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我国脱氮除磷研究现状论文

发布时间:2024-07-04 16:30:34

我国脱氮除磷研究现状论文

富营养化问题是当今世界面临的最主要的水污染问题之一。近年来,虽然我国污水处理率不断提高,但是由氮磷污染引起的水体富营养问题不仅没有解决,而且有日益严重的趋势。目前我国污水处理厂脱氮除磷普遍存在着能耗高、效率低以及运行不稳定的缺点。如何提高传统工艺脱氮除磷的效果,解决我国日益严重的水污染问题,在我国现阶段无论从节省资金、提高污水处理效果和优化污水脱氮除磷工艺等方面都具有重大意义。A/O(缺氧/好氧)工艺是目前实际工程中应用最广泛的生物脱氮工艺,由于缺乏有效的运行控制策略导致脱氮效率较低、运行不稳定、费用高。为了全面系统的对A/O工艺过程控制进行研究,采用“小试-中试-数学模拟”相结合的研究方式。全面系统地研究了A/O工艺运行优化及其过程控制的问题,考察了不同运行工况下系统的处理效果,确定了过程控制变量及其运行策略。在国内外首次全面系统地研究了A/O工艺硝化反硝化过程中环境变量DO、ORP和pH值的变化规律,考察了它们作为控制参数的可行性。在国内外首次全面系统地研究了A/O工艺实现短程硝化反硝化的主要影响因素以及如何维持稳定的亚硝酸氮积累率。工艺特性分析可知A/O工艺多输入多输出控制系统可以解藕为5个单输入单输出控制系统-曝气量控制、过渡区控制、污泥量控制、内循环回流量控制和外碳源投加量控制。针对曝气量控制,试验获得:当硝化反应完成时,pH值沿反应器推流方向上一般出现一个最低点。提出了恒定DO控制、反馈控制、前馈反馈控制和OUR控制等四种策略,而DO前馈-反馈控制策略无论从满足出水氨氮排放标准、克服外界干扰以及节约运行费用等方面都优于其它控制策略。为了避免曝气量控制过程中DO浓度过高或过低的情况,提出了DO浓度和好氧区体积综合控制思想,并设定好氧区DO浓度的上限值和下限值分别为和。研究发现基于污泥层高度控制污泥回流量优于传统的恒定污泥回流量或污泥回流比控制,可提高出水水质,维持系统的稳定性。恒定SRT控制系统优于恒定MLSS控制系统,可减少污泥排放量、降低污泥膨胀发生率,实际运行过程中,应尽可能维持较低的SRT。基于污泥回流量和剩余污泥排放量控制变量,建立了两个新型综合控制策略以及系统优化控制器,由模拟结果可知无论从出水水质还是从运行费用方面,都优于传统的恒定值控制模式。基于A/O工艺对进水有机碳源利用效率的分析,获得内循环回流量的最优控制策略就是以维持缺氧区末端硝态氮浓度处于设定值(1~3mg/L)来控制内循环回流量,从而充分利用缺氧区的反硝化潜力,提高系统脱氮效率和进水碳源利用率。针对A/O工艺进水碳源不足,脱氮率较低的问题,建立了两种外碳源投加控制策略:串级控制策略和前馈-反馈控制策略。为实现A/O工艺反硝化反应的优化控制,提出了6个内循环回流和外碳源投加综合性控制策略,并获得它们的最优控制策略。研究发现不同外碳源对应的污泥反硝化特性不同,乙醇是相对最优的外加碳源,具有反硝化速率高、污泥产率低、响应迅速和运行费用低的优势。首次全面系统地研究了应用模拟生活污水和实际生活污水,DO、pH和ORP在线传感器作为A/O工艺过程控制参数的可行性。研究发现控制好氧区第1格室曝气量恒定,可得该格室DO浓度(DOfirst)和进水氨氮负荷具有较好的相关性。好氧区首端和末端的pH差值也和进水氨氮负荷具有较好的相关性,联合DOfirst可实现进水氨氮负荷的预测以及曝气量的控制。控制好氧区最后格室DO浓度恒定,获得好氧区最后格室ORP值和出水氨氮、硝酸氮具有较好的相关性,可作为出水水质的指示性参数。好氧区 pH曲线分为“下降型”和“上升型”两大类,可指示系统硝化反应进程、曝气量是否充足、进水碱度是否充足、硝化性能是否稳定。硝化反应完成时在DO曲线上将出现“DO突跃点”,指示系统硝化完成、曝气过量。缺氧区出水硝酸氮浓度和ORP值也具有很好的相关性,可对内循环回流量和外碳源投加量进行有效控制,小试和中试试验分别获得最优ORP值为-90mV和-120mV。缺氧区pH值变化曲线也可一定程度指示反硝化是否完成、回流硝酸氮是否充足。基于以上信息,无需应用营养物在线传感器,直接应用DO、pH和ORP在线传感器就可实现A/O工艺的过程控制,同时提高系统出水水质、降低系统运行费用。初步探讨了如何实现A/O工艺的智能控制。建立了DO、外碳源投加、内循环回流等控制变量的模糊控制器以及硝化反硝化反应模糊控制系统,试验和模拟仿真都获得较好效果。另外建立了6个常用专家系统控制决策树,重点研究了硝化反硝化反应专家控制系统,根据专家系统控制决策树,可以很容易获取硝化反硝化反应变差的主要因素及其解决方案。首次研究了如何实现和维持连续流A/O工艺中试系统处理实际生活污水的短程硝化反硝化反应。研究表明,DO浓度是A/O工艺实现短程硝化反硝化的主要因素,控制低DO浓度(~)不但可以实现较好的硝化效果,而且亚硝酸氮平均积累率可达85%或更高。提高DO浓度,大约10d内将破坏系统稳定的短程硝化反硝化;如果再重新维持低DO浓度,需要30d的时间才能恢复到75%以上的亚硝酸氮积累率。当亚硝酸氮积累率从15%升高到85%,系统总氮去除率可提高12%。维持低DO浓度还可以部分实现亚硝酸型同步硝化反硝化。从氮的物料平衡可知,亚硝酸型同步硝化反硝化反应占总氮去除率的6~12%。为了实现稳定较高的亚硝酸氮积累率,研究发现当硝化在好氧区最后格室完成时,pH值下降速度由快变缓(大约降低5倍),应用此信息可以实现A/O工艺短程硝化反硝化的稳定运行和过程控制。全程/短程硝化反硝化运行方式相比较,获知短程硝化反硝化无论从曝气运行费用还是总氮去除率等方面都优于全程硝化反硝化。还研究了如何实现曝气量、内循环回流量、分段进水、外碳源投加量的控制和优化。最后提出了污泥种群优化思想,应用在线过程控制可以实现系统氨氮氧化菌的富集,亚硝酸氮氧化菌的抑制或淘洗,从而实现和维持A/O工艺稳定的短程硝化反硝化反应。

书名:环境科学与工程进展丛书--SBR及其变法污水处理与回用技术 出版社:化学工业出版社 定价:60 条形码:9787502543594 ISBN:ISBN 7-5025-4359-7 作者:张统 印刷日期:2003-3-1 出版日期:2003-3-1 精装平装_开本_页数:平装16开,394页 中图法: 中图法一级分类: 中图法二级分类: 书号: 简介:本书为《环境科学与工程进展》系列丛书之一,对近年来国内间歇式活性污泥法污水工艺处理的研究和应用进行了介绍,基本上包括了国内的最新研究成果。主要有五个方面的内容:SBR工艺在不同废水中的应用研究;SBR脱氮除磷研究;CASS工艺研究及应用;各种SBR的变形工艺应用研究;污水处理与回用及其他技术与工艺。 本书大多数文章均为作者最新的研究成果和工程应用经验,均为宝贵的第一手资料,具有较高的学术价值和工程指导意义。本书适用于污水处理技术研究人员,污水处理工程的规划、设计、施工、管理等人员参阅;也对给水排水、环境工程专业的大专院校师生有一定参考价值。 目录:第一章 SBR工艺原理及应用 一、间歇式活性污泥工艺的发展与应用 二、SBR的工艺发展和应用适用性问题的讨论 三、SBR工艺的分类和特点 四、SBR法与活性污泥膨胀 …… 二十三、UASBAF-SBR工艺处理屠宰废水 二十四、铁屑过滤-SBR工艺处理棉纺印染废水的研究 二十五、开发厌氧/好氧序批式一体化反应器的构想 二十六、猪场废水厌氧消化液SBR处理技术研究及工程应用 第二章 SBR工艺用于污水脱氮除磷 一、供氧方式对SBR法硝化反应控制参数的影响 二、间歇式生物膜法除磷工艺特性研究 三、间歇式生物膜法除磷机理研究 四、间歇式生物膜法的脱氮特征及机理研究 …… 十二、应用SBR工艺强化生物除磷系统的研究 十三、SBR法处理城市污水的脱氮除磷功效 十四、活性污泥外循环SBR系统的生物除磷能力 十五、SBR工艺用于生活污水除磷脱氮的试验研究 第三章 CASS工艺原理及应用 一、建筑小区污水处理技术及设计实例 二、CASSL+膜过滤工艺处理中小城市污水与水回用 …… 十四、循环式活性污泥法(CAST)工艺及设计 十五、CASS工艺在处理低温生活污水中的应用研究 第四章 SBR其他变形原理及应用 一、MSBR系统的特点及其除磷脱氮的机理分析 二、MSBR工艺的运行机理 …… 九、SBR法DAT-IAT技术在大型城市污水处理厂的应用 十、UNITANK工艺处理城市污水工程实践 第五章 污水处理与回用其他技术进展 一、我国城市污水回收和再用的实例分析 二、我国污水处理事业现状及今后发展的趁势 三、生态卫生(排水)系统国内外发展比较 四、关于天津市城市污水污泥处理与处置的技术研究与探索 …… 二十一、集成电路废水处理系统设计 二十二、新型气浮器及其处理造纸废水的工程设计 二十三、航天发射场推进剂废水对地下水影响程度分析与研究 二十四、集中供暖主管道腐蚀查定及防腐方法 阅读地址:

