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蚯蚓对土壤碳循环影响的研究进展及其实现碳中和的潜力

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生态学杂志 2025年第1期44卷 271-282页

作者：陶宗鑫郑彤徐晶欧阳少虎周启星南开大学环境科学与工程学院南开大学碳中和交叉科学中心天津300071

随着人类活动的加剧,温室气体排放量日益剧增,土壤碳库在全球的碳排放过程中扮演着重要角色。土壤生态系统的二氧化碳排放量占温室气体总量的20%。因此,实现土壤生态系统的碳中和对降低其温室气体排放量显得尤为重要。蚯蚓作为土壤中最... 详细信息

随着人类活动的加剧,温室气体排放量日益剧增,土壤碳库在全球的碳排放过程中扮演着重要角色。土壤生态系统的二氧化碳排放量占温室气体总量的20%。因此,实现土壤生态系统的碳中和对降低其温室气体排放量显得尤为重要。蚯蚓作为土壤中最典型的无脊椎动物,在调节土壤生态系统的碳平衡过程中发挥至关重要的作用。本文总结了蚯蚓对土壤中二氧化碳和甲烷排放的影响,归纳了蚯蚓在土壤中存在的固碳途径,并评估其在修复污染土壤中的固碳潜力,揭示了蚯蚓在土壤生态系统保护中的碳中和作用。蚯蚓在土壤固碳中具有较大的应用前景。本文可为更快、更好达到碳中和目标提供理论依据和指导意义。

关键词：蚯蚓碳中和土壤固碳土壤修复

Synthesis,characterization,safety design,and application of NPs@BC for contaminated soil remediation and sustainable agriculture

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Biochar 2023年第1期5卷 71-101页

作者： Tong Zheng shaohu ouyang Qixing Zhou Carbon Neutrality Interdisciplinary Science Center Nankai UniversityTianjin 300350China Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria(Ministry ofEducation) College of Environmental Science and EngineeringNankai UniversityTianjin 300350China

Biochar(BC)and nanoparticle-decorated biochar(NPs@BC)have emerged as potential high-performance function materials to facilitate simultaneous soil remediation and agricultural ***,there is an urgent need to incorporate environmental sustainability and human health targets into BC and NPs@BC selection and design *** contrast to extensive research on the preparation,modification,and environmental application of BC to soil ecosystems,reports about the adapted framework and material selection strategy of NPs@BC under environmental and human health considerations are still ***,few studies systematically explored the impact of NPs@BC on soil ecosystems,including soil biota,geochemical properties,and nutrient cycles,which are critical for largescale utilization as a multifunctional *** main objective of this systematic literature review is to show the high degrees of contaminant removal for different heavy metals and organic pollutants,and to quantify the economic,environmental,and toxicological outcomes of NPs@BC in the context of sustainable *** address this need,in this review,we summarized synthesis techniques and characterization,and highlighted a linkage between the evolution of NPs@BC properties with the framework for sustainable NPs@BC selection and design based on environmental effects,hazards,and economic ***,research advances in contaminant remediation for heavy metals and organic pollutants of NPs@BC are minutely ***,NPs@BC positively acts on sustainable agriculture,which is *** the meantime,evaluating from the perspective of plant growth,soil characterizations as well as carbon and nitrogen cycle was conducted,which is critical for comprehending the NPs@BC environmental *** work may develop a potential framework that can inform decision-making for the use of NPs@BC to facilitate promising environmental applications and prevent unintended conseq

关键词： Biochar Nanotechnology Safety design framework Soil remediation Environment sustainability

植物-微生物共生系统功能强化及其在降污固碳中的作用

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科学通报 2023年第24期68卷 3155-3171页

作者：郑彤周启星欧阳少虎南开大学环境科学与工程学院/南开大学碳中和交叉科学中心环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300350

