Evaluation of CO2 solubility-trapping and mineral-trapping in microbial-mediated CO2–brine–sandstone interaction

Evaluation of CO₂ solubility-trapping and mineral-trapping by microbial-mediated process was investigated by lab experiments in this study. The results verified that microbes could adapt and keep relatively high activity under extreme subsurface environment (pH < 5, temperature > 50 °C, salinity > 1.0 mol/L). When microbes mediated in the CO₂–brine–sandstone interaction, the CO₂ solubility-trapping was enhanced. The more biomass of microbe added, the more amount of CO₂ dissolved and trapped into the water. Consequently, the corrosion of feldspars and clay minerals such as chlorite was improved in relative short-term CO₂–brine–sandstone interaction, providing a favorable condition for CO₂ mineral-trapping. Through SEM images and EDS analyses, secondary minerals such as transition-state calcite and crystal siderite were observed, further indicating that the microbes played a positive role in CO₂ mineral trapping. As such, bioaugmentation of indigenous microbes would be a promising technology to enhance the CO₂ capture and storage in such deep saline aquifer like Erdos, China.     

三峡水库CO2、CH4通量监测分析研究

自成库以来,三峡水库CO₂、CH₄等温室气体通量较蓄水前发生明显改变。如何科学认识和客观评估三峡水库修建及运行对其CO₂、CH₄等温室气体通量的影响备受关注。本文简要回顾了自2009年以来在三峡水库开展CO₂、CH₄等温室气体通量监测与分析工作,综述认为,现阶段三峡水库温室气体排放以水-气界面扩散释放为主要途径。陆源输入的有机碳是主导三峡水库CO₂、CH₄产生的主要碳源,但在局部区段或时段自源性有机碳的贡献亦十分显著。同蓄水前相比,三峡水库碳排放量呈现为净增加,淹没效应约占水库C净增量的20%,库区内点面源污染负荷并未对CO₂排放的净增量产生显著贡献,阻隔效应和生态系统重建效应对三峡水库碳排放的净增量产生显著贡献。近10年来,监测方法比对、监测点位优化等工作在一定程度上完善了三峡水库温室气体通量监测体系。新方法、新技术的引入也为三峡水库温室气体通量监测分析提供了有利支撑和保障,但复杂水文环境...     

微囊藻CO2-浓缩机制基因型的动态变化及其对CO2的竞争效应

由于具有高效的CO₂-浓缩机制,蓝藻在低CO₂浓度条件下具有竞争优势。然而,随着大气中CO₂浓度急剧增加,蓝藻CO₂-浓缩机制如何响应的研究较少。因此,本文以常见水华蓝藻——微囊藻为研究对象,通过对滇池微囊藻水华动态及不同CO₂-浓缩机制基因型进行监测,探讨蓝藻CO₂-浓缩机制基因的微进化特征及其动态变化。同时,设置高(0.08%)、中(0.04%)、低(0.02%)CO₂浓度(V/V)进一步揭示微囊藻不同CO₂-浓缩机制基因微进化对CO₂的竞争效应。结果表明:滇池无机碳浓度在4个采样点存在空间差异性,均呈现先降低后升高的趋势,并以HCO₃^-为主要无机碳存在形式。调查期间,东大河、观音山、洛龙河和生态所4个采样点的微囊藻均以sbtA基因型占绝对优势,相对丰度远高于bicA基因型。在不同水华时期,bicA基因型和sbtA基因型呈现相反的变化趋势,即从...     

三峡水库澎溪河CO2、CH4气泡释放通量初探

气泡释放是天然水体中水-气交换的重要途径之一.采用改进的倒置漏斗型气泡通量监测装置于2012年3-8月期间对三峡支流澎溪河高阳平湖库湾水域进行气泡释放通量的监测研究.研究期间,研究水域CH4气泡释放通量变化范围为0.01 ～ 23288.64 μmol/(m2·d);CO2气泡释放通量变化范围为0～799.89 μmol/(m2·d).不同常规采样点CH4、CO2气泡释放通量均呈现出高度的时空异质性特征.但CH4气泡释放通量显著高于CO2气泡释放通量,且二者释放过程具有同步性.同国外已有水库监测结果相比,澎溪河回水区高阳平湖库湾水域CH4、CO2气泡释放通量位于中等水平.CH4气泡释放通量约为同期CH4扩散通量的0～ 1893.90％,超量释放下CH4气泡释放通量可达同水域CH4扩散通量的6270.5％±390.0％.CO2气泡释放通量仅占同期扩散通量绝对值的0～ 21.74‰,超量释放下,CO2气泡释放通量亦仅为同期扩散通量绝对值的40.33‰ ±0.93‰.CH4气泡释放通量在支流库湾水域对总通量的贡献不可忽视.     