可以使用污水处理药剂

我国脱氮除磷研究现状与趋势论文

脱氮除磷指采用物理法、化学法及生物法等方法去除污水中氮、磷的过程。常用于去除氨氮的化学法有吹脱法、折点加氯法和离子交换法,生物法脱氮是在将有机氮转化为氨氮的基础上,通过硝化和反硝化菌的作用,将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮,再通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气而从废水中脱除的过程。污水中去除磷的传统方法可以采用化学法,也可以采用生物法。化学除磷是向污水中投加三价盐(一般是铝盐和铁盐),使之与污水中的磷酸盐形成难溶化合物,经过沉淀从水中去除。脱磷法主要分为物理法、化学法及生物法三大类,可使溶解的磷化合物转化为固体形态后予以分离。生物除磷是污水中的聚磷菌吸收磷,形成高浓度污泥,并随剩余污泥一起排出系统,从而达到除磷的目的。

植物和其他生物的吸收、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、氨的挥发作用、铵根离子的阳离子交换作用等。人工湿地对磷的去除机理包括:基质吸附、植物吸收和微生物去除,而磷最终从系统中去除依赖于湿地植物的收割和饱和基质的更换。氨氮通过好氧亚硝化、硝化作用生成亚硝酸根、硝酸根,亚硝酸根、硝酸根通过缺氧反硝化生产氮气,从水中逸出。除磷菌在厌氧条件下释放磷,再在好氧条件下过度吸磷,通过排泥除磷。在一般系统中,提高除磷效率往往伴随着脱氮率的下降,因此有研究者设想如果将反硝化与除磷这两个需碳源的过程合二为一,即在缺氧环境下利用亚硝酸盐作为电子受体,同时进行反硝化和超量聚磷,这样可大大减少碳源需求量。已有研究者观察到这种现象,并认为存在反硝化聚磷菌(DNPAO)可同时进行反硝化作用和超量聚磷,但在不同环境条件下,DNPAO的诱导增殖与代谢途径的变化规律等仍有待研究。

富营养化问题是当今世界面临的最主要的水污染问题之一。近年来,虽然我国污水处理率不断提高,但是由氮磷污染引起的水体富营养问题不仅没有解决,而且有日益严重的趋势。目前我国污水处理厂脱氮除磷普遍存在着能耗高、效率低以及运行不稳定的缺点。如何提高传统工艺脱氮除磷的效果,解决我国日益严重的水污染问题,在我国现阶段无论从节省资金、提高污水处理效果和优化污水脱氮除磷工艺等方面都具有重大意义。A/O(缺氧/好氧)工艺是目前实际工程中应用最广泛的生物脱氮工艺,由于缺乏有效的运行控制策略导致脱氮效率较低、运行不稳定、费用高。为了全面系统的对A/O工艺过程控制进行研究,采用“小试-中试-数学模拟”相结合的研究方式。全面系统地研究了A/O工艺运行优化及其过程控制的问题,考察了不同运行工况下系统的处理效果,确定了过程控制变量及其运行策略。在国内外首次全面系统地研究了A/O工艺硝化反硝化过程中环境变量DO、ORP和pH值的变化规律,考察了它们作为控制参数的可行性。在国内外首次全面系统地研究了A/O工艺实现短程硝化反硝化的主要影响因素以及如何维持稳定的亚硝酸氮积累率。工艺特性分析可知A/O工艺多输入多输出控制系统可以解藕为5个单输入单输出控制系统-曝气量控制、过渡区控制、污泥量控制、内循环回流量控制和外碳源投加量控制。针对曝气量控制,试验获得:当硝化反应完成时,pH值沿反应器推流方向上一般出现一个最低点。提出了恒定DO控制、反馈控制、前馈反馈控制和OUR控制等四种策略,而DO前馈-反馈控制策略无论从满足出水氨氮排放标准、克服外界干扰以及节约运行费用等方面都优于其它控制策略。为了避免曝气量控制过程中DO浓度过高或过低的情况,提出了DO浓度和好氧区体积综合控制思想,并设定好氧区DO浓度的上限值和下限值分别为和。研究发现基于污泥层高度控制污泥回流量优于传统的恒定污泥回流量或污泥回流比控制,可提高出水水质,维持系统的稳定性。恒定SRT控制系统优于恒定MLSS控制系统,可减少污泥排放量、降低污泥膨胀发生率,实际运行过程中,应尽可能维持较低的SRT。基于污泥回流量和剩余污泥排放量控制变量,建立了两个新型综合控制策略以及系统优化控制器,由模拟结果可知无论从出水水质还是从运行费用方面,都优于传统的恒定值控制模式。基于A/O工艺对进水有机碳源利用效率的分析,获得内循环回流量的最优控制策略就是以维持缺氧区末端硝态氮浓度处于设定值(1~3mg/L)来控制内循环回流量,从而充分利用缺氧区的反硝化潜力,提高系统脱氮效率和进水碳源利用率。针对A/O工艺进水碳源不足,脱氮率较低的问题,建立了两种外碳源投加控制策略:串级控制策略和前馈-反馈控制策略。为实现A/O工艺反硝化反应的优化控制,提出了6个内循环回流和外碳源投加综合性控制策略,并获得它们的最优控制策略。研究发现不同外碳源对应的污泥反硝化特性不同,乙醇是相对最优的外加碳源,具有反硝化速率高、污泥产率低、响应迅速和运行费用低的优势。首次全面系统地研究了应用模拟生活污水和实际生活污水,DO、pH和ORP在线传感器作为A/O工艺过程控制参数的可行性。研究发现控制好氧区第1格室曝气量恒定,可得该格室DO浓度(DOfirst)和进水氨氮负荷具有较好的相关性。好氧区首端和末端的pH差值也和进水氨氮负荷具有较好的相关性,联合DOfirst可实现进水氨氮负荷的预测以及曝气量的控制。控制好氧区最后格室DO浓度恒定,获得好氧区最后格室ORP值和出水氨氮、硝酸氮具有较好的相关性,可作为出水水质的指示性参数。好氧区 pH曲线分为“下降型”和“上升型”两大类,可指示系统硝化反应进程、曝气量是否充足、进水碱度是否充足、硝化性能是否稳定。硝化反应完成时在DO曲线上将出现“DO突跃点”,指示系统硝化完成、曝气过量。缺氧区出水硝酸氮浓度和ORP值也具有很好的相关性,可对内循环回流量和外碳源投加量进行有效控制,小试和中试试验分别获得最优ORP值为-90mV和-120mV。缺氧区pH值变化曲线也可一定程度指示反硝化是否完成、回流硝酸氮是否充足。基于以上信息,无需应用营养物在线传感器,直接应用DO、pH和ORP在线传感器就可实现A/O工艺的过程控制,同时提高系统出水水质、降低系统运行费用。初步探讨了如何实现A/O工艺的智能控制。建立了DO、外碳源投加、内循环回流等控制变量的模糊控制器以及硝化反硝化反应模糊控制系统,试验和模拟仿真都获得较好效果。另外建立了6个常用专家系统控制决策树,重点研究了硝化反硝化反应专家控制系统,根据专家系统控制决策树,可以很容易获取硝化反硝化反应变差的主要因素及其解决方案。首次研究了如何实现和维持连续流A/O工艺中试系统处理实际生活污水的短程硝化反硝化反应。研究表明,DO浓度是A/O工艺实现短程硝化反硝化的主要因素,控制低DO浓度(~)不但可以实现较好的硝化效果,而且亚硝酸氮平均积累率可达85%或更高。提高DO浓度,大约10d内将破坏系统稳定的短程硝化反硝化;如果再重新维持低DO浓度,需要30d的时间才能恢复到75%以上的亚硝酸氮积累率。当亚硝酸氮积累率从15%升高到85%,系统总氮去除率可提高12%。维持低DO浓度还可以部分实现亚硝酸型同步硝化反硝化。从氮的物料平衡可知,亚硝酸型同步硝化反硝化反应占总氮去除率的6~12%。为了实现稳定较高的亚硝酸氮积累率,研究发现当硝化在好氧区最后格室完成时,pH值下降速度由快变缓(大约降低5倍),应用此信息可以实现A/O工艺短程硝化反硝化的稳定运行和过程控制。全程/短程硝化反硝化运行方式相比较,获知短程硝化反硝化无论从曝气运行费用还是总氮去除率等方面都优于全程硝化反硝化。还研究了如何实现曝气量、内循环回流量、分段进水、外碳源投加量的控制和优化。最后提出了污泥种群优化思想,应用在线过程控制可以实现系统氨氮氧化菌的富集,亚硝酸氮氧化菌的抑制或淘洗,从而实现和维持A/O工艺稳定的短程硝化反硝化反应。

