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竹材酶水解制备单糖的预处理研究进展

林业科学 2024年第3期60卷 150-159页

作者：马腾飞刘悦战雅微王美鑫李志强国际竹藤中心竹藤科学与技术国家林业和草原局重点实验室北京100102

糖类是生物体的基本营养物质和重要组成成分,糖平台化合物指糖类经生物或化学转化而来的基本化学物质,并可进一步转化为高价值的生物基化学品或材料。利用资源量大、生长周期短的竹材制备单糖,进而开发一系列生物基糖平台化合物,前景广... 详细信息

糖类是生物体的基本营养物质和重要组成成分,糖平台化合物指糖类经生物或化学转化而来的基本化学物质,并可进一步转化为高价值的生物基化学品或材料。利用资源量大、生长周期短的竹材制备单糖,进而开发一系列生物基糖平台化合物,前景广阔。竹材可通过绿色、环保、可持续的生物酶水解工艺制备单糖,其中最关键的步骤是预处理,要求成本合理、废液处理过程简便环保,且木质素能够有效利用。本研究综述近10年来预处理对竹材酶水解制备单糖的影响,从反应机理、底物收率、底物中纤维素含量、酶水解性能和糖降解生成发酵抑制物等角度,概括总结物理法、化学法、物理化学法、共晶溶剂法、有机溶剂法和其他方法等预处理方法的优势和不足。基于绿色高效转化利用的目标,建议竹材预处理制备单糖要综合考虑预处理工艺、生物酶制剂、竹种、竹龄和木质素高值化利用等因素,并提出未来竹材生物炼制技术的研究方向:1)竹材的致密和坚硬结构是影响其高效预处理的重要因素,需探索系统的低耗能破碎方法;2)研发具备廉价、绿色、工艺简便和降解产物少的预处理药剂以及符合竹材结构特性的预处理方法;3)研发竹材木质素高值化利用关键技术与工艺,推进竹材原料全化学组分利用。

关键词：竹材预处理酶水解单糖

碱处理对加捻竹纤维/环氧复合材料润湿性与拉伸失效的影响

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1870-1878页

作者：顾少华李昊远张文福王翠翠李明鹏程海涛王戈国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室北京100102 浙江省林业科学研究院杭州310023

采用加捻竹纤维(TBF)为增强相、环氧树脂-酸酐体系为基体相,制备加捻竹纤维/环氧树脂(TBF/EP)复合材料,通过改变NaOH溶液浓度(1wt%~5wt%),研究碱处理对TBF/EP复合材料润湿性和拉伸失效的影响。采用SEM、表面张力测试、原位加载等纳米和... 详细信息

采用加捻竹纤维(TBF)为增强相、环氧树脂-酸酐体系为基体相,制备加捻竹纤维/环氧树脂(TBF/EP)复合材料,通过改变NaOH溶液浓度(1wt%~5wt%),研究碱处理对TBF/EP复合材料润湿性和拉伸失效的影响。采用SEM、表面张力测试、原位加载等纳米和微观试验手段,对纤维-树脂结合状态、润湿性能和拉伸力学特性进行了分析。结果表明:碱处理降低了纤维表面能和极性,使TBF与基体润湿力从0.45 mN降至0.1 mN;3wt%NaOH溶液改性的TBF/EP复合材料含胶量降低至62%,拉伸强度(TS)达到273.70 MPa,比未处理复合材料提高178.64%;原位分析显示,TBF失效过程包括纤维断裂和纤维间滑移,而TBF/EP复合材料失效过程包括基体剪切屈服和纤维断裂,且随着浸润性提高,BF抑制屈服的效果增加。因此,TBF/EP复合材料的强度主要来源于纤维和界面的增强,受TBF与基体的浸润性、应力传递效果的影响。

关键词：竹纤维加捻结构复合材料润湿性能失效机制

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毛竹林土壤易氧化有机碳区域分异及影响因素

林业科学 2024年第6期60卷 1-12页

作者：张翱李文婷王天祥武耀星雷刚漆良华国际竹藤中心国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室北京100102 国家林业和草原局中南调查规划院长沙410007 国际竹藤中心三亚研究基地三亚572000

【目的】在我国北、中和南亚热带研究毛竹林土壤易氧化有机碳的垂直分布规律和纬度分布格局,揭示其区域分异的主要影响因素,为毛竹林固碳增汇、经营管理和土壤有机碳库稳定性维持提供科学依据。【方法】通过实地调查和试验分析揭示亚热... 详细信息