植物不仅为细菌等土壤微生物提供了丰富的生态位,还通过光合作用等固碳途径和合成代谢过程最终转化为土壤有机质,成为微生物可利用的碳源.相反,土壤微生物可以作为去除污染物的生物催化剂,也能帮助植物吸收氮、磷等营养物质.因此,植物-... 详细信息

植物不仅为细菌等土壤微生物提供了丰富的生态位,还通过光合作用等固碳途径和合成代谢过程最终转化为土壤有机质,成为微生物可利用的碳源.相反,土壤微生物可以作为去除污染物的生物催化剂,也能帮助植物吸收氮、磷等营养物质.因此,植物-微生物共生系统具有降污固碳双重作用.本文围绕植物-微生物共生系统降解污染物和固定二氧化碳的两大生态功能,系统梳理了共生系统三个要素之间的相互作用关系.从植物、微生物和二者共生关系三个角度归纳了共生系统的污染修复途径,总结了植物和微生物的固碳机制.同时也分析了土壤中重金属和有机污染物对植物固碳过程造成的不利影响.本文最后对未来植物和土壤微生物在降污和固碳方面的研究进行了展望,旨在促进土壤污染的研究与治理,改善土壤生态系统的固碳功能.

关键词：土壤健康植物-微生物相互作用共生系统土壤污染固碳

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海-陆交互作用与海岸带碳中和农业驱动

农业环境科学学报 2024年第1期43卷 1-10页

作者：周启星王辉欧阳少虎南开大学环境科学与工程学院/南开大学碳中和交叉科学中心环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300350

海岸带既是生态脆弱区也是低碳农业发展“前哨”。推动和发展碳中和农业符合时代所需,也符合绿色、可持续发展理念。基于此,本文阐述了在海岸带区域发展碳中和农业的相关问题和重要性。首先,本文阐释了海陆交互作用以及海岸带碳中和农... 详细信息

海岸带既是生态脆弱区也是低碳农业发展“前哨”。推动和发展碳中和农业符合时代所需,也符合绿色、可持续发展理念。基于此,本文阐述了在海岸带区域发展碳中和农业的相关问题和重要性。首先,本文阐释了海陆交互作用以及海岸带碳中和农业发展理念;然后,分析了海岸带碳中和农业驱动中的碳中和农业生物、人工光合作用与农业驱动以及该理念的工程化应用问题;最后,深入剖析了如何识别海岸带农业核心碳汇,包括原位监测、同位素标记与统计学分析方法,并在此基础上提出了农业碳汇增强技术,为后续海岸带碳中和农业的构建、发展和实践提供参考,同时对促进脆弱的海岸带生态系统的保护和绿色低碳农业的发展具有重要意义。

关键词：碳中和农业海岸带海陆交互作用可持续发展人工光合作用

氧化石墨烯和多环芳烃复合暴露诱导成年斑马鱼脑组织毒性及其代谢研究

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农业环境科学学报 2022年第7期41卷 1417-1423页

作者：孙晶李伟丛瑞胡献刚欧阳少虎生态环境部海河流域北海海域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心天津300061 南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室天津300071

为研究氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)和多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)共暴露诱发的水生生态毒性效应及相关代谢机理,使用成年斑马鱼为动物模型,研究不同浓度GO(0.01、0.1 mg·L^(-1))、PAHs(含16种优控PAHs,每种PAHs的浓度均为5μg·L^(-1))单独暴露,以及相应浓度的GO-PAHs复合暴露21 d对成年斑马鱼脑组织的毒性及代谢的影响。斑马鱼脑组织酶响应结果表明,0.1 mg·L^(-1) GO和0.1 mg·L^(-1) GO-PAHs处理会显著(P<0.05)降低多环芳烃受体活性,除PAHs组外,其他处理组细胞色素P4501A1(CYP1A1)酶的含量均显著降低。代谢组学分析结果表明,0.1 mg·L^(-1) GO组和0.1 mg·L^(-1) GO-PAHs复合暴露组均会对斑马鱼脑组织的氨基酸和脂肪酸代谢产生显著影响。此外,与GO和PAHs单独暴露组相比,GO-PAHs复合暴露组的酶响应和诱导产生的代谢物水平与GO处理组更相近,说明GO和PAHs复合暴露时,GO在成年斑马鱼脑组织中的代谢毒性效应占主导。