国内脱色研究现状论文

国内外研究现状需要在论文中写出你的研究综述,写出关于你做的课题的国内研究的现在和国外目前的研究现状,比如研究糖尿病课题你需要写清楚国内对于糖尿病研究到了什么层次,治疗药物,治疗方法以及治疗的精确程度,写国内外现状需要你阅读大量文献。

在写开题报告时,一定要重视“国内外研究现状”部分的撰写,国内外研究现状是重灾区,很多同学说我复制别人的,老师也不一定去查,那你就错了,老师看过的文献比你吃的大米还多,而且由于不同学者的文风不同,你复制的时候如果不修改,很容易被看出来不是一个人写的。

论文的撰写

在写作之前,同学们应该先收集和阅读相关的论文,整理主要内容和主题思想,选择最具有代表性的作者,在写作过程中,要对其观点进行充分阐述论证,并按照时间,国家进行分类,最后再进行客观评述,也就是说是否存在研究空白,是否亟待解决的问题,还需要进一步研究。

述评评述是对前面论述的内容做一个总结,或是提出自己的取舍褒贬,指出存在的问题及解决问题的方法和所需的条件,或是提出预测及今后的发展方向,还可提出展望和希望。结语的作用是突出重点,结束整篇文献。

字数以200~300字为宜。参考文献部分是指本文献综述引用和参考的文献。应当详细列举井注明篇目、著者、出处等。参考文献著录不仅表示对被引用文献作者的尊重及引用文献的依据;而且为读者深入探讨有关问题提供了文献查找索。

论文国内外研究现状写法如下:

首先,我们要知道国内外研究现状是什么,其实通俗来说,就是国内和国外对于一个研究对象目前的研究现状,可以是国家层面上相关部门对于研究对象的研究,也可以是权威学者,对于研究对象的研究。

所以很明确,国内外研究现状有两种写法,要不就是从相关部门对于研究对象的研究,或者就是从学者对于相关研究现状的研究来写。

正常来说,国内外研究现状都需要大家去阅读大量的文献,然后总结学者的主要观点,这里给大家一个小技巧,可以直接从一篇文章的摘要看出来,一个学者的研究观点主要集中在哪些,这样的话,即便你不完整的阅读文章,也能知道文章的主要观点。

还有一种方法,可以直接从硕士论文里面去摘抄,大家可以找一些和自己题目一样,或者是关键词一样的硕士论文,我们在里面摘抄国内外研究现状,并且将这个话改成自己的意思,这也是一种写作方法。

但是注意标注引用的时候,一定要找到最根本的文章,而不是你参考的这篇硕士论文。找文献去哪里,中文的话我们可以从百度学术或者是知网里面直接观看,主要就是看一篇文章的摘要,因为主要观点都在摘要里。

英文的话,之前有提过从谷歌学术去搜索关键词,就能找到很多的国外文献,这里要注意,查找国外文献的关键词,一定要翻译成英文,如果是中文的话,是没办法识别的,然后只需要把相关的英文文献翻译成中文,再去进行总结就可以了。

很多同学在写国内外研究现状时,都会很纠结国外部分怎么写,一个原因是找不到权威的外文文献,另一个也是因为看不懂外文文献。这里有两个方法,帮你顺利完成国外研究现状撰写,不会写的宝子们赶紧来看~

1、从中文文献中总结中文文献一般都有国内外研究现状或文献综述,多看几篇,把其中那些常见的、意义重大的、学术大牛研究的、以及发表在核心期刊上的内容综合整理出来。

从中文文献的参考文献中寻找外文文献中文文献的参考文献中都 一定数量的外文文献,找到之后在知网或其他论文网站搜索下载,浏览时重点查看研究背景、研究方法和研究结果这几个部分,基本都能在摘要和引言中找到。这种方法需要借助翻译软件—— CNKI 翻译助手与其他翻译软件相比,它对专业名词的翻译更加准确,可以通过选中知网页面上的外文内容,点击 CNKI 在线翻译,直接跳转翻译页面。

2、查找研究领域的综述类文献述类文献和开题报告、论文中的文献综述都需要重点介绍国内外研究现状,但综述类文献包含的内容更加广泛,涉及文献众多,参考资料非常丰富,并有作者自己的看法和意见,如果能找到几篇研究领域内的综述类文献,那不管是写国内研究现状还是国外研究现状都会非常方便书写。