【目的】在我国北、中和南亚热带研究毛竹林土壤易氧化有机碳的垂直分布规律和纬度分布格局,揭示其区域分异的主要影响因素,为毛竹林固碳增汇、经营管理和土壤有机碳库稳定性维持提供科学依据。【方法】通过实地调查和试验分析揭示亚热带不同区域毛竹林土壤易氧化有机碳含量沿土层和纬度的变化规律,运用地理探测器中因子探测、交互探测和风险探测分析土壤易氧化有机碳区域分异的影响因素。【结果】1)不同区域的毛竹林土壤易氧化有机碳含量均随土层加深而降低,但其占总有机碳的比例均随土层加深而升高;0~60 cm土层的易氧化有机碳含量表现为北亚热带(5.16 g·kg^(-1))>南亚热带(4.86 g·kg^(-1))>中亚热带(4.56 g·kg^(-1)),土壤碳库稳定性随纬度降低而降低。2)年均气温对毛竹林土壤易氧化有机碳含量变化的解释程度最高,q值为0.376~0.452;其次为海拔(q=0.392,P竹林生物量对30~60 cm土层的易氧化有机碳含量的影响较显著(q=0.308,P竹林生物量与凋落物厚度交互作用在0~10 cm土层最强(q=0.704);毛竹林生物量与年均气温交互效应在10~30和30~60 cm土层最强,q值分别为0.601和0.732,均为较强的非线性增强作用。4)易氧化有机碳含量在部分年均气温范围之间存在显著差异,以年均气温17~19℃时最高(5.03~12.39 g·kg^(-1))、15~17℃时最低(2.69~6.20 g·kg^(-1));各土层易氧化有机碳含量在海拔700~900 m时均为最高;毛竹林生物量为75~90 t·hm^(-2)时,0~10 cm土层易氧化有机碳含量达最高。【结论】总体而言,毛竹林土壤易氧化有机碳含量均随土层加深而降低,其占总有机碳含量的比例呈现北亚热带竹林土壤有机碳的稳定性。年均气温和海拔是影响毛竹林土壤易氧化有机碳含量的关键因子,毛竹林生物量对各土层易氧化有机碳含量均具有不同程度的影响且与气候、地形因子协同作用明显,气候、地形与林分状况的单因子作用及其交互效应共同主导着毛竹林土壤易氧化有机碳含量的区域分异特征。本研究为毛竹林土壤活性有机碳稳定性维持及固碳增汇潜力发挥提供了科学依据。

关键词：易氧化有机碳区域分异特征影响因素地理探测器毛竹林

HPLC同时测定竹笋中8种酚酸类物质含量的方法研究及其应用

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南京林业大学学报（自然科学版） 2024年第3期48卷 237-244页

作者：黄永健荀航张保尤俊昊姚曦汤锋国际竹藤中心国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室北京100102

【目的】为实现竹笋中3,4-二羟基苯乙酸、对羟基苯甲酸、香草酸、咖啡酸、对羟基苯甲醛、丁香醛、阿魏酸、3-羟基肉桂酸等8种酚酸类化合物的快速检测,建立一种基于高效液相色谱-二极管阵列(HPLC-PDA)检测方法。【方法】采用Symmetry C18... 详细信息

【目的】为实现竹笋中3,4-二羟基苯乙酸、对羟基苯甲酸、香草酸、咖啡酸、对羟基苯甲醛、丁香醛、阿魏酸、3-羟基肉桂酸等8种酚酸类化合物的快速检测,建立一种基于高效液相色谱-二极管阵列(HPLC-PDA)检测方法。【方法】采用Symmetry C18(4.6 mm×250 mm,5μm)色谱柱,乙腈和乙酸-水(体积比0.5∶99.5)为流动相,在流速1.0 mL/min、进样量10μL和柱温30℃的条件下梯度洗脱,检测波长275 nm。【结果】8种酚酸的分离度均在1.5以上,在1.0~50.0μg/mL的线性范围内,线性关系良好,相关系数R≥0.9990,检出限[信号强度(S)与噪声强度(N)之比(S/N)为3]为0.12~0.69μg/mL,定量限(S/N=10)为0.36~2.08μg/mL,精密度、重复性、稳定性实验相对标准偏差(RSD)均小于5%,加标回收率为80.99%~129.12%,RSD均小于5%。应用该方法,检测了苦竹(Pleioblastus amarus)和苦篱竹(Arundinaria acerba)竹笋中酚酸类物质的含量,8种酚酸总量为(9.35±0.08)~(38.60±0.12)mg/kg;比较了自然生长和避光处理生长条件下苦竹笋中酚酸含量的变化,发现避光处理的竹笋中6种酚酸含量显著降低,总含量下降达46.2%。【结论】HPLC-PDA检测方法简单方便,灵敏度高,准确可靠,适用于竹笋中酚酸类物质的测定;避光处理可以有效降低苦竹笋样品中酚酸类物质的含量。