鼎湖山常绿针阔叶混交林CO2通量估算

鼎湖山通量站是中国通量网络(ChinaFLUX)中4个森林站之一,采用开路涡度相关方法,对南亚热带常绿针阔叶混交林进行生态系统尺度的CO₂通量长期定位观测．利用2003,2004年2整年观测资料,分析该生态系统CO₂通量时间变化特征及其受环境因子的制约关系．通过坐标转换、WPL订正和质量控制后,发现本通量站存在明显的夜间泄漏问题,因此采用Michaelis- Menten模型,利用白天(PAR>1．0μmol^-1 Photons·m^-2·s^-1)湍流充分条件-F(u*>0．2 m·s^-1)的通量资料,逐月拟合净生态系统CO₂交换NEE对光合有效辐射PAR的响应,利用拟合Michaelis-Menten方程得到的生态系统呼吸Reco,建立R_eco与5 cm土壤温度的指数关系,借此反演夜间呼吸．主要结论包括:(i)逐月拟合的光能利用效率a平均为0．0027(±0．0011)mgCO₂·μmol^-1 Photons,最大光合速率A_max平均为1．102(±0．288)mgCO₂·m^-2·s^-1,a与A_max季节性变化规律均不明显,表明林内旱季没有明显的缺水和低温胁迫存在,这与南亚热带常绿混交林叶面积指数(LAI)季节性变化较小的特点是一致的．（ii）生态系统呼吸月总量平均为95.3（±21．1）gC·mm^-2month^-1，约占生态系统总初级生产力GPP的68％．NEE月总量平均为-43．2（±29．6）gC·m^-2·month^-1，大部分月份NEE为负号，表明该生态系统全年均具有较强的碳汇功能．估算得到2003，2004年NEE总量分别为-563，-441．2gC·m^-2·a^-1，占GPP的32％．     

CO2浓度升高对稻田CH4和N2O排放的影响——Meta分析

CO₂浓度升高对稻田生态系统碳(C)氮(N)循环具有重要作用,阐明CO₂浓度升高对稻田CH₄和N₂O排放的影响是农业生产应对全球气候变化的重要组成部分.文章采用Meta分析的方法,讨论了不同CO₂浓度升高状况和田间管理措施条件下CO₂浓度升高对稻田CH₄和N₂O排放的影响,结果可为未来气候条件下稻田温室气体减排提供参考.结果表明:整体平均而言,CO₂浓度升高显著增加稻田CH₄排放(增幅为23%,P<0.05),同时显著降低稻田N₂O排放(降幅为22%,P<0.05).CO₂浓度升高对稻田CH₄和N₂O排放的影响程度与CO₂熏气年限和CO₂浓度梯度有关.CO₂熏气年限≥10a时,CO₂浓度升高同时显著降低稻田CH₄和N₂O排放,降幅分别为27%和53%(P<0.05);随CO₂浓度梯度上升,CO₂浓度升高对稻田CH₄排放的促进作用呈现先减弱后增强的趋势,而对稻田N₂O排放的影响则由促进作用变为抑制作用.不同N肥施用量、秸秆还田、水分管理和水稻品种等田间管理措施不同程度地影响稻田CH₄和N₂O排放对CO₂浓度升高的响应.无秸秆和半量秸秆还田时,CO₂浓度升高显著促进稻田CH₄排放(增幅分别为27%和49%,P<0.05),而全量秸秆还田时,CO₂浓度升高对稻田CH₄排放无显著影响(P>0.05);随秸秆还田量的增加,CO₂浓度升高对稻田N₂O排放的抑制作用不断增强.对比持续淹水,间歇灌溉条件下CO₂浓度升高减弱了对稻田CH₄排放的促进作用,却增强了对稻田N₂O排放的抑制作用.未来CO₂浓度升高条件下,建议推广全量秸秆还田和间歇灌溉相结合的稻田管理措施,并辅以优化N肥管理和选育"高产低排"水稻品种等方法,达到最优的"增产减排"效果.此外,有必要进行多尺度、多要素和多方法的综合研究,以期有效降低稻田CH₄和N₂O排放对CO₂浓度升高响应的不确定性.     