固氮菌研究现状论文

藻 类 藻类植物是地球上最重要的初级生产者,它们光合同化生产有机碳的总量约为高等植物的7倍,同时固氮藻类(和固氮细菌)每年约能固定亿t的氮素。因此,藻类不仅是人类和动物极其重要的食物源,而且它们光合作用中放出的氧也是大气中氧的最重要的来源。不言而喻,它们对自然生态系统的物质循环及环境质量有着深刻的影响。 藻类植物广泛地分布在海洋和各种内陆水体中(包括湖泊、水库、江河、溪水、沼泽、池塘、泉水、冰雪等)以及潮湿地表,其中生长在内陆淡水水体中的为淡水藻,分布于海洋和内陆咸水水体中的为咸水藻。中国的藻类包括有:原核生物中的蓝藻门;原生生物的硅藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、隐藻门、裸藻门以及属于植物界的红藻门、褐藻门、绿藻门和轮藻门,其中海藻已记录的共2458种(详细情况将在海洋一节中讨论),这里仅讨论中国淡水藻类的多样性及其所受威胁。 1、中国淡水藻类的多样性 由于中国幅员辽阔,自然环境复杂多样,使得中国淡水藻类资源也十分丰富而多样。近一个世纪的调查研究表明,淡水藻类中的各个门类在中国都有发现,而且种类都非常丰富。已知全世界藻类植物约有40000种,其中淡水藻类有25000种左右,而中国已发现的(包括已报道的和已鉴定但未报道的)淡水藻类约9000种。但是,由于国内尚有不少地区未进行过藻类调查,即使已进行藻类调查的有些地区,也并不十分全面,加之多数门类的淡水藻类在中国的调查研究还缺乏深度和广度,因此中国淡水藻类的物种数应远远超过9000种,估计约有12000至15000种(按占世界淡水藻类种数的50%~60%计)。 淡水红藻和褐藻,它们是海陆演变过程中残留在淡水中的孑遗生物,几乎都生长在清洁、温度偏低、且较稳定的水体环境中,如泉水、井水、溪水中(特别是泉水环境),其分布区相当狭窄,而且具有一定的封闭性。它们在这些环境中长期适应的结果,形成了不少珍稀特有的种类,这对研究地球环境的变化及生物自身的演变具有较高的学术价值。它们在世界各地的淡水中均分布得较稀少,在中国,半个世纪以来对这些藻类的采集研究,发现有些种类仅记录到一次。这样的藻类共有12种,包括淡水褐藻类的层状石皮藻(Lithoderma zonatum),以及淡水红藻类的绞纽串珠藻(Batrachospermum intortum)、中华串珠藻(B. sinense)、中华链珠藻(Sirodotia sinica)、中华鱼子菜(Lemanea sinica)和鹧鸪菜窄变种(Caloglossa leprieurii var. angusta)等,它们应该列入珍稀物种。 2、中国淡水藻类资源受威胁的状况 (1)物种受威胁的状况 虽然中国的淡水藻类资源非常丰富,但是由于自然环境的变化和人类的活动(特别是工业和城市的发展),有些罕见的种已遭受灭绝或处于濒临灭绝的境地,其中受威胁最严重的是淡水红藻和褐藻。近几十年来,中国北方许多地区由于气候干旱或工业发展而过量抽采地下水,引起地下水位下降,使一些著名泉区的水源枯竭或濒临枯竭。泉城济南、山西晋祠和娘子关的泉源就是著名的例子。泉水枯竭,使那些依赖泉水环境生长的特有藻类(特别是淡水红藻)面临厄运,有些已荡然无存。淡水褐藻更为珍稀,中国仅在40年代初于四川重庆嘉陵江中发现过,几十年来由于环境的演变,也已消失。 最近10多年来,中国经济高速发展,不少泉水资源得到了开发利用,但是由于人们对泉水环境缺乏保护意识,因而造成生长在其中的淡水红藻和其他泉水生物面临濒危,有的甚至灭绝。南京浦口珍珠泉,过去生长有十分丰富的淡水红藻:外界串珠藻(Batrachos-permum ectocarpum)和美芒藻(Compsopogon spp.)。但是随着旅游区的开发,如今那里的红藻几乎绝迹。山西太原晋祠也有外果串珠藻生长,1994年去调查时尚有部分存在。1995年由于泉水枯竭,已经消亡。可以设想那些正在进行开发的泉源(旅游或饮料),如果不注意对泉源环境的保护,那么藻类和其他泉水生物也可能面临同样的厄运。 在其他生长大型淡水藻类的水体中,也往往由于人类活动引起环境变化,招致大型淡水藻类的消失,如江苏阳澄湖,湖中大型轮藻植物出现成片死亡。又如武汉东湖中的原来主要藻类——鼓藻类(desmids),它们主要生长在清洁的水体中,但自70年代以来由于富营养化过程的加剧,逐渐被蓝藻、绿球藻等耐污藻类所取代。类似的情况,已是十分常见。 (2)物种多样性结构受破坏的状况 在正常情况下,一个生态系统(特别是水生生态系统)中,藻类群落的物种结构保持着良好的多样性状态,即种类多,但每个种的个体不多,这时藻类群落发挥出良好的生态效益——保持水质良好状态,且水产丰富。但是当水生生态系统发生逆向转化——受重金属污染或高度富营养化时,藻类群落物种结构的多样性被破坏,某些物种超常生长而导致有害的赤潮(海洋中)或水华(淡水中)发生,并造成管道阻塞,水质恶化,危及渔业生产,甚至出现鱼类中毒现象。随着工业化和城市化进程的加快,这种严重的环境问题已屡见不鲜。中国常见的能形成有害水华的藻类有:蓝藻,常有毒,其中主要的是微囊藻(Microcystis),还有鱼腥藻(Anabaena)、项圈藻(Anabaenopsis)、颤藻(Oscillatoria)、束丝藻(Aphanizomenon)等,它们在中国许多地方都有大面积的发生,危害很大;小定鞭藻(Prymnesium parvum),属定鞭藻类,有毒,它们的水华已引起多起养殖鱼类的中毒事件;硅藻,也偶有大面积发生,其中以1991年冬春之交,湖北省汉江发生的约200km范围的硅藻水华——梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)最为典型,这次水华造成很大危害,严重地影响了武汉市和沿江地区的工业生产和居民生活。 3、中国淡水藻类的保护 从上述可知,中国淡水藻类资源虽很丰富,但目前已受到严重的威胁,如不及时采取措施进行保护,许多珍稀种类可能很快灭绝。特别应该指出的是,当前人们对生物多样性保护的注意力主要放在大型动、植物上,对像藻类这样的微型生物很少注意,这一情况必须改变。在保护大型动、植物的同时,应加强对小型植物的保护。 地 衣 1、中国地衣的多样性 地衣是一群特殊的真菌,这群特殊真菌通常只是与藻类或蓝细菌处于互惠共生的生态系统中才能生存于自然界。因此,地衣本身也是共生生态系统多样性的体现。全世界迄今已知的地衣物种约20000种,而中国还不到2000种。就在这2000种中约200种为中国所特有。然而,无论是全世界或中国实际存在的地衣物种远不止这个数字。尤其是中国地衣物种多样性的调查研究才刚刚起步。 2、中国珍稀濒危地衣及其受威胁状况 由于大气污染和森林采伐,中国许多地方地衣多样性面临威胁。依存于森林树皮附生的中国及东亚特有种,如黄袋衣(Hypogymnia hypotrypa)、粉黄袋衣(H. hypotrypella)、霜袋衣(H. pruinosa)、蜡光袋衣(H. laccata)、横断山袋衣(H. hengduanensis)以及云南石耳(Umbilicaria yunnana)等种类的生存都面临着威胁。因为,它们的兴衰存亡与森林生态系统多样性的兴衰存亡息息相关。如产于云南丽江和台湾阿里山松林中的中国特有附生种中华疱脐衣(Lasallia mayebarae)在系统演化上具有重要意义。然而,在云南丽江,这种世界珍稀物种已被森林火灾所吞噬。随着旅游业的大规模发展,特产于华山岩石上的世界珍奇地衣华脐鳞(Rhizoplaca huashanensis)的生存也面临威胁。此外,在抗癌和抗艾滋病毒方面具有潜力的东亚食用地衣美味石耳(U. esculenta)也因无节制的采收与买卖而在中国庐山等地濒临绝迹。若不采取必要的保护措施,在日用香料工业中颇受青睐的扁枝衣(Evernia mesomorpha)和丛枝树花(Ramalina fastigiata),与抗前列腺炎药物有关的戴氏石蕊(Cladonia delavayi)以及在降血压方面有效的地茶(Thamnolia vermicularis)和雪地茶(Th. subuliformis)等地衣的生存也逃不脱因无节制采收与开发所带来的厄运。 3、对地衣的保护 由于人类对地衣本质的认识经历了一个漫长的过程,在开发利用方面,地衣尚处于“未开垦的处女地”状态。因而,它是一个潜力很大的生物资源宝库。此外,地衣在自然界生长极为缓慢,加强对地衣的保护以便可持续利用已是我们所面临的迫切任务。 保护地衣多样性除了必须保护它赖以生存的森林生态系统多样性以外,应注意以下保护和可持续利用的措施: (1)对于日用化工香料、药用和食用地衣资源应采取分区、按年、有计划、有节制地轮换采收。 (2)对于在科学上有重要意义的世界珍稀物种,如陕西华山的华脐鳞,云南丽江的中华疱脐衣,以及庐山的美味石耳等中国和东亚特有种,应选择合适地段,建立珍稀地衣保护小区加以保护。 (3)对上述一些重要地衣同时还应采取菌、藻分离真培养,进行室内保存。对地衣物种进行多层次的系列保护措施是地衣物种多样性保护和可持续利用的重要方向。 (4)加强对中国地衣物种多样性的调查、采集、分离、培养和研究,以便在地衣多样性遭受破坏之前使之受到保护,研究和可持续利用。苔 藓 1、苔藓植物的多样性 中国的苔藓植物十分丰富。全世界有苔藓植物23000种,中国有2200种,占全世界的。 中国苔藓植物的特点是: (1)特有类群丰富。根据近几十年调查的结果,仅见于中国的特有苔藓属和主要分布于亚洲东部(仅少数涉及邻近地区)的东亚特有苔藓属共35个,占中国苔藓植物属数的%。它们共含有48个种、亚种或变种,占中国苔藓植物种总数的%(表1)。这些特有属、种在中国西南部横断山区、长江流域中游山区和东南沿海山区存在3个分布中心(表2); (2)在系统发生上居关键位置的类群多,如原始类型藻苔目(Takakiales)藻苔科(Takakiaceae)藻苔属(Takakia)的两个种;藻苔(T. lepidozioides)和角叶藻苔(T. ceratophylla)在中国西藏地区的察隅、波密及米林县的高寒山地都有发现; (3)热带、亚热带成分占优势。 3、苔藓植物的保护 苔藓植物除了科学价值外,还有很重要的经济价值。在药用方面,苔藓作为“清热解毒”的中草药已有数百年历史。明朝李时珍在《本草纲目》中就记载了金发藓(Polytrichum commune)和暖地大叶藓(Rhodobryum giganteum)等,暖地大叶藓长期以来在中国西南地区被称作“茴心草”,用来治疗心血管病。 传统上,泥炭藓属(Sphagnum)植物或泥炭一直是花卉、苗木栽培或移植的重要包扎材料和园艺肥料,迄今尚无更佳的替代物。 中国历来是世界上五倍子出口的主要国家之一。经过近半个世纪的研究,中国科学家发现,在五倍子生产周期中,苔藓植物作为五倍子蚜虫的冬寄主是五倍子增产不可缺少的一个环节。迄今为止,至少已发现有约20种苔藓植物可作为五倍子蚜虫的冬寄主植物。 此外,苔藓还是监测环境污染的良好指示植物。苔藓与地衣对大气中的SO2,CO和HF反应极为敏感。在中国,钟帽藓(Venturiella sinensis)、高领藓(Glyphomitrium humilli-mum)和兜瓣耳叶苔(Frullania muscicola)等均系常见的树干附生种类,它们对大气污染有较强的敏感性,可在环境监测方面加以利用。 总之,苔藓植物与人类的生存有密切的关系,对它们的保护我们必须给以高度的注意。蕨类植物 1、中国蕨类植物的多样性 全世界有蕨类植物10 000~12 000种,中国有2 200~2 600种,占世界种数的22%。由于中国地域广大,自然条件复杂多样,除了热带少数科属外,中国拥有的科属数几乎占世界的95%,这说明中国的蕨类植物有极高的多样性。 中国分布有在探讨物种进化系统问题上十分重要的种类,如原始类群裸蕨纲的松叶蕨(Psilotum mudum)、天星蕨(Christensenia)。有些属如光叶蕨(Cystoathyrium)、中国蕨(Sinopteris),其分布区狭小,为中国特有,它们的发现对研究该科中属的演化关系有一定意义。而在四川东部长江沿岸发现的圆肾铁线蕨(Adiantum reniforme),其原产地在大西洋的Madeira群岛。