临界值时,气孔导度会明显下降。利用Jarvis气孔导度模型对冬小麦旗叶气孔导度和气孔O3吸收通量进行了预测,结果表明Jarvis模型解释了冬小麦实测气孔导度60%的变异性。由于不同时期植物体气孔导度的差异,冬小麦旗叶生长期内累积气孔O3吸收通量(AFstX)呈非线性增加趋势。O3吸收速率临界值(X)为4 nmol.m-.2s-1时,累积O3吸收通量(AFst4)与冬小麦产量的相关性最高(R2=0.76),该数值介于O3暴露指标AOT40和SUM06的剂量反应决定系数(0.74和0.81)之间。与O3浓度指标(AOT40和SUM06)相比,O3通量指标(AFstX)在本试验冬小麦产量损失评价中未表现出明显优势。

水稻气孔臭氧通量拟合及通量与产量关系的比较分析

利用田间原位开顶式熏气装置(Open-Top Chambers,OTCs),研究了5种不同浓度臭氧(O3)处理下(自然大气处理,AA;箱内大气处理,NF;箱内低浓度O3处理,NF+30nL·L-1;箱内中等浓度O3处理,NF+60nL·L-1;箱内高浓度O3处理,NF+90nL·L-1)我国珠三角地区水稻产量损失与累积气孔O3通量(AFstX)和累积O3浓度(AOT40和SUM06)的关系,同时利用边界线拟合法,分析了不同环境因子作用下水稻剑叶气孔导度的变化特征。结果表明:水稻气孔运动的光饱和点和最适温度分别约为500μmol·m-2·s-1和33.1℃,水汽压差、物候期和O3暴露剂量的气孔限制临界值分别约为1.3kPa、500℃·d和5μL·L-1·h,高于此临界值时,气孔导度会明显下降。利用Jarvis气孔导度模型对水稻剑叶气孔导度和气孔O3吸收通量进行了预测,结果表明Jarvis模型解释了水稻实测气孔导度61%的变异性。O3吸收速率临界值(X)为2nmol·m-2·s-1时,累积气孔O3吸收量(AFst2)与水稻产量的相关性最高(R2=0.63),明显高于O3浓度指标(AOT40和SUM06)与水稻产量的相关性(R2值分别为0.49和0.51),表明基于气孔通量的O3风险评价指标能更好地反映水稻产量的变化。

我国近地层臭氧污染对水稻和冬小麦产量的影响概述

地表监测数据表明,我国近地层O3污染日趋严重,已对水稻和冬小麦的生长造成严重威胁。为评估O3污染对我国农业生产的风险,综合已有剂量反应实验结果,对我国南北五个地区（北京、定兴、江都、嘉兴、东莞）水稻和冬小麦的O3敏感性进行了比较分析。研究发现：（1）随着实验地区和实验品种的变化,两种作物的O3敏感性存在明显差异,其中,水稻对O3的敏感程度由北到南逐渐增加;（2）两种作物的产量均随O3剂量的增加而降低,且冬小麦的减产程度高于水稻;（3）基于FACE实验得到的作物O3敏感性高于基于OTC实验的研究结果。利用上述研究得到的O3剂量反应方程和O3浓度预测数据,对未来我国水稻和冬小麦的产量损失进行了评估。预计到2020年,我国五个主要作物产地水稻和冬小麦的产量损失范围分别为3.2~28.8%和7.8~36.9%。上述结果表明,O3污染已对我国主要粮食作物的生长造成巨大威胁,且作物品种间存在明显的O3抗性差异,有必要采取有效措施缓解O3浓度的上升,同时,需要利用更科学的实验方法进行O3抗性品种的选育,这对降低O3的农业风险具有重要意义。

滨海围垦湿地芦苇凋落物分解对模拟增温的响应

采用开顶式生长室(Open-top chambers,OTC)模拟增温,结合网袋法,研究了空气增温(1.984±0.7)℃对崇明东滩滨海围垦湿地代表植物——芦苇(Phragmites australis)不同凋落物组分(茎和叶)分解速率的影响,并分析增温和非增温条件下凋落物分解速率与1.2 m高度的空气温度、0～5 cm土壤温度及0～5 cm土壤湿度3种主要环境因子的相关性及其变化.结果表明:①增温与不增温处理下,OTC组和对照(CG)组芦苇茎的年分解率分别为49.20%和45.11%,而叶的年分解率分别为63.52%和58.53%,增温对叶的分解促进作用更加显著;②增温增大了湿地芦苇凋落物分解常数K值,OTC组和CG组茎的平均K值分别为0.028和0.027,叶的平均K值分别为0.093和0.080,叶的增幅显著大于茎的增幅;③3种主要环境因子与滨海围垦湿地芦苇凋落物的分解速率相关性由大到小依次是1.2 m空气温度>0～5 cm土层温度>0～5 cm土层湿度,且增温使分解速率与3种环境因子相关性程度均增大,其中,叶分解速率与土壤温度的相关性变化最显著,增大6.43%.综上所述,气温是影响滨海围垦湿地芦苇凋落物分解的关键环境因子,增温不仅会增大滨海围垦湿地芦苇凋落物的分解速率,同时也会改变芦苇凋落物分解速率与主要环境因子的相关性.