关键词：竹笋酚酸类物质高效液相色谱苦竹苦篱竹避光处理

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根系-菌根-土壤微生物对毛竹林土壤氮矿化过程的贡献

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生态学杂志 2024年第5期43卷 1234-1242页

作者：包涛涛李丝雨王一蒋文婷蔡延江孙连鹏栾军伟浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室浙江农林大学环境与资源学院杭州311300 国际竹藤中心竹藤资源与环境研究所国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室北京100102 国际竹藤中心三亚研究基地海南三亚572022

土壤氮矿化是土壤氮素循环的关键过程之一,决定了土壤的供氮能力。然而,有关植物根系、共生菌根菌丝体和土壤微生物等不同生物因素对土壤氮矿化的贡献缺乏了解。本研究以浙江省庙山坞自然保护区毛竹(Phyllostachys edulis)林为对象,利... 详细信息

土壤氮矿化是土壤氮素循环的关键过程之一,决定了土壤的供氮能力。然而,有关植物根系、共生菌根菌丝体和土壤微生物等不同生物因素对土壤氮矿化的贡献缺乏了解。本研究以浙江省庙山坞自然保护区毛竹(Phyllostachys edulis)林为对象,利用阴阳离子树脂芯原位培养技术研究毛竹林土壤氮矿化过程,并结合不同网孔大小(1.45 mm:允许所有组分进入,53μm:排除根但允许菌丝进入,1μm:排除根和菌丝进入)微宇宙进一步区分根系、菌丝体和土壤微生物的作用。结果表明:(1)通过不同孔径微宇宙装置处理,53μm微宇宙较1.45 mm微宇宙对根系的排除效果达到了100%,1μm微宇宙较53μm微宇宙对菌丝的排除效果达到了70%;(2)不同生物组分参与土壤氮循环过程主要改变了土壤氨化速率,增加根系参与土壤氮循环过程后(1.45 mm微宇宙)土壤净氨化速率较排除根系参与时(53μm微宇宙)低36.58%;而不同孔径微宇宙装置间土壤净硝化速率、净矿化速率无显著差异;(3)1.45 mm微宇宙中土壤亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酚氧化物酶(POX)较53μm微宇宙分别高27.59%和61.54%,可能是土壤净氨化速率降低的主要原因。本研究量化了根际(根系、菌根真菌)介导驱动对毛竹林土壤氮矿化过程贡献,土壤微生物是影响毛竹林土壤净硝化作用和矿化作用的重要生物因子,而根系和共生菌根则在土壤净氨化作用中发挥重要作用。

关键词：竹林土壤氮循环根际菌根真菌净硝化速率净氨化速率净矿化速率

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水淹对水竹光合生理特征的影响

生态学杂志 2024年第1期43卷 115-121页

作者：罗慧莹苏文会蔺晓云储昊煜金艺景雄孙宇彤龙永美国际竹藤中心国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室北京100102

为探究耐淹速生竹种水竹对不同程度水淹胁迫的光合生理响应,以一年生水竹(Phyllostachys heteroclada)为试验材料,以正常浇水为对照组,测定根部全淹及根部半淹处理下水竹光合气体交换参数、光合色素及叶片资源利用效率随水淹时长产生的... 详细信息