中国变种荷叶铁线蕨(Adiantum reniforme var. sinense)的出现,为研究间断分布及中国和非洲蕨类种的关系提供了很好的材料。能生长在海拔4350m高山寒冻荒漠的严酷环境中的玉龙蕨(Sorolepidium glaciale)是研究蕨类形态和生态条件关系的重要属种。仅产中国西南的湖南石灰岩壁的荚囊蕨(Struthiopteris eburnea)是典型的石灰岩钙质土的重要种属。 根据不完全统计,中国特有的蕨类植物有500~600种,占已知中国蕨类植物的25%左右,重要特有属及代表种见表1。 2、蕨类植物受威胁和濒危状况 随各地区植物考察的深入,不断有蕨类植物新种被发现,但与此同时也有一些种由于环境改变或人为破坏而消失或濒临灭绝(表2)。除上面提到的特有和濒危属种(表1和表2)外。还有些种类虽然不限产中国,但在中国仅局部地区有分布,如鹿角蕨(Platycerium wallichii)仅产靠近缅甸边境的盈江,而埃及苹(Marsilea aegyptica)仅产新疆的局部水域。像这些种类的个体数量不多,分布区狭窄,如不保护,很易绝灭。类似的濒危种类还有很多,估计约占中国蕨类总数的30%左右,其中重要的有101种(表3)。 导致蕨类植物濒危有以下多种原因: (1)森林破坏,造成空气湿度降低,以及地下水位下降,使原有生态环境改变,影响植物种的生存和繁殖,如1963年在四川二郎山团牛坪海拔2450m处林下发现的光叶蕨,1984年专程前往该地,发现森林消失,气候干燥,只在灌丛中找到一株。 (2)工农业建设事业的发展使局部地区一些植物种消失,如中华水韭,荷叶铁线蕨。 (3)由于对一些药用及观赏植物只宣传其价值,而不强调保护的重要,使一些蕨类植物遭受毁灭性的摧残,如鹿角蕨近年已难见到。 (4)旅游区对一些小型稀少植物不加保护,致使其遭践踏而无法生长,如瓶儿小草(Ophioglossum thermale)。 3、加强对蕨类植物的保护 蕨类植物与人们的生活有密切关系,它们之中很多种是传统的中药和民间草药,约占全部种类的10%。如贯众(Cyrtomium fortunei)、海金沙(Lygodium japonica)、骨碎补(Davallia barometz)能够健骨补肾,还有绵马鳞毛蕨(Dryopteris crassirhizoma)和石韦(Pyrrosia)等。又如金毛狗脊蕨(Cibotium baronetz)具有补肝肾,强腰膝的功效,近年来出口需求量很大,每年超过百吨。虽然这个种分布较广,也不能不限量出口加以保护。蕨类植物多为阴生,叶质坚厚,宜作观叶植物及插花的切叶材料。还有少数种类如菜蕨(Cal-lipteris esculenta)、蕨(Pteridium aquilinum var. Latiusculum)、荚果蕨(Matteuccia struthiopteris)等的拳卷叶芽,加工后可作蔬菜并出口;满江红(Azolla imbricata)的叶下具有和蓝藻中的念珠藻共生结构,可固定空气中的氮,是水稻的优良绿肥。总之,蕨类植物与其他绿色植物一道共同创造了地球表面人类生存所必需的环境条件。因此,加强对蕨类植物的保护是我们不可推卸的责任。首先,对急需保护的一些稀有濒危种类应建立专门的保护区,如贵州赤水的桫椤自然保护区。其次,对某些特殊植物因建设需要不能保证在原地生存,如长江三峡工程的启动,受威胁的荷叶铁线蕨需要在相同或相近的气候土壤环境条件的安全地点建立试验场,促使其能在野生条件下易地繁衍。同时加强宣传,提高广大群众和干部对生物多样性保护的认识,禁止对某些有经济价值蕨类植物的滥采乱挖也很重要。裸子植物 裸子植物是原始的种子植物,其发生发展历史悠久。最初的裸子植物出现在古生代,在中生代至新生代它们是遍布各大陆的主要植物。现代生存的裸子植物有不少种类出现于第三纪,后又经过冰川时期而保留下来,并繁衍至今的。据统计,目前全世界生存的裸子植物约有850种,隶属于79属和15科,其种数虽仅为被子植物种数的,但却分布于世界各地,特别是在北半球的寒温带和亚热带的中山至高山带常组成大面积的各类针叶林。 1、中国裸子植物的多样性 中国疆域辽阔,气候和地貌类型复杂。在中生代至新生代第三纪一直是温暖的气候,第四纪冰期时又没有直接受到北方大陆冰盖的破坏,基本上保持了第三纪以来比较稳定的气候,致使中国的裸子植物区系具有种类丰富,起源古老,多古残遗和孑遗成分,特有成分繁多和针叶林类型多样等特征。 据统计,中国的裸子植物有10科34属约250种,分别为世界现存裸子植物科、属、种总数的%、%和%,是世界上裸子植物最丰富的国家。在中国的裸子植物中有许多是北半球其他地区早已灭绝的古残遗种或孑遗种,并常为特有的单型属或少型属。如特有单种科——银杏科(Ginkgoaceae);特有单型属有水杉(Metasequoia)、水松(Glyptostrobus)、银杉(Cathaya)、金钱松(Pseudolarix)和白豆杉(Pseudotaxus);半特有单型属和少型属有台湾杉(Taiwania)、杉木(Cunninghamia)、福建柏(Fokienia)、侧柏(Platy-cladus)、穗花杉(Amentotaxus)和油杉(Keteleeria),以及残遗种,如多种苏铁(Cycas spp.)、冷杉(Abies spp.)等。 中国的裸子植物虽仅为被子植物种数的,但其所形成的针叶林面积却略高于阔叶林面积,约占森林总面积的52%。在中国东北、华北及西北地区的针叶林中裸子植物物种较少,在西南地区针叶林中则有丰富的裸子植物物种。在华南、华中及华东地区除原生针叶林外,更常见的是大面积人工杉木林、马尾松林和柏木林。 2、中国裸子植物面临的威胁及其保护问题 虽然中国具有极为丰富的裸子植物物种及森林资源,但由于多数裸子植物树干端直、材质优良和出材率高,所以其所组成的针叶林常作为优先采伐的对象,使利该资源正在受到强烈的人类活动的威胁和破坏。如50年代中国最大的针叶林区——东北大、小兴安岭及长白山区的天然林被不同程度地开发利用,60年代至70年代另一大针叶林区——西南横断山区的天然林又相继被强烈采伐,仅在交通不便的深山和河谷深切的山坡陡壁,以及自然保护区内尚有天然针叶林保存。华中、华东和华南地区,因人口密集和经济发展的需求,中山地带的各类天然针叶林多被砍伐,代之而起的是人工马尾松林、杉木林和柏木林。随着各类天然针叶林采伐和破坏,原有生态环境发生改变,加快了林下生物消失和濒危的速度。同时,具有重要观赏价值和经济价值的裸子植物亦破坏严重,如攀枝花苏铁(Cycas panzhihuaensis)、贵州苏铁(C. guizhouensis)、多歧苏铁(C. multipinnata)和叉叶苏铁(C. micholitzii)均在新发表或新的分布点发现后就遭到大肆破坏。三尖杉(粗榧)属(Cephalotaxus)和红豆杉(紫杉)属(Taxus)植物自60年代和80年代末至90年代初发现为新型抗癌药用植物后,就立即遭到大规模采伐破坏,使资源急剧减少。 中国有平均海拔4500m以上的巨大青藏高原,也有广阔的平原低地,山岭重叠、河川纵横、气候多样、地质古老,这些是决定中国生物多样性丰富多彩的主要因素,在被子植物方面表现最为清楚,中国被子植物多样性至少有以下三个特点, (1)生态类型齐备 各种生活型的植物从乔木、半乔木(如梭梭属(Haloxylon))、灌木、半灌木(如沙拐枣属(Calligonum))、小半灌木(如蒿属(Artemisia))、直到多年生草和一年生草,无不具有。生态类群方面,从高山冻原植物(如多瓣木(Dryas octopetala)、松毛翠(Phyllodoce caerulea))到热带雨林种类;从超旱生荒漠植物到潮湿低地的湿生、水生种类;从高寒风大环境的青藏高原垫状植物到华南热带海滨的红树林,各种类型都有代表。 各个气候带都有大量代表科属,例如,桦木科(Betulaceae)、壳斗科栎属(Quercus)的落叶树种,以及杨柳科(Salicaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、小檗科(Berberidaceae)等是温带的代表;樟科(Lauraceae)、木兰科(Magnoliaceae)、山茶科(Theaceae)、壳斗科的常绿树种,金缕梅科(Hamamelidaceae)以及冬青科(Aquifoliaceae)、五加科(Araliaceae)、蓝果树科(Nyssaceae),还有单种的连香树科(Cercidiphyllaceae)和水青树科(Tetracentraceae)等是亚热带的代表;至于中国热带森林中包含的科就更多了,常见的科有龙脑香科(Dipterocarpaceae)、番荔枝科(Annonaceae)、橄榄科(Burseraceae)、山榄科(Sapotaceae)、楝科(Melisceae)、藤黄科(Guttiferae)、使君子科(Combretaceae)、天料木科(Samydaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)和四数木科(Datiscaceae)等。 (2)原始古老成分很多 在植物系统学研究中,被认为是比较原始的或早期发生的被子植物类群,在中国分布不少,有些仅仅分布于中国。中国的木兰科(Magnoliaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、水青树科、连香树科、三白草科(Saururaceae)、金粟兰科(Chloranthaceae)、金缕梅科和木通科(Lardizabalaceae)等科的植物,在研究被子植物的起源和系统发育方面的重要性,早已为中外学者所公认。近年来,中国在被子植物化石的发现和研究方面取得了丰硕的成果,这些成果对于揭示被于植物的物种多样性,以及揭示被子植物的系统发育,都有十分重要的意义。 (3)特有类型极其丰富 中国被子植物有极其多种多样的分布区类型,其中特有类型所占比重极大。到目前为止,统计中国被子植物持有属共有246个,特有种约17000种。古老孑遗种伯乐树(Bretschneidera sinensis)、连香树(Cercidiphyllum japonicum)、领春木(Euptelea pleiospermum)、昆栏树(Trochodendron aralioides)、银缕梅(单氏木)(Shaniodendron subaequalum)、水青树(Tetracentron sinensis)、半日花(Helianthe-mum songoricum)、四合木(Tetracena mongolica)、鹅掌楸(Liriodendron chinensis)和珙桐(Davidia involucrata)等都是中国特有的例子。这些植物的研究对于认识中国乃至世界被子植物的系统发育和物种多样性形成的历史过程都是极为重要的。 中国被子植物特有属、种主要分布于秦岭-大别山一线以南,横断山脉以东的东南部地区,其中又有三个特有属、种分布相对集中的待有现象中心:(i)川东-鄂西-湘西北中心,这里的被子植物特有木本属几乎均为落叶乔木或灌木,具有温带性质;(ii)川西-滇西北中心,即横断山脉南段,这里的草本属在全部属中占的比例较高,被子植物的木本属几乎全为落叶乔木或灌木,青藏高原的快速和强烈隆升使本区产生大量新特有种,大大丰富了中国被子植物的多样性;(iii)滇东南-桂西中心,由于地理位置偏南,处于北回归线附近,居泛北极植物区和古热带植物区的分界线上,其乔木持有屑中几乎一半为常绿植物, 特有藤本届全部为木质藤本植物,它们所隶屑的科均为热带分布的科,显示出明显的热带性。 3、大力加强对中国被子植物的保护 被子植物在大型植物中数量最多,而且与人类的衣、食、医药、工业原料等关系最为密切。被子植物大量灭绝无疑会对人类造成很大的威胁,因而我们必须格外重视对被子植物的保护。为了有效保护它们,必须研究它们受威胁的方式、程度和灭绝过程,从而制定合理的保护策略。在这方面,进行种群存活力的分析(PVA),确定最小能存活种群(MVP)是核心内容。 在目前尚无条件对每一个种进行深入的PVA分析的情况下,把保护的范围适当扩大是有必要的,否则,一个种灭绝以后,就再也不能挽回了。