关键词：氧化石墨烯多环芳烃斑马鱼复合暴露代谢组学

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关于“碳中和生物”环境科学的新概念与研究展望

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农业环境科学学报 2022年第1期41卷 1-9页

作者：周启星李晓晶欧阳少虎南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室农业农村部环境保护科研监测所农业农村部产地环境污染防控重点实验室

碳达峰、碳中和是责任,是使命,更是机遇和挑战。时至今日,越来越多的国家、地区和个人投身这一事业中,共创人类可持续的未来。我国政府更是承诺,通过采取更加有力的政策和措施,力争CO2排放于2030年前达到峰值,努力争取在2060年前实现碳... 详细信息

碳达峰、碳中和是责任,是使命,更是机遇和挑战。时至今日,越来越多的国家、地区和个人投身这一事业中,共创人类可持续的未来。我国政府更是承诺,通过采取更加有力的政策和措施,力争CO2排放于2030年前达到峰值,努力争取在2060年前实现碳中和。为了更好、更快地实现这一战略目标,创新推动碳中和工作,本文首次提出了"碳中和生物"的新概念,并对其内涵进行了辨析。从碳中和植物、碳中和微生物、碳中和动物、碳中和种群/群落以及碳中和生态系统的界定入手,深入阐述了碳中和生物的分类体系。为了自然界生物本身的碳中和功能尽可能放大或得以最大程度的提升,必须大规模构建碳中和生物生态体系,包括农业碳中和粮食作物体系、低碳养殖体系、碳中和湿地生态系统、碳中和生物共生或协同体系,以及基于环境修复的碳中和体系。最后,还对碳中和生物和生物固碳的今后研究进行了建设性的展望。

关键词：碳中和生物固碳地质封存绿色治理可持续地球

来源：博看期刊

环境浓度氧化石墨烯和多环芳烃复合暴露诱发成年斑马鱼脑组织的分子响应研究

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生态毒理学报 2022年第3期17卷 256-267页

作者：孙晶刘玉玮胡献刚欧阳少虎生态环境部海河流域北海海域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心天津300061 南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室天津300071

氧化石墨烯(graphene oxide,GO)是目前十分重要的人工纳米材料,且极有可能被排放到环境中。因而GO与环境中的共存污染物多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)对水生生物的复合暴露毒性及其相关机理值得进一步研究。使用成... 详细信息

氧化石墨烯(graphene oxide,GO)是目前十分重要的人工纳米材料,且极有可能被排放到环境中。因而GO与环境中的共存污染物多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)对水生生物的复合暴露毒性及其相关机理值得进一步研究。使用成年斑马鱼为动物模型,选取水环境浓度的典型污染物16种优控PAHs与环境预测浓度的GO对成年斑马鱼进行21 d亚急性暴露,研究GO和PAHs复合暴露对成年斑马鱼脑组织的毒性效应及其分子机理。结果表明,GO暴露组和PAHs-GO复合暴露组在21 d的亚急性暴露中均不会诱发成年斑马鱼的死亡和畸形,但会降低斑马鱼脑组织细胞色素P4501B1酶(CYP1B1)和β-半乳糖苷酶(β-Gal)的含量;在分子水平上,0.1 mg·L^(-1) GO组(GO组)、5μg·L^(-1) PAHs组(PAHs组)和0.1 mg·L^(-1) GO&5μg·L^(-1) PAHs组(PAHs-GO组)诱发的差异基因数量和差异基因通路数量排序为PAHs组>GO-PAHs组>GO组。研究表明:(1)在环境预测浓度的GO与环境浓度PAHs对成年斑马鱼复合暴露时,对斑马鱼脑组织酶的影响GO占据主导地位;(2)PAHs-GO复合暴露组兼具GO和PAHs的分子毒性效应的特点,说明GO和PAHs在环境相关浓度下的复合暴露分子毒性值得注意;(3)GO组转录组氧化酶相关基因变化与酶含量结果相一致,暗示可以使用转录组来解释生物酶含量变化的分子机理。本文结果可为纳米材料与环境污染物的复合毒性效应和机理研究提供参考。