为探究耐淹速生竹种水竹对不同程度水淹胁迫的光合生理响应,以一年生水竹(Phyllostachys heteroclada)为试验材料,以正常浇水为对照组,测定根部全淹及根部半淹处理下水竹光合气体交换参数、光合色素及叶片资源利用效率随水淹时长产生的差异。结果表明:水淹胁迫第3天,半淹处理的水竹叶片净光合速率、光饱和点和蒸腾速率较对照均出现显著上升,而全淹胁迫下则无显著差异,其后均随胁迫时间的延长而下降,下降幅度与胁迫程度呈正相关;水淹胁迫处理第6天,水竹叶片气孔导度均显著高于对照组,后呈下降趋势;水淹胁迫导致水竹胞间CO_(2)浓度呈现先下降后上升的趋势,至第9天与对照组的数据差异不显著,其恢复时长与胁迫程度呈正相关;暗呼吸速率及光补偿点则随胁迫时长的增加而上升;总光合色素呈现先下降后上升趋势,叶绿素与类胡萝卜素的比例仍保持在3∶1,而叶绿素a与叶绿素b的比例从3∶1下降至2∶1;叶片水分利用率呈现先下降后上升的趋势,而表观光能利用率与表观CO_(2)利用率均呈现下降趋势,其下降幅度随水淹时长的延长而逐渐减小。研究表明,半淹胁迫短期内对水竹的光合作用表现出促进作用,但随胁迫时间的延长,光合各参数会逐渐下降至稳定水平,水竹通过调节光合色素比例及提高水分利用效率,适应水淹环境后,具有较好的耐淹能力。

关键词：水淹水竹光合色素光合参数

以竹代塑加工技术与产品现状及其市场发展潜力

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林业科学 2024年第1期60卷 129-141页

作者：叶翰舟傅金和程海涛陈复明杨淑艳王戈国际竹藤中心北京100102 中国循环经济协会北京100037 中国竹产业协会北京100102

我国竹资源丰富、竹加工技术先进、研发能力过硬、国际竞争力强,竹产业是我国绿色朝阳产业,在发展绿色经济、推进国家生态文明建设和现代林业建设,以及践行“一带一路”、乡村振兴和精准扶贫等国家战略中发挥着重要作用。当前,传统塑料... 详细信息

我国竹资源丰富、竹加工技术先进、研发能力过硬、国际竞争力强,竹产业是我国绿色朝阳产业,在发展绿色经济、推进国家生态文明建设和现代林业建设,以及践行“一带一路”、乡村振兴和精准扶贫等国家战略中发挥着重要作用。当前,传统塑料行业面临非可再生资源依赖度高、能源消耗大、环境污染严重等挑战,随着世界经济的发展以及人们对环保的重视,各国政府和组织已启动多项“限塑禁塑”政策和措施并推广可持续塑料替代品的行动。竹子是一种加工单元多样、材性优良、可再生可降解的环保低碳优质生物质材料,具有很大的加工选择性和产品可设计性,可为相适应的以竹代塑产品开发提供多种可能和选择。作为一种环保型替代方案,以竹代塑逐渐受到政府、市场和消费者的青睐。2022年11月,中国政府同国际竹藤组织携手共同发起“以竹代塑”倡议,推动各国减少塑料污染,应对气候变化,加快落实联合国2030年可持续发展议程。2023年11月,《“以竹代塑”全球行动计划(2023—2030)》在首届以竹代塑国际研讨会开幕式上正式发布,提出以竹代塑六大行动目标、23项具体行动。中国向全世界发出“以竹代塑”的强音和保护生态环境的决心,多项以竹代塑决策陆续部署,为竹产业发展提供了有力支持。本研究基于我国竹资源和竹产业的优势特点以及传统塑料行业的绿色转型需求,分析以竹代塑替代方案的迫切需求和可行性;着重梳理汽车部件、家用电器壳体、冷却塔填料、管道管材、建筑装饰材、一次性餐具等典型重点行业产品现状及其以竹代塑加工技术和产品市场发展潜力,提出以竹代塑行动建议、发展趋势与展望,旨在为我国以竹代塑技术产品的推广和应用提供一定参考。

关键词：以竹代塑限塑禁塑加工技术重点行业市场分析行动建议

采伐方式对硬头黄竹非结构性碳水化合物分配特征的影响

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森林与环境学报 2024年

作者：石会宇蔡春菊范少辉王一国际竹藤中心国际竹藤中心三亚研究基地四川长宁竹林生态系统定位观测研究站

以优良纸浆用丛生竹种硬头黄竹(Bambusa rigida)为研究对象,探究不同处理下丛生竹生长变化、快速生长过程母竹和新竹内非结构性碳水化合物(NSC)含量动态变化及二者之间的相关关系,旨在探究母竹对新竹NSC的供给规律,从而优化林分结构和... 详细信息