2022年6月11日, Nature Communicatons 杂志在线发表了来自 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所艾超课题组 题为“A highly conserved core bacterial microbiota with nitrogen-fixation capacity inhabits the xylem sap in maize plants”的研究论文。该研究揭示 在玉米植物的木质部汁液中 具有固氮能力且高度保守的核心细菌微生物群,该类固氮细菌能为玉米提供氮营养,类似人类的 “肠道细菌群” 。

与人类微生物组类似,植物微生物组被称为植物的第二个基因组,对植物生长至关重要。 以往研究表明,微生物组在玉米生产中具有重要作用。例如,在墨西哥贫氮 (N) 土壤中进行的田间试验表明,玉米地方品种气生根的粘液富含固氮菌,它们贡献了 29-82% 的玉米 N 营养【PLOS Biology】玉米也能固氮?气生根的粘液发挥作用!。因此,有针对性地操纵作物微生物组代表了一种有前途的方法,可以在未来最大限度地提高可持续作物生产。

以前的研究主要在植物叶际微生物组【Nature】 开启新领域!植物叶际微生物群的稳态维持机制被揭示和根系微生物组【Nature Biotech】植物学报点评!研究发现根系微生物组促进水稻氮利用!。然而,关于木质部里的微生物群与植物生长发育之间的功能关系知之甚少。

该研究通过评估不同土壤类型、气候区和基因型的玉米微生物组的组装和功能,发现茎木质部选择性地招募以 γ‐变形菌纲Gammaproteobacteria 为主的高度保守的细菌。在木质部汁液中鉴定的 25 个核心细菌分类群中,有几个分离的菌株被证实是具有固氮活性或有助于生物固氮。

在此基础上,该研究建立了由两个核心固氮菌和两个辅助菌组成的合成群落(SynComs)。GFP 标记的菌株和15 N 同位素稀释方法表明,SynComs在植物中的内生生活方式和固氮能力。这些 SynCom 通过生物固氮贡献了 的玉米茎中积累的总氮。有趣的是,SynComs 还增加了根干生物量,表明核心内生菌与其宿主之间存在多机制协同相互作用。

综上所述,该研究揭示了玉米特异性地在木质部汁液中招募了一个核心微生物群,该微生物群在环境条件和基因型中都是保守的。这种核心微生物群通过生物固氮促进植物 N 营养并促进根系发育。因此,木质部汁液中的这些微生物群代表了一种未开发的资源,可以开发替代微生物生物技术,以提高可持续农业中的作物性能。

