光伏+生态修复的能源化矿山生态修复模式为纾解光伏发展用地困境、解决大面积矿山废弃地亟待修复的需求提供了突破口.本研究以辽宁省中部某矿区为例,构建林光互补、农光互补和草光互补3种光伏+矿山生态修复模式,结合生命周期评价方法,核算光伏发电系统碳减排量和生态系统增汇量,评估光伏+矿山生态修复的减碳增汇潜力.结果表明:光伏+矿山生态修复模式下,矿山年均减碳增汇量为514.93 t CO2 hm-2,每兆瓦光伏电站年均减碳量为1242.94 t CO2.该矿区若采用光伏+生态修复模式,25年计入期内减碳增汇总量630.43～779.24万t CO2.光伏+矿山生态修复模式的减碳增汇量主要源于光伏清洁发电产生的碳减排,占比96.4％～99.4％,生态系统增汇量贡献较小,仅占总量的0.6％～3.7％.光伏+不同修复模式下的减碳增汇潜力不同,其中,林光互补减碳增汇潜力最大(711.89万t),其次为农光互补(704.07万t),草光互补减碳增汇潜力最小(697.98万t).构建"光伏+矿山生态修复"模式可有效发挥光伏发电的减碳及矿山生态修复的增汇双重效益,助力我国碳中和目标实现.

在全球气候变暖的背景下,土壤在减缓气候变化中的巨大潜能逐渐被人们所重视.农田是受人为因素影响较大又可在较短时间内调节的生态系统,其土壤碳汇能力的充分发挥将有助于减缓全球气候变暖的趋势.文章通过梳理大量已发表文献,综述了中国农田土壤有机碳库自 20世纪 50年代以来的演变特征,指出中国农田土壤 1950-1980年期间以丢碳为主,1980年以后经过农业管理措施的改变,有机碳含量逐渐提升.总结了中国农田固碳潜力相关研究,虽然不同估算方法的出的结果存在一定差异,但总体来看中国农田土壤有较大的固碳潜力.分析了农田土壤有机碳库的影响因素,虽然气候因素和土壤理化性质的差异能对农田土壤有机碳库造成影响,但农业管理措施才是农田土壤有机碳含量产生变化的关键.指出了中国农田土壤有机碳库研究方面存在的问题以及今后的发展方向,为气候变化背景下中国农田土壤碳减排提供了新的参考与借鉴.

中药固体废弃物是指在中药资源产业化过程中产生的未被开发利用的中药资源生物体废弃组织器官及中药废渣等.随着社会经济的快速发展和对健康产品消费能力的不断提升,中药固体废弃物的产生量逐年升高,环境承载压力巨大.如何实现中药固体废弃物的有效处置与资源化利用已成为构建中药资源产业绿色发展过程中—个不可回避的问题.生物炭是生物质在缺氧条件下,经高温裂解炭化而形成的一种碳含量较高的物质,其在粮食安全、环境保护、农业可持续发展及固碳减排方面均具有较大应用潜力.本文在对生物炭制备方法及其应用前景进行分析的基础上,依据中药固体废弃物的资源特点,就其热解炭化利用策略进行了探讨,并以部分代表性中药固体废弃物为例进行了研究实践,以期为实现中药固体废弃物的资源化利用与有效处置提供支撑,为构建我国中药资源循环经济产业链、实现中药资源产业的绿色发展提供实施依据.

气候变暖及粮食安全是保证人类可持续发展的重要课题.生物炭具有较高的稳定性、较高碳含量等特点,能增加土壤碳储量,提高土壤物理及化学性质,提高农田产出,能应对高温胁迫及土壤退化双重压力,具有一举多赢的生态环境效益,在缓解温室效应及粮食危机方面展现出巨大的潜力.综合前人研究成果,分析了生物炭固碳减排潜力及农田效应影响因素(包括:生物炭原料、制备温度、施用量、土壤类型等).综合固碳减排及提高产出两方面因素,提出了较合适的生物炭施用标准,即300-700℃制备的农林废弃物生物炭,且施用量不超过5％.对生物炭固碳减排及田间效应领域未来的研究方向进行了展望.

光合生物制造技术是指以光合自养生物为底盘,通过光合固碳过程,将太阳能和二氧化碳直接转化为生物燃料和生物基化学品的全新生物制造模式.发展光合生物制造技术可以同时实现固碳减排和清洁生产.蓝细菌是极具潜力的微生物光合底盘,也为光合生物制造技术开发高效的光驱固碳细胞工厂提供了重要平台.着眼于未来的规模化应用需求,蓝细菌光驱固碳细胞工厂需要在物质能量转化效率、工业过程中的生长和生产稳定性以及与工程过程的适配性这三方面进一步提升.现从光能的捕集和利用、碳源的固定和转化、逆境胁迫的适应以及工程过程的适配这四个角度,介绍了如何应用合成生物学工具和策略,人工设计、开发进而优化蓝细菌光驱固碳细胞工厂,以满足光合生物制造技术大规模应用的需要;最后,总结、介绍了本领域的最新研究进展,并对未来发展方向进行了展望.

