植物固碳釋氧研究

一、固碳釋氧定義

固碳（Garbon sequestration）,也叫碳封存，指以捕獲碳并安全封存的方式來取代直接向大氣中排放 CO₂的過。釋氧(Oxygen Release)指某物質(zhì)經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)變化釋放出O₂的過程。對于綠色植物，固碳釋氧指在可見光的照射下，利用葉綠素等光合色素，將CO₂和H₂O轉(zhuǎn)化為能夠儲存的有機(jī)物并釋放出O₂，維持空氣中的碳氧平衡的生化過程。

二、研究意義

空氣是人類生存所必要的物質(zhì)，是重要的外環(huán)境因素之一。由于人類的活動頻繁，煤、石油、天然氣等消耗量激增,大氣中 CO₂含量不斷增加。在過去的100年中CO₂含量由295ul/L增加到320ul/L，引起大氣升溫，產(chǎn)生熱島效應(yīng)，形成上空逆溫層，加劇了空氣的污染。有研究表明當(dāng)空氣中 CO₂，濃度達(dá)到0.05% 時,人的呼吸受到影響；當(dāng)含量達(dá)到0.2%-0.6%時更加危害人體健康。綠色植物通過光合作用吸收 CO₂和放出O₂。這對于保持空氣中 CO₂和O₂的濃度，緩解或消除局部缺氧，改善局部地區(qū)空氣質(zhì)量，調(diào)節(jié)大氣碳氧平衡顯得尤為重要。因此，開展植物固碳釋氧研究，不僅能夠探索植物光合作用的生理機(jī)能，而且可為生態(tài)環(huán)境改善、綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)等提供重要依據(jù)。

三、研究現(xiàn)狀

植物固碳釋氧的研究始于20 世紀(jì)六七十年代，近十幾年才被人們所重視。我國對植物固碳放氧的研究起步較晚，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，林植物固碳放的研究才有了發(fā)展，逐漸取得一定的研究成果。

20世紀(jì)70年代以來，綠化植物的生態(tài)效益研究得到廣泛的發(fā)展，研究內(nèi)容涉及降溫增濕、吸收 CO₂及有害氣體、釋放O₂，抗污、滯塵、殺菌和減低環(huán)境噪音等。目前的研究又有了新的進(jìn)展，已從植物個體、群體的生態(tài)效益以及植物生態(tài)效益的生理機(jī)理等發(fā)展到定量研究這種作用與綠地定額的關(guān)系。在研究大氣污染方面，不但研究植物對污染物的凈化能力，而且較全面地分析植物葉片污染物含量的積累途徑以監(jiān)測大氣污染的程度和評價大氣環(huán)境質(zhì)量。研究表明，當(dāng)綠化覆蓋率達(dá)到30%以上時，CO₂的瞬時質(zhì)量濃度呈直線有規(guī)律的下降；當(dāng)綠化覆蓋率達(dá)到50%時，空氣中的CO₂保持在正常質(zhì)量濃度320 mg/kg。每公傾公園綠地每天可吸收C0₂ 900 kg，可產(chǎn)生 O₂600 kg。

植物吸收CO₂和釋放O₂是其最基礎(chǔ)的生態(tài)功能。碳平衡效應(yīng)的研究方法是測定植物的凈光合速率來確定碳氧平衡效應(yīng)的差異，再與一定范圍內(nèi)該植物的綠量相乘，得到一種植物在一定范圍內(nèi)的效益值。有研究表明，不同的植物因生理特性不同，同化CO₂和釋放O₂的能力亦有差異；即使同一樹種，在不同的生長季節(jié)也有顯著的差異，生物量越大的植物光合能力越強(qiáng)，周碳釋氧量則越高，表現(xiàn)為喬木 >灌木>草本。考慮到環(huán)境因素和物種自身的差異，這一規(guī)律還需進(jìn)一步驗(yàn)證。從季節(jié)來看，植物固碳釋氧能力表現(xiàn)為夏季 >秋季>春季，主要是由于夏季溫度升高時，植物對光能的利用率或高，光合作用增強(qiáng)。

四、研究方法

4.1適用產(chǎn)品

根據(jù)工況情況，M-3000C是對空間氣體連續(xù)自動監(jiān)測，系統(tǒng)測量出高精度CO₂和高精度CH₄， 采用紅外分析儀與 GC-FID工業(yè)在線氣相色譜［分析儀選型：M-6500紅外分析儀、M-6900在線色譜分析儀（VOCI閥+色譜柱FID檢測器）］。

