《青岛能源所揭示浒苔绿潮对近海惰性溶解有机碳库的潜在长期遗留效应》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-08-12
  • 全球最大规模的浒苔绿潮在我国黄海已连续暴发十多年,成为我国面临的一个严重海洋生态灾害。科学家们通过10多年系统研究,对黄海绿潮的暴发起因和规律已有了较充分了解,同时在绿潮防控措施研究方面也取得了较大成效。然而目前对绿潮消亡后的遗留效应这一重要生态环境问题却缺乏深入了解。

      绿潮暴发时浒苔藻体吸收大量二氧化碳和营养盐而快速繁殖,最旺盛时期藻体分布面积高达5.7万多平方公里。而当绿潮消亡时,上百万吨浒苔来不及打捞而下沉至海底。这些下沉的藻体将在微生物和其它生物、物理、化学等因素作用下发生降解,并对近海生态环境产生显著影响。例如短期内引起近海微生物丰度的迅速升高,并出现海水低氧、酸化等现象发生(Zhang et al., 2019),但目前对长期时间尺度上绿潮的遗留效应却仍不清楚。

      基于此,青岛能源所张永雨研究员带领的海洋碳汇与能源微生物研究组与中国石油大学、厦门大学等单位合作,开展了长达520天的浒苔降解实验,系统阐述了绿潮消亡后可能对近海DOC碳库及微生物群落的长期遗留效应,并解析了浒苔藻体有机碳的归宿问题。相关研究成果发表于环境领域权威期刊《Water Research》(Chen et al., 2020)。

      研究结果发现浒苔藻体降解是个长期过程,期间DOC的释放和微生物群落呈现显著阶段性变化特征。DOC快速释放主要发生在第1周内,海水也伴随出现显著的缺氧和酸化特征。之后近1年半时间内,微生物驱动DOC从容易被降解的活性碳向极其稳定的惰性碳的逐渐转变,最终形成了可在海水中长久储存的惰性溶解有机碳(RDOC)。浒苔降解过程中微生物群落不断演替,群落代谢特征也从最初以多糖降解功能为主,逐渐转变为以芳香族或烷烃类物质降解功能为主。