夏季金沙江下游水-气界面CO2、CH4通量特征初探

河流是连接大陆和海洋两大碳库的桥梁,在全球碳循环中的作用举足轻重.金沙江作为长江的上游段,对区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要.于2015年8月8-18日对金沙江下游水-气界面CO_2与CH_4通量特征进行监测与分析.采用顶空平衡法结合薄边界层模型估算法计算表层水体CO_2与CH_4的分压以及水-气界面的交换通量,并分析环境变量与其之间的相关性.研究发现,金沙江下游表层水体p(CO_2)平均值为2724.84±477.18μatm,表层水体p(CH_4)平均值为59.96±6.74μatm;水-气界面CO_2通量平均值为2.24±0.50 mmol/(m2·h),CH_4通量平均值为0.000163±0.00009 mmol/(m2·h),通量与分压趋势基本保持一致.表层水体p(CO_2)与溶解性无机碳浓度、碱度均呈显著正相关,而p(CH_4)与水温、叶绿素a浓度均呈显著正相关,CO_2通量与p(CO_2)、溶解性无机碳浓度、碱度均呈正相关,CH_4通量与p(CH_4)、风速均呈正相关,其他环境因素对通量的影响不明显,仍需进一步研究.金沙江下游水-气界面CH_4扩散通量较低,而CO_2扩散通量在世界主要河流中属于中等水平.     

三峡水库澎溪河消落区土-气界面CO2和CH4通量初探

水库近岸湿地(消落区)温室气体(CO₂、CH₄)产汇是水库温室气体效应问题的重要组成部分.本文以三峡水库支流澎溪河的白家溪、养鹿两处大面积消落区为研究对象,于2010年6 9月水库低水位运行期间,对近岸消落区土-气界面CO₂、CH₄通量进行监测.白家溪消落区土-气界面CO₂通量均值为12.38±2.42 mmol/(m²·h);CH₄通量均值为0.0112±0.0064 mmol/(m²·h).养鹿消落区CO₂、CH₄通量均值分别为10.54±5.17、0.14±0.16 mmol/(m²·h).总体上,6 9月土-气界面CO₂通量呈增加趋势,而CH₄通量水平呈现显著的递减趋势.消落区土地出露后植被恢复,在一定程度上促进了土壤有机质含量的增加,使得6 9月CO₂释放通量的总体趋势有所增加.消落区退耕后,其甲烷氧化菌的活性得到恢复,加之在土地出露曝晒过程中土壤透气性增强,使得消落区土壤对大气中CH₄吸收氧化潜势增强.尽管如此,仍需进一步的研究以明晰消落区土-气界面CO₂、CH₄产汇的主要影响因素.     

西安市地裂缝CO2异常特征及异常机理初步研究

本文论述了西安地裂缝0.5m和2.0m深处CO_2异常特征,并对其异常机理进行了初步探讨。结果表明,0.5m深处CO_2异常范围较大,与地裂缝造成的破坏范围基本一致,其CO_2主要来源于生物作用;2.0m深处CO_2异常范围窄,与主地裂缝的位置有很好的对应关系,其CO_2主要来源于断裂活动造成的碳酸盐岩破裂释气。     

河流水-气界面CO2脱气时间尺度变化研究进展

河流作为连接陆地和海洋碳库之间的通道,是全球内陆水体碳排放最主要的载体,在全球碳循环中发挥着至关重要的作用。全球河流水-气界面二氧化碳（CO₂）脱气显著的时间异质性特征研究有助于深入理解其碳循环过程与机制,也为准确评估碳通量以及完善碳循环模型提供了科学支撑。本文系统梳理了国内外的相关研究成果,总结了目前河流CO₂脱气通量在昼夜、季节以及多年尺度上的动态变化及其影响因素,指出其昼夜变化与季节变化存在一定的周期性,并对不同空间尺度上CO₂脱气通量的时间差异进行讨论。同时分析当前研究中的不足,认为缺乏河流二氧化碳分压（pCO₂）与CO₂脱气系数（k）高分辨率且长期连续的直接测量,限制了河流CO₂脱气通量时间尺度变化的周期性及相互之间关系的厘定,使得气候变化与人类活动对河流CO₂脱气时间动态的影响仍然难以量化与预测。最后,根据目前存在的问题,展望了未来的研究重点,为全球河流水-气界面碳循环过程与机制、模型研究提供新的思路与方向,以及可以更准确地评估和预测未来河流碳排放的变化趋势。     

