工业生产和人类活动释放的大量CO2 是造成全球性气候变暖的主要诱因.气候变暖往往伴随着极端恶劣天气的发生,对人类的生活、财产和基础设施构成严重威胁.为了减轻由此产生的负面影响和应对全球变暖,各国纷纷设定了碳达峰和碳减排目标,并致力于对CO2 进行固定和资源化利用.海洋等鞭金藻(Isochrysis galbana)具有生长速度快和固碳效率高的特点,集成废/污水处理和生物固碳,转化合成蛋白质、多不饱和脂肪酸等多种高值生物活性物质的等鞭金藻固碳技术,被认为是最有前途的碳捕获和资源高值化利用的技术之一.本文首先介绍和比较了常用的CO2 捕获技术的优缺点,强调基于等鞭金藻的碳捕获技术的适用范围和固碳效率的优势.其次阐明了海洋等鞭金藻光合固碳机制及其与卡尔文循环、三羧酸循环等代谢通路的联系;探讨光和CO2 对微藻固碳能力和胞内碳流分布的影响,探究培养条件、光生物反应器、基因工程/合成生物学技术改造藻株等影响等鞭金藻固碳效率的因素.最后,概述了等鞭金藻光合固碳与岩藻黄素、多不饱和脂肪酸、蛋白质等高值生物活性物质合成的关系,为精深加工、开发高值化等鞭金藻提供理论和实践依据,推动等鞭金藻固碳技术的发展和应用,协同推进节能减排,为助力实现"双碳"目标提供一条经济可行的新策略.

为评估辐射、积温、降水和气候资源变化对甘肃农牧交错带玉米气候资源利用效率的影响,基于研究区45 个气象站点1971-2020 年玉米生育期内气象资料,结合玉米生育期数据,利用作物生产潜力逐级订正模型和指数化处理方法对研究区玉米气候生产潜力损失率以及光能、热量、降水和气候资源综合利用效率的变化特征进行分析.结果表明:研究期间,甘肃农牧交错带玉米生育期内太阳总辐射量以-22.03 MJ·m-2·(10 a)-1的速率呈波动下降趋势,≥11℃积温以 60.89℃·(10 a)-1的速率呈显著上升趋势,降水量以2.05 mm·(10 a)-1的速率呈缓慢上升趋势.甘南地区和陇中北部地区分别因温度和降水限制导致玉米气候生产潜力损失率较高,陇东大部分地区玉米气候生产潜力损失率较低;除中部地区和陇东部分地区外,研究区其他地区因温度和降水限制导致的气候生产潜力损失率分别以-2.0%·(10 a)-1和-0.6%·(10 a)-1的速率呈下降趋势.陇中北部、南部以及甘南部分地区为光能和热量资源利用效率的低值区,甘南地区为降水资源利用效率的低值区,兰州市和白银市气候资源综合利用效率较低,分别为0.41 和 0.47;陇东地区最适宜玉米种植,该地区4 种气候资源利用效率均最高,然后依次为甘南和陇中地区;研究区光能、热量、降水以及气候资源综合利用效率的平均倾向率均呈上升趋势,分别为 0.1%·(10 a)-1、0.07 kg·hm-2·℃-1·d-1·(10 a)-1、1.17 kg·hm-2·mm-1·(10 a)-1和0.05·(10 a)-1,表现出玉米增产的良好潜力.

为揭示气候变暖对我国亚热带地区人工林生态系统细根动态过程的影响,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站开展成熟杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林野外原位土壤增温实验,采用内生长环法探究增温在不同季节对成熟杉木人工林细根生长量、形态及生理代谢特征的影响.结果表明:与对照相比,在雨季,增温处理使得0-1 mm细根生长量及细根(0-2 mm)总生长量显著增加109.9％和78.2％,0-1 mm细根比根长(SRL)和可溶性糖含量显著增加28.8％和41.5％,而细根比呼吸速率(SRR)和淀粉含量显著降低64.1％和15.9％;在旱季,增温处理使得0-1和1-2 mm细根生长量及各形态指标均无显著变化,而0-1 mm细根SRR、1-2 mm细根淀粉和非结构性碳水化合物(NSC)含量显著降低60.7％、43.9％和14.2％.因此,在未来气候变暖背景下,中亚热带地区成熟杉木人工林具有较强的适应能力.雨季,成熟杉木人工林可能通过增加细根SRL,吸收更多资源并促进淀粉向可溶性糖的转化来维持正常生理活动以促进细根生长来响应增温.旱季,成熟杉木人工林则采取降低细根SRR、减少体内养分消耗并增加对NSC的利用,提高水分运输效率以维持细根正常生长的策略来响应增温;而调整细根SRL、比表面积和根组织密度可能不是其响应增温的主要策略.