      该研究表明浒苔绿潮的遗留效应能够长期存在,被微生物转化的RDOC约占浒苔藻体有机碳的1.6%,暗示连年暴发的浒苔绿潮对近海RDOC库具有潜在的累积效应。

      该研究得到了国家重点研发专项、国家自然科学基金、中国科学院海洋大科学中心重点部署项目等的资助。

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  • 《青岛能源所揭示近海除草剂污染现状及其潜在影响》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
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    • 随着全球粮食需求量的迅速扩张以及城市化进程的加快,除草剂在农业生产、城市绿地、以及交通道路建设等方面普遍存在过量施用现象。如今,除草剂的全球年销量高达数百亿美金。除草剂作为一种有毒物质,很多国家的陆地河流或地下水曾报道过较严重的除草剂污染问题。然而百川入海,大量污染物最终会进入海洋,但目前人们对海洋中的除草剂污染现状极少了解。一半以上的除草剂是光合作用抑制剂,其在高浓度下可对浮游植物(或微藻)的光合生理产生严重负面作用。海洋中的浮游植物贡献了全球近一半的绿色植物光合作用,它们不仅是海洋食物链的基础,也是海洋固碳和海洋生地化循环的重要驱动者。海洋浮游植物生理生态特征的改变会影响海洋生态系统的稳定和物质能量循环过程,乃至影响全球气候。      青岛能源所张永雨研究员带领的海洋碳汇与能源微生物研究组首次对10种常用三嗪类除草剂的近海分布情况在黄海和渤海开展了大范围调查,结果显示目前近海除草剂污染现状已不容忽视,部分站位10种三嗪类除草剂的总环境浓度高达6.6 nmol L-1。因同类型的除草剂往往具有毒性累加效应,与该总环境浓度等效毒性的除草剂—阿特拉津显著抑制了硅藻细胞(Phaeodactylum tricornutum Pt-1)的光合(约57%的光合基因显著下调)与碳代谢功能(如卡尔文循环、三羧酸循环、糖酵解途径等),导致藻细胞叶绿素a荧光强度减弱约13%,光能转化效率显著降低,部分藻细胞出现破裂死亡现象。同时,研究发现藻细胞对除草剂具有较强的富集作用,藻细胞中的除草剂浓度是自然海水中除草剂浓度的70~119倍。   本研究针对近海除草剂污染现状的大范围调查在我国尚属首次,结果提示未来随着全球除草剂使用量的不断增加,除草剂污染可能会对近海初级生产与近海生态系统稳定产生较严重的负面影响,此外,因藻细胞对除草剂具富集作用,若通过食物链向高营养级生物级联传递,甚至可能最终会影响到人类餐桌上的海产品安全。相关成果发表于环境领域权威期刊Environment International。该研究获得了科技部重点研发专项、国家自然科学基金和中国科学院海洋大科学中心“科学号”高端用户等项目支持。
  • 《青岛能源所揭示钙钛矿溶液的老化过程及解决方案》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-03-19
    •  在过去的十年里,钙钛矿太阳能电池技术高速发展,其最新的认证光电转化效率高达25.2%。钙钛矿太阳能电池的效率很大程度上取决于钙钛矿光活性层的结晶质量,这也是溶液法制备钙钛矿薄膜所需考虑的首要问题。   在溶液法制备钙钛矿薄膜前,需要一定的温度和搅拌来确保前驱体充分溶解,在将来的工业化生产过程中,这个过程可能更长。因此,我们需要钙钛矿前驱体溶液成分保持稳定。对甲胺铅碘单一体系,只要溶液体系足够密封,材料本身还是非常稳定的。而当溶液体系中甲胺和甲脒共存的情况下,溶液的衰变尤为明显,造成的结果是我们需要在每次做器件前配置新鲜的溶液,这不仅给器件研究工作带来了繁琐性,也带来了很大的不可控性,已成为限制钙钛矿器件发展的重要阻碍。      图 利用硼酸三乙酯添加剂抑制钙钛矿溶液中的副反应。   针对这一难题,青岛能源所崔光磊研究员和逄淑平研究员研究组近期对钙钛矿前驱溶液的老化过程进行了深入研究。研究人员发现,在甲胺离子和甲脒离子的混合有机阳离子钙钛矿溶液中发生了明显的副反应,并找到了抑制这些副反应的解决方案,证明了提高钙钛矿前驱溶液的稳定性是进一步提升电池光电效率和增强器件可重复性的关键。   研究人员利用核磁共振技术跟踪溶液老化过程的成分变化,发现随着时间的延长,钙钛矿溶液中碘化甲胺和碘化甲脒的成分逐渐减少,随之出现了一些新的化合物,这在以前是未被发现的。他们最终确定了副反应产物的结构并揭示了其反应机理,实际上是碘化甲胺去质子化后,再与碘化甲脒发生的加成-消除反应。为了进一步印证结论的准确性,他们又通过化学手段合成了该类物质,具有相同的核磁信号。   发现问题的目的是为了解决这一问题,研究人员随之引入硼酸三乙酯到溶液中,利用硼的空轨道与碘化甲胺的碘离子相互作用,限制其去质子化,从而有效限制了进一步与碘化甲脒的加成-消除反应,达到了提高钙钛矿前驱体溶液稳定性的目的。硼酸三乙酯是一种常用的低沸点溶剂,在后续薄膜的加热过程中可以完全挥发,不会在钙钛矿薄膜中残留,这对制备高质量钙钛矿薄膜是尤为重要的。   此外,研究人员还研究了可能存在的其它副反应,如之前报道的溶剂分解生成二甲胺等,但是这类反应通常在非常高的温度下才能发生。在常规制备钙钛矿薄膜的过程中,甲胺和甲脒间的副反应是主要的,这也解释了在甲胺甲脒复合钙钛矿薄膜当中杂相很难被完全消除的原因。   该研究获得了山东省人才工程、省相关人才计划、创新研究院合作基金、国家相关人才计划等项目的支持。(文/图 王啸 范颖平)