藏北典型高寒草原土壤微气候对增温的响应

土壤微气候的改变会影响到一系列的生态系统过程,研究增温条件下土壤微气候变化特征将有助于了解气候变暖对草地生态系统水热条件的影响。利用开顶箱(open-top chamber,OTC)方法研究增温条件下藏北典型高寒草原土壤微气候变化特征。结果表明:藏北典型高寒草原土壤温度和土壤湿度存在明显的日变异和季节变异;增温使得空气年均温增加3.2℃,土壤年均温增加5.2℃,增温效果显著;增温可以显著提高土壤温度,值得注意的现象是非生长季的增加幅度大于生长季的增加幅度;增温对土壤湿度的影响具有明显的季节性,冬季增温会显著增加土壤湿度,而夏季增温会显著降低土壤湿度。研究结果可为变化气候条件下高寒地区水热状况研究提供依据。

青藏高原高寒草甸3种植物对模拟增温的生理生化响应

采用国际冻原计划(ITEX)模拟增温对植物影响的研究方法,将开项式生长室(OTC)按不同直径设置5个增温梯度,并按其直径从小到大的顺序依次标记为A、B、C、D、E 5个处理,研究了增温效应对青藏高原高寒草甸3种植物生理生化特性的影响。研究表明:(1)A^E 5个增温处理使OTC内部气温依次比对照升高了2.68℃、1.57℃、1.20℃、1.07℃和0.69℃,土壤温度依次比对照升高了1.74℃、1.06℃、0.80℃、0.60℃和0.30℃。(2)增温对3种植物的叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、SOD活性、谷胱甘肽等生理生化特性产生了一系列的影响,3种植物对增温效应的响应也不尽相同。(3)增温对青藏高原3种植物生理生化特性的影响明显且复杂,适度增温0.69℃~1.07℃(D、E处理)对3种植物生理生化特性在总体上表现为正效应。

大气CO_2和O_3升高对菜地土壤酶活性和微生物量的影响

利用OTC平台和青菜盆栽实验,探索[CO_2]、[O_3]或[CO_2+O_3]升高条件下,土壤理化性质、微生物量和土壤酶活性的变化,以期获得未来大气CO_2或/和O_3升高对土壤微生态系统的风险性。结果表明,[CO_2]升高不同程度地提高了土壤的可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、总磷(TP)、总碳(TC)、铵态氮(AN)、硝态氮(NN)含量和含水量(SWC),进而不同程度地提高了土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)含量以及土壤蛋白酶(PRA)、蔗糖酶(SA)、脲酶(UA)、多酚氧化酶(POA)、酸性磷酸酶(APA)和中性磷酸酶(NPA)活性。相反,[O_3]升高不同程度降低了土壤DOC、TP、TK、TC、TN、AN、NN、SWC、MBC和MBN含量,提高了MBC/MBN比值,在不同程度上降低了土壤PRA、SA、UA、POA、APA和NPA酶活性。而[CO_2+O_3]在一定程度上消减了[O_3]对土壤微生物量和酶活性的抑制作用,也降低了[CO_2]升高对土壤微生物量和酶活性的刺激效应。因此,土壤微生物量和土壤酶活性的变化可用于评价未来大气CO_2或/和O_3升高对菜地土壤微生态环境的影响。

泥水盾构带压开舱时泥膜的微观孔隙及渗透性研究

泥膜的良好闭气性是保证泥水盾构带压开舱安全顺利实施的关键之一,要想提高泥膜的闭气性,首先应了解泥膜在带压开舱过程中的孔隙结构及渗透性变化。以南京纬三路过江通道在江底砂卵石地层中进行带压开舱为背景,在自制的试验装置中进行泥浆成膜和泥膜闭气试验,然后观测泥膜的孔隙结构和孔径变化,最后分析泥膜渗透系数的变化。研究结果表明:试验泥浆在0.2 MPa气压作用下6 h,在试验地层表面形成的泥膜厚度约为5.0 mm、孔隙率约为67%,在闭气过程中泥膜会发生压缩,且第一次单位压力引起的压缩量最大;随着闭气压力的增大,大孔隙组被优先压缩;泥膜基本单元体为骨架状结构,孔隙主要是粒间孔隙与架空孔隙,孔隙分布不连续、连通性差;孔径分布范围较广,其中在0.1~3.0μm的孔隙组占有绝对优势;本次试验中压缩后泥膜的渗透系数在10-9 cm/s量级。研究结果有助于明确泥膜在闭气过程中的变化,对后续提高泥膜闭气性的研究有重要的参考意义。