M-3000C氣體在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，由采樣系統(tǒng)、樣品預(yù)處理系統(tǒng)、運(yùn)行保障系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)等組成，該系統(tǒng)具有維護(hù)標(biāo)定、故障診斷/報警功能，并配有工控機(jī)，可以連接業(yè)主的電腦，無線傳輸?shù)娇蛻暨h(yuǎn)端顯示器等，并上傳上級領(lǐng)導(dǎo)部門。

4.2產(chǎn)品概述

通過該氣體自動監(jiān)測系統(tǒng)獲取培養(yǎng)箱內(nèi)的CO2、O2、CH4氣體的濃度變化的觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步掌握氣體濃度動態(tài)變化，為建立氣體濃度變化數(shù)據(jù)庫及排放源和吸收匯估算、比較、驗(yàn)證評估系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，為有效評估固碳提供科技支撐。可以依托學(xué)校的的物聯(lián)監(jiān)測網(wǎng)，建立氣體監(jiān)測體系。

本項(xiàng)目通過監(jiān)測要素，分別為二氧化碳、甲烷氣體監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)從在線監(jiān)測、分析、標(biāo)校，到觀測氣體數(shù)據(jù)規(guī)范統(tǒng)一 數(shù)據(jù)管理、數(shù)值模式分析以及業(yè)務(wù)化服務(wù)的一體化專業(yè)平臺。

氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，即：儀器分析系統(tǒng)、配套系統(tǒng)（在線進(jìn)氣系統(tǒng)，樣氣選擇與控制系統(tǒng)，標(biāo)定模塊）、氣體數(shù)據(jù)評估系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)。

M-3000C氣體自動監(jiān)測系統(tǒng)，從培養(yǎng)箱內(nèi)采樣口采集植物釋放中的氣體，通過采樣探頭、樣氣傳輸單元、預(yù)處理單元，送至紅外分析儀及GC-FID檢測單元。從而檢測出氣態(tài)污染物的濃度，并在控制單元的控制下進(jìn)行校準(zhǔn)功能。

產(chǎn)品正常運(yùn)行的狀態(tài)為：

A、在綠色植物生長階段，先分析監(jiān)測CO2與O2的濃度：樣氣首先由采樣探頭吸入工藝管道內(nèi)采出，通過三通閥等進(jìn)入分析柜，先一路進(jìn)入紅外分析儀進(jìn)行測量CO2與O2的濃度，分析后的氣體再循環(huán)排到培養(yǎng)箱內(nèi)，保持培養(yǎng)箱內(nèi)的氣體組分不變；

B、在植物死亡階段，通過閥門的切換，另一路氣體進(jìn)入色譜儀的十通注射閥注入色譜柱進(jìn)行分離，后送入FID檢測器檢測，檢測的信號通過分析儀器工作站軟件分析后，以數(shù)據(jù)的形式在工控機(jī)顯示CH4的數(shù)值，分析儀器測量后氣體進(jìn)入再排到培養(yǎng)箱內(nèi)，保持氣體組分不變。

4.3特點(diǎn)及優(yōu)勢

高精度CH4的測量：系統(tǒng)氫氣、空氣流量全部采用電子流量控制，不受環(huán)境壓力、溫度變化影響，讀數(shù)準(zhǔn)確可靠；柱箱控制精度優(yōu)于±0.05℃，可編程的3階線性升溫，重現(xiàn)性好。 FID檢測器具有自動點(diǎn)火功能，火焰熄滅后自動切斷氫氣，具有氫氣泄漏監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)，安全可靠；超溫自動保護(hù)功能，免于器件的損壞。

高精度CO2的測量：系統(tǒng)允許氣體模塊的零點(diǎn)和跨度等校準(zhǔn)操作，內(nèi)部循環(huán)式散熱和保溫結(jié)構(gòu)，恒溫控制設(shè)計(jì)，用戶可以通過移動網(wǎng)絡(luò)（GSM/4G/5G）或局域網(wǎng)(有線/無線)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及故障診斷。模塊化設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便維護(hù)以及組合。體積小巧體積小巧，占地少，便于運(yùn)輸與安裝，低耗能。

五、結(jié)論

目前，植物固碳釋氧方面的研究已經(jīng)取得一定的成果,但是研究重點(diǎn)集中于喬木、灌木等園林植物，針對草本植物和半灌木研究較少，特別是在自然環(huán)境中生長的野生植物資源就鮮有報道。我國作為植物資源大國有著豐富的植物資源和多樣的生態(tài)環(huán)境，所以有必要開展野生植物固碳釋氧方面的研究。