基于人工神经网络的ChinaFLUX 观测站CO2模拟研究通量*

涡度相关技术的发展, 为准确获取区域尺度的CO₂通量分布格局提供了数据基础. 但由于涡度相关技术自身的局限性, 需要利用模型模拟作为获取区域CO₂通量的重要手段. 可是CO₂通量和其他微气象变量之间的非线性关系给模拟CO₂通量的时空动态变化带来了一定的困难.人工神经网络模型为模拟CO₂通量与其他微气象变量的非线性关系提供了一种新的手段. 在ChinaFLUX三个不同类型(农田、森林、草地)生态系统中, 基于2003年6~8月的半小时涡度相关观测数据, 采用BP人工神经网络模型, 以能量通量(净辐射、潜热、显热和土壤热通量)以及温度(空气温度、土壤温度)和表层土壤水分作为输入变量, 模拟了CO₂通量的动态变化. 结果表明, 人工神经网络模型具有较好的模拟结果, 其R2系数在0.75与0.866之间.RMSE在0.008 ?mol/m²与0.012 ?mol/m²之间, MAE在1.38 ?mol/m²与3.60 ?mol/m²之间, 其中农田和森林生态系统的模拟精度略高于草地生态系统.其次, 通过比较土壤水分要素是否参与模拟的结果表明, 在生长季期间, 不存在土壤水分胁迫的情况下, 土壤水分的参与并不能显著提供模型模拟的精度. 最后, 应用连接权重方法进行了神经网络模型不同输入变量的重要性分析, 指出神经网络模型不完全是一个黑箱模型, 也可以有效地揭示出某些机理性现象.该研究证明, 神经网络模型不仅可以有效地模拟CO₂通量, 也可以揭示出一些机理现象, 为通过涡度相关观测与遥感反演技术的集成途径, 利用已获取的区域尺度能量通量数据, 模拟分析区域尺度的CO₂通量分布格局提供了一种有效的方法.     

广东新丰江水库表层水体CO2分压及其影响因素

于2012年7月和2013年1月定点采集新丰江水库表层水样,测定水样的理化及生物学参数,计算水体中二氧化碳分压(p(CO_2))大小并分析其时空变化,探讨新丰江水库p(CO_2)的影响因素及其CO_2源/汇机制.结果表明:丰水期p(CO_2)变化范围为16~3545μatm,均值为999μatm,从水库上游到坝前p(CO_2)逐渐升高;枯水期p(CO_2)变化范围为399~1355μatm,均值为756μatm,从水库上游到坝前p(CO_2)呈下降趋势.丰水期p(CO_2)受温度影响较小,与营养盐(NO-3、DSi)浓度呈正相关,与叶绿素a(Chl.a)、溶解有机碳(DOC)浓度呈负相关,与溶解无机碳(DIC)浓度没有明显相关性;枯水期p(CO_2)受温度影响也较小,受碳酸盐体系的影响,与NO-3、DSi、Chl.a、DIC浓度呈正相关,与DOC浓度没有明显相关性.新丰江水库相对于大气来说是一个通量值偏低的CO_2源.     

粤东五华河流域的化学风化与CO2吸收

基于对粤东五华河干流和支流水体的物理、化学组成测试数据,应用质量平衡法和相关分析法探讨湿热山地丘陵地区岩石化学风化过程对大气CO₂的吸收.结果表明:五华河水体的总溶解性固体含量(77.11 mg/L)接近于世界河流的平均值(65 mg/L);离子组成以Ca²⁺、Na⁺和HCO₃^-为主,可溶性Si次之.五华河流域化学径流组成主要源自硅酸盐矿物化学风化过程的贡献,碳酸盐矿物的贡献较少;大气和土壤CO₂是流域内岩石化学风化的主要侵蚀介质.与同一气候带其他河流相比较,五华河流域岩石化学风化过程对大气CO₂的吸收通量(2.14×105mol/(km²·a))较低,这主要是由于流域内缺乏碳酸盐岩所导致.     

三峡水库澎溪河水-气界面CO2、CH4扩散通量昼夜动态初探

三峡水库温室气体效应近年来备受关注.为揭示三峡水库典型支流澎溪河水-气界面CO₂和CH₄通量的昼夜动态规律,明晰短时间尺度下该水域温室气体释放的影响因素,在2010年6月至2011年5月的一个完整水文周年内,选择4个具有代表性的时段(2010年8、11月和2011年2、5月)对澎溪河高阳平湖水域开展昼夜跟踪观测.结果表明:2010年8、11月和2011年2、5月4次采样的CO₂日总通量值分别为-8.34、73.94、28.13和-20.12 mmol/(m²·d),相应的CH₄日总通量值分别为2.22、0.11、0.32和7.16 mmol/(m²·d),不同时期昼夜变化明显.研究水域CO₂和CH₄通量过程不具同步性:CO₂昼夜通量变化可能更显著地受到水柱光合/呼吸过程的影响,但瞬时气象过程(水汽温差、瞬时风速等)在高水位时期亦可对CO₂通量产生显著影响;CH₄昼夜通量变化与水温条件改变更为密切.     