关键词：氧化石墨烯多环芳烃斑马鱼亚急性毒性转录组学

3种碳纳米材料对斑马鱼生长发育、氧化应激及代谢的影响

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生态毒理学报 2020年第6期15卷 101-114页

作者：孙晶欧阳少虎胡献刚周启星南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室天津300071

碳纳米材料(carbonaceous nanomaterials,CNMs)是人工纳米材料的重要组成部分,在各领域应用广泛。以斑马鱼为模式动物,比较了氧化石墨烯(graphene oxide,GO)、碳纳米管(carbon tube,CNT)和氧化石墨烯量子点(graphene oxide quantum dot,GOQD)3种典型CNMs对斑马鱼幼鱼的生长发育毒性,并探究了低浓度长时间暴露下3种CNMs对斑马鱼成鱼亚急性毒性效应及分子机制。结果表明,0.01~10 mg·L^(-1)的3种CNMs对斑马鱼胚胎发育无显著影响,但会诱导产生活性氧簇(ROS)和线粒体膜损伤,其毒性排序依次是GOQD>CNT>GO;环境相关浓度(0.01 mg·L^(-1))下斑马鱼成鱼在3种CNMs中亚急性暴露21 d后,会引起斑马鱼腮和肾脏细胞衰老,同时抑制斑马鱼总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性;代谢组学分析表明,3种CNMs对斑马鱼代谢组影响的顺序为GOQD>CNT>GO,T-SOD活性与代谢组学关联分析表明,脂肪酸和脯氨酸的变化是引起斑马鱼T-SOD活性变化的分子机理之一。该结果为评价3种典型CNMs对生态系统和人体健康的潜在影响提供了理论依据。

关键词：氧化石墨烯碳纳米管量子点斑马鱼纳米毒性活性氧代谢组学

Bond length and interface failure mechanism of anchor cable under continuous radial pressure conditions

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International Journal of Mining Science and Technology 2025年第2期35卷 231-247页

作者： ouyang, Jian Shi, Xiuzhi Qiu, Xianyang Zhang, Zongguo Li, Zeyu School of Resources and Safety Engineering Central South University Changsha410083 China

The anchoring capacity of the anchor cable is closely related to the bonding length and radial pressure conditions. Through field pull-out tests, theoretical analysis, numerical simulation, and industrial tests, this study clarifies the relationship between radial pressure and bonding length for the ultimate pull-out force and reveals the microscopic failure process of the resin-rock interface in the anchoring system. The results show that the ultimate load increases with the increase of bonding length in three different stages: rapid, slow, and uniform growth. The new mechanical model developed considering radial pressure describes the inverse relationship between radial pressure and the plastic zone on the bonding section, and quantifies the reinforcing effect of confining pressure on the anchoring force. During the pull-out process of the anchor cable, the generation of failure cracks is in the order of orifice, bottom, and middle of the hole. Radial pressure can effectively enhance the ultimate pull-out force, alleviate the oscillation increase of pull-out force, and inhibit resin cracking, but will produce an external crushing zone. It also reveals the synergistic effect between bonding length and radial pressure, and successfully carries out industrial tests of anchor cable support, which ensures the stability of the stope roof and provides an important reference for the design of anchor cable support in deep high-stress mines. © 2025

关键词： Cracks