生物炼制技术体系是缓解能源和环境危机,推动社会可持续发展的重要选择,而充足的糖原料供应是生物炼制的基础.蓝细菌光驱固碳合成蔗糖是一种潜力巨大的新型糖原料供应路线.基于高效的蓝细菌光驱固碳细胞工厂,可以在单平台上以太阳能为驱动将二氧化碳和水直接转化为蔗糖,过程简单、产品明确、易于提取,而且可以同时达到固碳减排和供应糖原料的效果,具有重要的研究和应用价值.本文回顾了蓝细菌光驱固碳合成蔗糖技术的发展现状,从合成机制、代谢工程策略、技术延伸应用等层面对其最新进展和所遇到的问题进行了总结介绍,并对该技术未来发展方向进行了展望.

山东省桓台县作为江北第一个“吨粮县”,1980年以来农业集约化得到了快速发展.随着燃料需求的减少以及畜牧养殖与作物生产的分离,作物秸秆处理已日益成为当地农民和技术人员面临的巨大挑战.该地区冬小麦和夏玉米秸秆从1980年开始,还田比例逐步增加,到2010年两季秸秆接近全部还田.我们查阅年鉴数据,结合长期定位试验,收集相关数据计算和分析桓台地区1980-2014年期间的作物和秸秆产量、秸秆养分含量、土壤养分及有机碳状况、温室气体排放和氮淋溶等,并对秸秆还田的农田生态效应进行系统评估.研究发现,到2014年,两季秸秆还田对N、P、K养分的贡献率(即还田秸秆养分量与还田秸秆和肥料养分总量的比值)分别为19.3％、15.8％和59.8％.随着秸秆还田量的增加,土壤有机碳(SOC,0-20 cm)含量从(7.8± 1.6) g/kg(1980年)增加到(11.0±2.3) g/kg(2014年),土壤碱解氮、速效磷和速效钾分别提高了134.0％、138.5％和62.2％.秸秆还田可以降低农田氮素损失,2010年代全县县域内减少温室气体排放量为24528Mg CO2-eq a-1,氨挥发和氮淋溶分别减少156.4 Mg N hm-2和287.4 Mg N hm-2.综上,秸秆还田能显著改善农学和环境效益,提高土壤固碳减排潜力,降低氮素投入量并减少氮素损失.今后农业生产中,在直接还田基础上,秸秆综合利用可以进一步优化(如进行堆肥或替代畜牧饲料等),从而增加秸秆还田的经济和环境效应.

生物炭是生物有机材料在缺氧或限氧条件下经高温热裂解后生成的固体产物,在固碳减排、污染修复、土壤改良等方面具有较大的应用潜力.研究表明,生物炭在植物病害胁迫中也起重要的抗性作用.综述了国内外关于生物炭缓解植物病害的相关研究,重点介绍了生物炭在降低病害和提高植物抗性方面的作用机理.生物炭通过诱导植物增强系统抗性,改良土壤理化特性,改变土壤微生物群落结构,增加土壤有益微生物类群的丰度和活性,吸附病原菌及其产生的有毒物质等来降低病原菌对寄主植物的侵害作用,从而促进植物生长和增强植株抗病性.生物炭对病害的抗病效果与生物炭的原料类型、用量、土壤及病害类型等有关.未来的研究应重点应围绕“生物炭-土壤-植物病害”体系,借助组学手段,深入研究生物炭介导植物病害的分子机理.

不可再生能源的消耗使得能源危机日益加剧,研究和开发新的可再生能源刻不容缓,其中清洁型、环保型能源的使用在调整能源结构的同时还能够大幅减少对环境的负面影响,世界许多国家都开始关注可再生能源的开发利用.生物质能源是唯一的可再生碳源,其储存运输方便、生产周期短、产生的污染物少,它的开发与利用不仅能够缓解能源危机,并且可以改善现代社会对化石能源的过度依赖.光合微藻生长速度快、培养条件简单、光合效率高,且具有固碳减排、缓解温室效应等诸多优点,是开发潜力较大的生物质能源原材料.本研究对光合微藻生产生物柴油的前期菌种开发及后期培养模式优化、光合微藻制备乙醇的多种方式和光合微藻在燃料电池中的应用进行了概述,对光合微藻生物质能源工业化的研究方向和部分成果进行总结分析,旨在剖析光合微藻资源利用的优势与价值,以及发展光合微藻生物质能源的困境与出路.

探讨不同秸秆还田量和氮肥量配施对辽西北半干旱区玉米田土壤CO2排放的影响,可为固碳减排和黑土地保护计划的实施提供理论支撑.本试验主区设置3个秸秆还田水平,分别为3000(S1)、6000(S2)和9000 kg·hm-2(S3,秸秆全量还田);副区设置3个氮肥施用水平,分别为105(N1)、210(N2,常规施氮量)和420 kg N·hm-2(N3),另设置不施氮肥不添加秸秆的对照处理(CK),共10个处理.采集定位试验4年后玉米田间土壤,通过培养试验,探究不同处理对玉米田土壤CO2排放的影响及CO2排放与土壤溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的关系.结果表明:秸秆还田和氮肥施用均会促进玉米田土壤CO2排放,并随秸秆还田量和施氮量的增加而显著增加,其中氮肥施用是促进玉米田土壤CO2排放的最主要因素;秸秆还田与氮肥配施通过促进微生物生物量增加并加剧DOC消耗来促进玉米田土壤CO2排放;MBC和DOC含量显著刺激玉米田土壤CO2排放,且主要受两者培养前期含量的影响.从保障秸秆还田培肥地力同时减少CO2排放的角度考虑,210 kgN·hm-2常规施氮量与6000 kg·hm-2秸秆还田配合施用(N2S2)是本试验条件下辽西北半干旱区最有潜力的田间施肥模式.