蓝绿空间作为城市绿色基础设施的重要组成部分,对促进城市热环境健康、改善局地微气候具有重要作用.利用Landsat 8遥感影像、土地利用等数据,基于辐射传输方程算法、K均值聚类算法、相关性分析等方法,量化了典型的高密度中心城区——北京五环快速路以内地区的1199块1hm2以上的蓝绿空间冷岛效应的表征指标,并分析与蓝绿空间规模、形状复杂度、景观组成、环境组成、植被覆盖等要素的相关关系,还根据蓝绿空间的不同降温特性进行分类,探讨每类蓝绿空间在缓解高密度中心城区热岛效应中的独特作用、优势与机制.结果表明:(1)蓝绿空间的规模、形状复杂度、景观组成等景观要素与冷岛效应的关系显著,如总面积、绿地面积和水体面积与降温幅度、降温范围、降温服务呈显著正相关,与降温效率和降温速率呈显著负相关;周长与降温范围、降温服务呈显著正相关,与降温效率和速率呈显著负相关;周长面积比与降温幅度和降温服务呈显著负相关,与降温效率和蓝绿空间自身温度呈显著正相关,而形状指数则与降温范围和降温服务呈显著正相关.(2)蓝绿空间的环境要素与冷岛效应也存在相关关系.蓝绿空间之间会产生冷岛效应的协同与促进现象,蓝绿空间降温范围内的其他蓝绿空间的总面积与该蓝绿空间的降温幅度、降温范围、降温服务和辐射距离呈显著正相关,与蓝绿空间自身温度呈显著负相关.(3)蓝绿空间的总面积、水体面积、周长与降温幅度之间,周长面积比与降温效率之间存在阈值,为节约土地资源、保证降温效果,建议不应过多超过阈值.(4)基于蓝绿空间在降温幅度、效率、辐射距离等方面的差异,将蓝绿空间划分为4类.高密度中心城区蓝绿空间规划建设应充分评估区域降温需求,了解蓝绿空间降温现状,合理配置具有不同降温特性和优势的蓝绿空间,在土地和资金有限的情况下,充分发挥各类蓝绿空间的冷岛效应.本研究有助于政府和规划师摸清当前蓝绿空间冷岛效应的现状、问题和发展潜力,对理论和实践具有一定参考意义.

海洋和海岸带可以为人类提供多种生态系统服务,保护与持续利用海洋资源以促进海洋和海岸带可持续发展已被正式纳入联合国可持续发展目标.实施海洋可持续发展目标面临几大挑战,包括如何减小陆基人类活动的影响、加强海岸带的综合管理、提高海洋资源效率、适应气候变化和提高沿海居民的人类福祉等.为应对这些挑战,需要将海洋和海岸带融合为一个大型生态系统,利用基于生态系统的管理方法,综合考虑各个部门和多种胁迫因素的累积影响,通过建立综合的海洋观测体系,合理划分海洋功能区,按照海洋环境承载力限制陆基人类活动,合理配置并有效利用海洋资源,提升海洋和海岸带生态系统的整体服务功能,从而进一步推进实施海洋可持续发展目标.

跳跃变异是全球气候变化背景下水文过程发生剧烈变异的重要表现形式,其准确识别对认识水文过程发生的变化及开展实际水文水资源工作具有重要意义.针对目前传统方法在样本两端有时检验结果不可靠、多种方法检验结果常常不一致等问题,本文通过对常用的12种变异点检验方法对比研究,基于赋权方式提出了水文跳跃变异综合加权识别方法,并利用Monte-Carlo统计试验验证了该方法的可靠性.结果表明:12种跳跃变异检验方法的效率受变异点前变差系数(Cv)、变异点前偏态系数(Cs)、均值变幅系数、Cv变幅系数、Cs变幅系数等因素的影响较大,但与序列均值无明显关系.以各方法的性能差异为基础,基于统计试验结果对各检验方法赋予权重.其中,滑动秩和检验法和滑动游程检验法的权重最高,RS检验法的权重最低.通过赋权方式,可以在各方法检测结果不一致时选取综合权重最大的变异点作为最终结果.将该方法应用于澜沧江下游戛旧年径流极大值(1日、3日、5日、7日、1月)序列进行分析,结果显示各个序列均在2004年发生了明显跳跃变异,且与该流域水文过程变化、水利工程建设等物理成因十分吻合,验证了该方法的合理性和可靠性.