泥水盾构开舱时的泥膜闭气性能及改性方法

带压开舱已成为泥水盾构开舱的重要方法,泥膜闭气性能关系到带压开舱能否成功。采用自制的泥膜气密性试验装置,开展泥膜气密性实验。采用CMC、正电胶、Na2CO3等三种泥浆添加剂对泥浆性质、泥膜性质进行改性,探索泥膜闭气的机理。结果表明:正电胶能有效提高泥膜气密性,0.2%的正电胶添加量能提升泥膜闭气值83%左右;相同条件下形成的泥膜厚度越大,其闭气值越高;泥膜致密性可由泥膜厚度和成膜后滤水量的比值(d/Q)来进行比较,d/Q越大,泥膜越致密,但闭气值的大小由泥膜透气时的致密性决定。

盾构舱内空气损失计算及影响因素分析

为确保盾构在"气压模式"下掘进及在带压开舱作业时控制舱内气压的稳定,在分析刀盘正面土体、开挖间隙周边土体、盾尾注浆和螺旋输送机4个区域的气压损失范围基础上,改进Krabbe公式并考虑渗透系数、舱内压强、地层变化等影响因素,提出空气损失量Q的半经验半理论计算方法。将计算方法应用于实际工程,通过对空气损失量最大断面进行灵敏度分析,主要结论如下:1)舱内压强与空气损失量呈二次正相关,工程范围内气压的增加会导致一定的空气损失;2)空气损失量最大的断面为地层突变处,通过分析该断面的灵敏度,可以对盾构配备的空气压缩机功率进行合理的判断。

开顶式气室在生态学研究中的应用进展

介绍了开顶式气室在模拟未来可能影响生态系统的环境变化(如CO2和O3浓度增加、污染加剧等)的应用研究进展情况,指出应用开顶式气室进行研究必须注意由于气室结构本身无法避免的缺陷导致的试验误差,并对该技术在生态学领域未来的应用前景进行了展望.

改进式开顶气室模拟CO2浓度控制系统性能分析

为提高开顶气室(open-top chamber,OTC)模拟气候变化研究植物生理响应的控制效果,基于前期OTC控制系统基础,对气室结构、控制系统及监测系统改进升级。对改进后的OTC控制系统采集了试验期间5月10月OTC气室内CO2浓度、温度及空气相对湿度实时数据分析模拟效果,结果表明:改进后的OTC控制系统能够控制CO2浓度达到试验预设浓度梯度,在试验期OTC气室内监测的CO2浓度平均值对照组(CK)为369.33μmol·mol^-1,处理1组(TR1)为558.35μmol·mol^-1,处理2组(TR2)为772.71μmol·mol^-1;CO2浓度波动范围TR1组为551.82-572.40μmol·mol^-1,变幅为20.58μmol·mol^-1;TR2组为756.71 779.79μmol·mol^-1,变幅为23.08μmol·mol^-1,满足试验预设模拟要求;气室内不同处理间温度、空气相对湿度差异均不显著(p>0.05)。改进后的OTC控制系统模拟效果好,可用于研究植物响应气候变化的模拟试验。

矿井救生舱空调CO_2在毛细管内的节流仿真

节流降温装置是矿井救生舱CO2开式空调中关键的部件之一。采用毛细管进行节流降温,首先针对CO2节流过程进行热力学分析,然后建立两相区及气相区的节流数学模型并进行仿真计算。计算结果表明:制冷量越大,所需毛细管长度越长;在相同制冷量条件下,毛细管内径越大,所需毛细管长度越长;初始温度越高,可利用的焓差越小,且节流所需毛细管长度越长。最后针对制冷量分别为2kW和3kW的系统进行毛细管节流降温设计。

用开放式气路测定光合速率的叶室

利用红外线CO_2气体分析仪(RIGA)测定植物叶片的光合速率,可根据实验目的选用密闭式气路、半密闭式气路和开放式气路,这三类气路分别具有各自的特点、应用条件和配套设备。作为开放式气路的光合作用同化室。