1998年怀来后郝窑断层气CO2变化特征分析

分析了１９９８年怀来后郝窑测点断层气ＣＯ２变化特征及其与影响因素地温和降雨的关系。一般情况下该测点ＣＯ２变化与地温呈正相关。讨论了导致该测点断层气ＣＯ２变化与地温呈负相关的原因。认为３月～６月初该测点ＣＯ２测值与地温呈反向变化是张北－尚义６．２级地震的后效;６月中旬至９月中旬的反向变化是由于降雨过多引赵的,介绍了１９９９年１月２９日内蒙古锡林浩特５．２级地震及３月１１日张北５．６级地震前后该测点断     

典型农业流域不同类型池塘水体CO2排放特征

内陆水体是大气CO₂收支估算的重要组成部分。农业流域分布着大量池塘景观水体,且具备蓄洪抗旱、消纳污染、水产养殖等多种功能。但是,农业流域不同功能的小型池塘CO₂排放特征尚不清楚。本研究以极具农业流域代表性的烔炀河流域为研究对象,选取流域中用于水产养殖(养殖塘)、生活污水承纳(村塘)、农业灌溉(农塘)、蓄水(水塘)的4个功能不同的景观池塘,基于为期1年的野外实地观测,以明确农业流域小型池塘CO₂排放特征。结果表明,不同功能池塘水体CO₂排放差异显著,受养殖活动、生活污水输入和农田灌溉等人类活动影响,养殖塘((80.37±100.39) mmol/(m²·d))、村塘((48.69±65.89) mmol/(m²·d))和农塘((13.50±15.81) mmol/(m²·d))是大气CO₂的热点排放源,其CO₂排放通量分别是自然蓄水塘((4.52±23.26) mmol/(m²·d))的18、11和3倍。统计分析也表明,该流域池塘CO₂排放变化总体上受溶解氧、营养盐等因素驱动。4个不同景观池塘CO₂排放通量全年均值为(37.31±67.47) mmol/(m²·d),是不容忽视的CO₂排放源,其中养殖塘和村塘具有较高的CO₂排放潜力,在未来研究中需要重点关注。     

陇县—宝鸡断裂带CO2气体地球化学特征及成因

陇县—宝鸡断裂带位于青藏块体东北缘,属于鄂尔多斯块体西南缘弧形断裂束的最南段。为对比分析该断裂带的分段活动性强弱特征,利用断裂带逸出气CO₂的地球化学特征进行反演。布设6条跨断层土壤气CO₂测线,进行2期测量,共计获取150个土壤气CO₂组分浓度,计算了气体的相对活动强度;收集了60件CO₂气体样品,测试了其碳同位素组成。结果表明：岐山—马召断裂的气体活动强度（1.56～2.70）比固关—虢镇断裂的气体活动强度（1.73～1.75）大,且岐山—马召断裂上的CO₂碳同位素组成比固关—虢镇断裂上的CO₂更靠近深部物质端元。位于南段的岐山—马召断裂的地下构造连通性较好,断裂闭锁程度较低,而位于北段的固关—虢镇断裂气体活动性较弱,闭锁程度较高,未来发生地震的危险性较高。     

CO2浓度升高对浮游藻类元素化学计量值的影响

通过梅梁湾和东太湖的四季原位实验,研究CO_2浓度升高对不同营养水平淡水生态系统中浮游藻类C、N、P元素计量值的影响.实验设置了270、380和750 ppm共3个CO_2浓度,分别代表工业革命前、当前和IPCC预测的21世纪末的CO_2浓度.结果表明梅梁湾水体营养盐浓度在四季均高于东太湖水体营养盐浓度,但梅梁湾原位实验中浮游藻类C、N、P含量却普遍低于东太湖原位实验中浮游藻类营养元素含量,并且前者在季节上变化更大.CO_2浓度升高使梅梁湾原位实验中浮游藻类C∶P比明显增加,N∶P比略有增加,这种增加归因于藻细胞内C、N含量的升高,而东太湖浮游藻类化学计量值对CO_2浓度变化的响应不显著.因此浮游藻类元素化学计量值对CO_2浓度变化的响应程度与水体营养盐的绝对浓度无关,而与浮游藻类的生长是否受营养盐限制有关,只有当藻类生长受到水体营养盐浓度限制时,CO_2浓度升高才会显著改变其元素组成.