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藻 类藻类植物是地球上最重要的初级生产者,它们光合同化生产有机碳的总量约为高等植物的7倍,同时固氮藻类(和固氮细菌)每年约能固定亿t的氮素。因此,藻类不仅是人类和动物极其重要的食物源,而且它们光合作用中放出的氧也是大气中氧的最重要的来源。不言而喻,它们对自然生态系统的物质循环及环境质量有着深刻的影响。藻类植物广泛地分布在海洋和各种内陆水体中(包括湖泊、水库、江河、溪水、沼泽、池塘、泉水、冰雪等)以及潮湿地表,其中生长在内陆淡水水体中的为淡水藻,分布于海洋和内陆咸水水体中的为咸水藻。中国的藻类包括有:原核生物中的蓝藻门;原生生物的硅藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、隐藻门、裸藻门以及属于植物界的红藻门、褐藻门、绿藻门和轮藻门,其中海藻已记录的共2458种(详细情况将在海洋一节中讨论),这里仅讨论中国淡水藻类的多样性及其所受威胁。1、中国淡水藻类的多样性由于中国幅员辽阔,自然环境复杂多样,使得中国淡水藻类资源也十分丰富而多样。近一个世纪的调查研究表明,淡水藻类中的各个门类在中国都有发现,而且种类都非常丰富。已知全世界藻类植物约有40000种,其中淡水藻类有25000种左右,而中国已发现的(包括已报道的和已鉴定但未报道的)淡水藻类约9000种。但是,由于国内尚有不少地区未进行过藻类调查,即使已进行藻类调查的有些地区,也并不十分全面,加之多数门类的淡水藻类在中国的调查研究还缺乏深度和广度,因此中国淡水藻类的物种数应远远超过9000种,估计约有12000至15000种(按占世界淡水藻类种数的50%~60%计)。淡水红藻和褐藻,它们是海陆演变过程中残留在淡水中的孑遗生物,几乎都生长在清洁、温度偏低、且较稳定的水体环境中,如泉水、井水、溪水中(特别是泉水环境),其分布区相当狭窄,而且具有一定的封闭性。它们在这些环境中长期适应的结果,形成了不少珍稀特有的种类,这对研究地球环境的变化及生物自身的演变具有较高的学术价值。它们在世界各地的淡水中均分布得较稀少,在中国,半个世纪以来对这些藻类的采集研究,发现有些种类仅记录到一次。这样的藻类共有12种,包括淡水褐藻类的层状石皮藻(Lithoderma zonatum),以及淡水红藻类的绞纽串珠藻(Batrachospermum intortum)、中华串珠藻(B. sinense)、中华链珠藻(Sirodotia sinica)、中华鱼子菜(Lemanea sinica)和鹧鸪菜窄变种(Caloglossa leprieurii var. angusta)等,它们应该列入珍稀物种。2、中国淡水藻类资源受威胁的状况(1)物种受威胁的状况 虽然中国的淡水藻类资源非常丰富,但是由于自然环境的变化和人类的活动(特别是工业和城市的发展),有些罕见的种已遭受灭绝或处于濒临灭绝的境地,其中受威胁最严重的是淡水红藻和褐藻。近几十年来,中国北方许多地区由于气候干旱或工业发展而过量抽采地下水,引起地下水位下降,使一些著名泉区的水源枯竭或濒临枯竭。泉城济南、山西晋祠和娘子关的泉源就是著名的例子。泉水枯竭,使那些依赖泉水环境生长的特有藻类(特别是淡水红藻)面临厄运,有些已荡然无存。淡水褐藻更为珍稀,中国仅在40年代初于四川重庆嘉陵江中发现过,几十年来由于环境的演变,也已消失。最近10多年来,中国经济高速发展,不少泉水资源得到了开发利用,但是由于人们对泉水环境缺乏保护意识,因而造成生长在其中的淡水红藻和其他泉水生物面临濒危,有的甚至灭绝。南京浦口珍珠泉,过去生长有十分丰富的淡水红藻:外界串珠藻(Batrachos-permum ectocarpum)和美芒藻(Compsopogon spp.)。但是随着旅游区的开发,如今那里的红藻几乎绝迹。山西太原晋祠也有外果串珠藻生长,1994年去调查时尚有部分存在。1995年由于泉水枯竭,已经消亡。可以设想那些正在进行开发的泉源(旅游或饮料),如果不注意对泉源环境的保护,那么藻类和其他泉水生物也可能面临同样的厄运。在其他生长大型淡水藻类的水体中,也往往由于人类活动引起环境变化,招致大型淡水藻类的消失,如江苏阳澄湖,湖中大型轮藻植物出现成片死亡。又如武汉东湖中的原来主要藻类——鼓藻类(desmids),它们主要生长在清洁的水体中,但自70年代以来由于富营养化过程的加剧,逐渐被蓝藻、绿球藻等耐污藻类所取代。类似的情况,已是十分常见。(2)物种多样性结构受破坏的状况 在正常情况下,一个生态系统(特别是水生生态系统)中,藻类群落的物种结构保持着良好的多样性状态,即种类多,但每个种的个体不多,这时藻类群落发挥出良好的生态效益——保持水质良好状态,且水产丰富。但是当水生生态系统发生逆向转化——受重金属污染或高度富营养化时,藻类群落物种结构的多样性被破坏,某些物种超常生长而导致有害的赤潮(海洋中)或水华(淡水中)发生,并造成管道阻塞,水质恶化,危及渔业生产,甚至出现鱼类中毒现象。随着工业化和城市化进程的加快,这种严重的环境问题已屡见不鲜。中国常见的能形成有害水华的藻类有:蓝藻,常有毒,其中主要的是微囊藻(Microcystis),还有鱼腥藻(Anabaena)、项圈藻(Anabaenopsis)、颤藻(Oscillatoria)、束丝藻(Aphanizomenon)等,它们在中国许多地方都有大面积的发生,危害很大;小定鞭藻(Prymnesium parvum),属定鞭藻类,有毒,它们的水华已引起多起养殖鱼类的中毒事件;硅藻,也偶有大面积发生,其中以1991年冬春之交,湖北省汉江发生的约200km范围的硅藻水华——梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)最为典型,这次水华造成很大危害,严重地影响了武汉市和沿江地区的工业生产和居民生活。3、中国淡水藻类的保护从上述可知,中国淡水藻类资源虽很丰富,但目前已受到严重的威胁,如不及时采取措施进行保护,许多珍稀种类可能很快灭绝。特别应该指出的是,当前人们对生物多样性保护的注意力主要放在大型动、植物上,对像藻类这样的微型生物很少注意,这一情况必须改变。在保护大型动、植物的同时,应加强对小型植物的保护。地 衣1、中国地衣的多样性地衣是一群特殊的真菌,这群特殊真菌通常只是与藻类或蓝细菌处于互惠共生的生态系统中才能生存于自然界。因此,地衣本身也是共生生态系统多样性的体现。全世界迄今已知的地衣物种约20000种,而中国还不到2000种。就在这2000种中约200种为中国所特有。然而,无论是全世界或中国实际存在的地衣物种远不止这个数字。尤其是中国地衣物种多样性的调查研究才刚刚起步。2、中国珍稀濒危地衣及其受威胁状况由于大气污染和森林采伐,中国许多地方地衣多样性面临威胁。依存于森林树皮附生的中国及东亚特有种,如黄袋衣(Hypogymnia hypotrypa)、粉黄袋衣(H. hypotrypella)、霜袋衣(H. pruinosa)、蜡光袋衣(H. laccata)、横断山袋衣(H. hengduanensis)以及云南石耳(Umbilicaria yunnana)等种类的生存都面临着威胁。因为,它们的兴衰存亡与森林生态系统多样性的兴衰存亡息息相关。如产于云南丽江和台湾阿里山松林中的中国特有附生种中华疱脐衣(Lasallia mayebarae)在系统演化上具有重要意义。然而,在云南丽江,这种世界珍稀物种已被森林火灾所吞噬。随着旅游业的大规模发展,特产于华山岩石上的世界珍奇地衣华脐鳞(Rhizoplaca huashanensis)的生存也面临威胁。此外,在抗癌和抗艾滋病毒方面具有潜力的东亚食用地衣美味石耳(U. esculenta)也因无节制的采收与买卖而在中国庐山等地濒临绝迹。若不采取必要的保护措施,在日用香料工业中颇受青睐的扁枝衣(Evernia mesomorpha)和丛枝树花(Ramalina fastigiata),与抗前列腺炎药物有关的戴氏石蕊(Cladonia delavayi)以及在降血压方面有效的地茶(Thamnolia vermicularis)和雪地茶(Th. subuliformis)等地衣的生存也逃不脱因无节制采收与开发所带来的厄运。3、对地衣的保护由于人类对地衣本质的认识经历了一个漫长的过程,在开发利用方面,地衣尚处于“未开垦的处女地”状态。因而,它是一个潜力很大的生物资源宝库。此外,地衣在自然界生长极为缓慢,加强对地衣的保护以便可持续利用已是我们所面临的迫切任务。保护地衣多样性除了必须保护它赖以生存的森林生态系统多样性以外,应注意以下保护和可持续利用的措施:(1)对于日用化工香料、药用和食用地衣资源应采取分区、按年、有计划、有节制地轮换采收。(2)对于在科学上有重要意义的世界珍稀物种,如陕西华山的华脐鳞,云南丽江的中华疱脐衣,以及庐山的美味石耳等中国和东亚特有种,应选择合适地段,建立珍稀地衣保护小区加以保护。(3)对上述一些重要地衣同时还应采取菌、藻分离真培养,进行室内保存。对地衣物种进行多层次的系列保护措施是地衣物种多样性保护和可持续利用的重要方向。(4)加强对中国地衣物种多样性的调查、采集、分离、培养和研究,以便在地衣多样性遭受破坏之前使之受到保护,研究和可持续利用。苔 藓1、苔藓植物的多样性中国的苔藓植物十分丰富。全世界有苔藓植物23000种,中国有2200种,占全世界的。中国苔藓植物的特点是:(1)特有类群丰富。根据近几十年调查的结果,仅见于中国的特有苔藓属和主要分布于亚洲东部(仅少数涉及邻近地区)的东亚特有苔藓属共35个,占中国苔藓植物属数的%。