以优良纸浆用丛生竹种硬头黄竹(Bambusa rigida)为研究对象,探究不同处理下丛生竹生长变化、快速生长过程母竹和新竹内非结构性碳水化合物(NSC)含量动态变化及二者之间的相关关系,旨在探究母竹对新竹NSC的供给规律,从而优化林分结构和采伐方式,揭示丛生竹快速生长的内在规律。设置保留1年生母竹(处理Ⅰ)和保留1、2年生母竹(处理Ⅱ)两种采伐模式,并以不采伐处理的硬头黄竹丛为对照(CK),分析不同采伐方式下竹丛的出笋、成竹和生物量特征,比较3种采伐模式竹丛生长的数量和质量变化。研究硬头黄竹快速生长过程中5个关键时期的母竹叶、枝、秆和根NSC含量、含水率动态变化,探究不同年龄母竹与新竹NSC的供求关系。结果表明,不同采伐处理硬头黄竹的繁殖率为处理Ⅰ>处理Ⅱ>CK,成竹率为CK>处理Ⅱ>处理Ⅰ,新竹生物量为CK>处理Ⅱ>处理Ⅰ,且均表现为处理Ⅰ与CK和处理Ⅱ差异显著(P竹上发出的新竹胸径最大,其出笋、成竹数和新竹生物量占总数的90%以上。新竹快速生长期从笋芽萌动到高停止生长,新竹NSC含量总体上呈现出先升高后降低的变化趋势,在节间快速生长时期达到最大,不同年龄母竹各器官NSC含量均呈现出逐渐下降趋势,其中处理Ⅰ母竹枝、叶、秆、根NSC含量分别下降49.70%、54.05%、39.85%、60.86%,均高于处理Ⅱ中1年生与2年生母竹各器官NSC含量下降幅度,处理Ⅱ中1、2年生母竹各器官下降幅度差异不显著。相关性分析表明,处理Ⅰ中母竹的叶、根和秆的淀粉含量与新竹的淀粉含量呈显著正相关(P竹的叶、根和枝,2年生母竹的根和秆的淀粉含量均与新竹的淀粉含量呈显著正相关(P竹采伐经营中,伐除3年生及以上的母竹,保留1、2年生母竹能有效提升竹林生产力及繁殖能力。不同采伐处理对母竹向新竹转移NSC过程产生显著影响,当只有1年生母竹时,其叶、秆和根是参与新竹淀粉转运的主要器官,当1、2年生母竹共同存在时,1年生母竹的枝、叶、根主要参与新竹淀粉转运,同时2年生母竹也向1年生母竹上发出的新竹提供NSC。因此,硬头黄竹林采伐经营中应保留1、2年生母竹,保障快速生长期对新竹的养分供给能力。

关键词：硬头黄竹快速生长期非结构性碳水化合物采伐方式

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生物质基整体式催化微反应器研究进展

复合材料学报 2024年第6期41卷 2874-2899页

作者：姚思思郭登康李景鹏江泽慧国家林业和草原局竹子研究开发中心浙江省竹子高效加工重点实验室杭州310012 国际竹藤中心国家林业和草原局竹藤科学与技术重点实验室北京100102

天然生物质材料因其来源广泛、固碳能力强、机械强度较高、可再生性、环境友好性以及其具有的独特精细构造、化学组成,在多相催化领域备受青睐。生物质材料固有的孔道系统和化学组分既可以提升化学反应速率,又可以与催化剂复合参与到多... 详细信息

天然生物质材料因其来源广泛、固碳能力强、机械强度较高、可再生性、环境友好性以及其具有的独特精细构造、化学组成,在多相催化领域备受青睐。生物质材料固有的孔道系统和化学组分既可以提升化学反应速率,又可以与催化剂复合参与到多相催化反应中。本文简述了竹、木和藤材等生物质材料作为催化剂载体的资源优势、结构优势和化学优势,综述了生物质基整体式催化微反应器的基本概念、催化剂类型与催化剂的复合策略与机制、催化活性与失效机制及其在水处理、能源产生、化学合成、Fischer-Tropsch合成、生物分析等先进功能领域的研究进展。最后,针对目前研究的局限性及存在的问题,在复合策略优化、功能催化剂设计、结构调控提升和稳定性能改善等方面对生物质基整体式催化微反应器未来发展趋势进行了展望,以期为“双碳”战略目标下生物质复合材料功能界面构建与高效利用提供全新的科学思路与技术借鉴。

关键词：生物质复合材料催化剂微反应器纳米材料