生态系统水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是衡量碳水循环耦合程度的重要指标,估算安徽省农田生态系统的WUE并分析其时空变异规律,探究其影响因素,对该区域农田水资源的科学配置和合理利用有着重要的意义.基于MODIS遥感数据和气象数据,分析安徽省近15年农田WUE的年际、年内时空变化特征以及与气候因子的关系,研究表明:(1)2000-2014年间安徽省农田WUE的变化范围为1.38-1.66 gC mm-1m-2,多年均值为1.54 gC mm-1 m-2,整体上农田WUE年际呈现增长变化趋势,变化率为0.011 gC mm-1 m-2;具有较强的空间分异性规律,整体上呈现北高南低趋势,淮河以北各市的农田WUE较高,高于全省多年均值,淮河以南地区的农田WUE则低于全省水平.(2)安徽省农田WUE的年内变化呈现双峰型变化格局,具有明显的季节性差异,表现为春季＞秋季＞夏季＞冬季;以淮河为界,南北各市变化趋势略有不同,淮河以南地区的最大值在4月份,淮河以北则以3月份为最高.(3)安徽省农田WUE动态变化受到气候因子降雨影响的区域占比17.14％;气温影响的区域占比0.73％;降雨和气温综合影响所占0.71％,而农田WUE与气温和降雨影响均不显著的区域占比为81.42％;因此,气候因素中降雨在安徽省农田WUE的变化中起主导作用,由于人为因素的干预,非气候因素对农田WUE变化的影响更大.

随着全球气候变化的日趋加剧,动物对环境变化的反应模式和机制引起了越来越多研究者的兴趣(Canale and Henry,2010).能量的获取与消耗是动物生存的关键,同时也是维持体重平衡的关键(Wang etal.,2003).消化系统表型可塑性是动物个体的适应性特征,能帮助它们应对食物资源的变化,从而满足营养和能量摄入的需求(Bonin et al.,2016),对动物营养的获取和能量的利用效率有重要的影响(Derting and Noakes,1995).

生态水分利用效率(water use efficiency,WUE)是碳-水循环的重要参数之一,明晰其时空演变特征对水资源短缺地区生态系统的健康发展具有重要的意义.海河流域水资源短缺是区域农业发展的重要制约因素,基于遥感、气象数据,利用趋势分析、相关分析等方法分析了海河流域2000-2014年总初级生产力(gross primary productivity,GPP)、蒸散量(evapotranspiration,ET)及WUE的时空分布特征,并识别WUE对降水、气温及干旱的响应.研究结果表明:(1)时间上,GPP和ET的变化趋势不显著,WUE呈现显著的增加趋势,增速为0.0185 gC/kg H2O a-1(R2=0.6299,P＜0.01);(2)空间上,WUE和GPP均呈现从东南向西北减小的趋势,高值区主要分布在华北平原农业生态区和京津唐城镇与城郊农业生态区.从变化趋势来看,黄土高原农业与草原生态区的GPP和WUE上升趋势最大;(3)植被类型中,农田的WUE值最高,草地的WUE最低,农田、有林草原和草地均呈现显著的增加趋势(P＜0.05);(4)影响因素上,降水对WUE的影响最大,WUE由降水、干旱和气温控制的区域分别占整个流域植被面积的44.44％、39.23％和16.01％.

选取晋北农牧交错带1961-2016年19个气象站点逐日气象资料以及1981-2016年5种粮食作物发育期观测资料,采用作物生产潜力逐级订正法,分析不同作物各级生产潜力分布特征,并基于各级生产潜力变化倾向率建立统计模型,分析辐射、气温、降水等气候要素变化对气候生产潜力的影响.结果表明:1961-2016年,晋北各作物光温生产潜力空间分布特征为:玉米、谷子、高粱和大豆东高西低,马铃薯空间分布差异较小;各作物气候生产潜力空间分布特征为:玉米、谷子和高粱东南高西北低,马铃薯东西高中部低,大豆空间分布差异较小;气候要素变化对不同作物气候生产潜力的影响不同,辐射变化对5种作物气候生产潜力的影响为负效应;气温变化对大部分地区喜温作物(玉米、大豆、谷子和高梁)气候生产潜力的影响为正效应,对喜凉作物马铃薯的影响是负效应,气候变暖对改善晋北地区热量不足有利;降水变化是影响晋北作物气候生产潜力变化出现明显空间差异的主要因素,降水减少对于东北部降水偏少地区的影响为负效应,而对于南部降水较多地区未表现负效应,降水基本满足作物生长需要;为适应当前气候变化,需加强高光合效率和抗旱作物品种的选育,合理密植,调整播期,优化农业布局,因地制宜地推广农业集雨灌溉和农业节水灌溉技术,以提高农业气候资源利用率,促进粮食作物稳产高产.