它们共含有48个种、亚种或变种,占中国苔藓植物种总数的%(表1)。这些特有属、种在中国西南部横断山区、长江流域中游山区和东南沿海山区存在3个分布中心(表2);(2)在系统发生上居关键位置的类群多,如原始类型藻苔目(Takakiales)藻苔科(Takakiaceae)藻苔属(Takakia)的两个种;藻苔(T. lepidozioides)和角叶藻苔(T. ceratophylla)在中国西藏地区的察隅、波密及米林县的高寒山地都有发现;(3)热带、亚热带成分占优势。3、苔藓植物的保护苔藓植物除了科学价值外,还有很重要的经济价值。在药用方面,苔藓作为“清热解毒”的中草药已有数百年历史。明朝李时珍在《本草纲目》中就记载了金发藓(Polytrichum commune)和暖地大叶藓(Rhodobryum giganteum)等,暖地大叶藓长期以来在中国西南地区被称作“茴心草”,用来治疗心血管病。传统上,泥炭藓属(Sphagnum)植物或泥炭一直是花卉、苗木栽培或移植的重要包扎材料和园艺肥料,迄今尚无更佳的替代物。中国历来是世界上五倍子出口的主要国家之一。经过近半个世纪的研究,中国科学家发现,在五倍子生产周期中,苔藓植物作为五倍子蚜虫的冬寄主是五倍子增产不可缺少的一个环节。迄今为止,至少已发现有约20种苔藓植物可作为五倍子蚜虫的冬寄主植物。此外,苔藓还是监测环境污染的良好指示植物。苔藓与地衣对大气中的SO2,CO和HF反应极为敏感。在中国,钟帽藓(Venturiella sinensis)、高领藓(Glyphomitrium humilli-mum)和兜瓣耳叶苔(Frullania muscicola)等均系常见的树干附生种类,它们对大气污染有较强的敏感性,可在环境监测方面加以利用。总之,苔藓植物与人类的生存有密切的关系,对它们的保护我们必须给以高度的注意。蕨类植物1、中国蕨类植物的多样性全世界有蕨类植物10 000~12 000种,中国有2 200~2 600种,占世界种数的22%。由于中国地域广大,自然条件复杂多样,除了热带少数科属外,中国拥有的科属数几乎占世界的95%,这说明中国的蕨类植物有极高的多样性。中国分布有在探讨物种进化系统问题上十分重要的种类,如原始类群裸蕨纲的松叶蕨(Psilotum mudum)、天星蕨(Christensenia)。有些属如光叶蕨(Cystoathyrium)、中国蕨(Sinopteris),其分布区狭小,为中国特有,它们的发现对研究该科中属的演化关系有一定意义。而在四川东部长江沿岸发现的圆肾铁线蕨(Adiantum reniforme),其原产地在大西洋的Madeira群岛。中国变种荷叶铁线蕨(Adiantum reniforme var. sinense)的出现,为研究间断分布及中国和非洲蕨类种的关系提供了很好的材料。能生长在海拔4350m高山寒冻荒漠的严酷环境中的玉龙蕨(Sorolepidium glaciale)是研究蕨类形态和生态条件关系的重要属种。仅产中国西南的湖南石灰岩壁的荚囊蕨(Struthiopteris eburnea)是典型的石灰岩钙质土的重要种属。根据不完全统计,中国特有的蕨类植物有500~600种,占已知中国蕨类植物的25%左右,重要特有属及代表种见表1。2、蕨类植物受威胁和濒危状况随各地区植物考察的深入,不断有蕨类植物新种被发现,但与此同时也有一些种由于环境改变或人为破坏而消失或濒临灭绝(表2)。除上面提到的特有和濒危属种(表1和表2)外。还有些种类虽然不限产中国,但在中国仅局部地区有分布,如鹿角蕨(Platycerium wallichii)仅产靠近缅甸边境的盈江,而埃及苹(Marsilea aegyptica)仅产新疆的局部水域。像这些种类的个体数量不多,分布区狭窄,如不保护,很易绝灭。类似的濒危种类还有很多,估计约占中国蕨类总数的30%左右,其中重要的有101种(表3)。导致蕨类植物濒危有以下多种原因:(1)森林破坏,造成空气湿度降低,以及地下水位下降,使原有生态环境改变,影响植物种的生存和繁殖,如1963年在四川二郎山团牛坪海拔2450m处林下发现的光叶蕨,1984年专程前往该地,发现森林消失,气候干燥,只在灌丛中找到一株。(2)工农业建设事业的发展使局部地区一些植物种消失,如中华水韭,荷叶铁线蕨。(3)由于对一些药用及观赏植物只宣传其价值,而不强调保护的重要,使一些蕨类植物遭受毁灭性的摧残,如鹿角蕨近年已难见到。(4)旅游区对一些小型稀少植物不加保护,致使其遭践踏而无法生长,如瓶儿小草(Ophioglossum thermale)。3、加强对蕨类植物的保护蕨类植物与人们的生活有密切关系,它们之中很多种是传统的中药和民间草药,约占全部种类的10%。如贯众(Cyrtomium fortunei)、海金沙(Lygodium japonica)、骨碎补(Davallia barometz)能够健骨补肾,还有绵马鳞毛蕨(Dryopteris crassirhizoma)和石韦(Pyrrosia)等。又如金毛狗脊蕨(Cibotium baronetz)具有补肝肾,强腰膝的功效,近年来出口需求量很大,每年超过百吨。虽然这个种分布较广,也不能不限量出口加以保护。蕨类植物多为阴生,叶质坚厚,宜作观叶植物及插花的切叶材料。还有少数种类如菜蕨(Cal-lipteris esculenta)、蕨(Pteridium aquilinum var. Latiusculum)、荚果蕨(Matteuccia struthiopteris)等的拳卷叶芽,加工后可作蔬菜并出口;满江红(Azolla imbricata)的叶下具有和蓝藻中的念珠藻共生结构,可固定空气中的氮,是水稻的优良绿肥。总之,蕨类植物与其他绿色植物一道共同创造了地球表面人类生存所必需的环境条件。因此,加强对蕨类植物的保护是我们不可推卸的责任。首先,对急需保护的一些稀有濒危种类应建立专门的保护区,如贵州赤水的桫椤自然保护区。其次,对某些特殊植物因建设需要不能保证在原地生存,如长江三峡工程的启动,受威胁的荷叶铁线蕨需要在相同或相近的气候土壤环境条件的安全地点建立试验场,促使其能在野生条件下易地繁衍。同时加强宣传,提高广大群众和干部对生物多样性保护的认识,禁止对某些有经济价值蕨类植物的滥采乱挖也很重要。裸子植物裸子植物是原始的种子植物,其发生发展历史悠久。最初的裸子植物出现在古生代,在中生代至新生代它们是遍布各大陆的主要植物。现代生存的裸子植物有不少种类出现于第三纪,后又经过冰川时期而保留下来,并繁衍至今的。据统计,目前全世界生存的裸子植物约有850种,隶属于79属和15科,其种数虽仅为被子植物种数的,但却分布于世界各地,特别是在北半球的寒温带和亚热带的中山至高山带常组成大面积的各类针叶林。1、中国裸子植物的多样性中国疆域辽阔,气候和地貌类型复杂。在中生代至新生代第三纪一直是温暖的气候,第四纪冰期时又没有直接受到北方大陆冰盖的破坏,基本上保持了第三纪以来比较稳定的气候,致使中国的裸子植物区系具有种类丰富,起源古老,多古残遗和孑遗成分,特有成分繁多和针叶林类型多样等特征。据统计,中国的裸子植物有10科34属约250种,分别为世界现存裸子植物科、属、种总数的%、%和%,是世界上裸子植物最丰富的国家。在中国的裸子植物中有许多是北半球其他地区早已灭绝的古残遗种或孑遗种,并常为特有的单型属或少型属。如特有单种科——银杏科(Ginkgoaceae);特有单型属有水杉(Metasequoia)、水松(Glyptostrobus)、银杉(Cathaya)、金钱松(Pseudolarix)和白豆杉(Pseudotaxus);半特有单型属和少型属有台湾杉(Taiwania)、杉木(Cunninghamia)、福建柏(Fokienia)、侧柏(Platy-cladus)、穗花杉(Amentotaxus)和油杉(Keteleeria),以及残遗种,如多种苏铁(Cycas spp.)、冷杉(Abies spp.)等。中国的裸子植物虽仅为被子植物种数的,但其所形成的针叶林面积却略高于阔叶林面积,约占森林总面积的52%。在中国东北、华北及西北地区的针叶林中裸子植物物种较少,在西南地区针叶林中则有丰富的裸子植物物种。在华南、华中及华东地区除原生针叶林外,更常见的是大面积人工杉木林、马尾松林和柏木林。2、中国裸子植物面临的威胁及其保护问题虽然中国具有极为丰富的裸子植物物种及森林资源,但由于多数裸子植物树干端直、材质优良和出材率高,所以其所组成的针叶林常作为优先采伐的对象,使利该资源正在受到强烈的人类活动的威胁和破坏。如50年代中国最大的针叶林区——东北大、小兴安岭及长白山区的天然林被不同程度地开发利用,60年代至70年代另一大针叶林区——西南横断山区的天然林又相继被强烈采伐,仅在交通不便的深山和河谷深切的山坡陡壁,以及自然保护区内尚有天然针叶林保存。华中、华东和华南地区,因人口密集和经济发展的需求,中山地带的各类天然针叶林多被砍伐,代之而起的是人工马尾松林、杉木林和柏木林。随着各类天然针叶林采伐和破坏,原有生态环境发生改变,加快了林下生物消失和濒危的速度。同时,具有重要观赏价值和经济价值的裸子植物亦破坏严重,如攀枝花苏铁(Cycas panzhihuaensis)、贵州苏铁(C. guizhouensis)、多歧苏铁(C. multipinnata)和叉叶苏铁(C. micholitzii)均在新发表或新的分布点发现后就遭到大肆破坏。三尖杉(粗榧)属(Cephalotaxus)和红豆杉(紫杉)属(Taxus)植物自60年代和80年代末至90年代初发现为新型抗癌药用植物后,就立即遭到大规模采伐破坏,使资源急剧减少。中国有平均海拔4500m以上的巨大青藏高原,也有广阔的平原低地,山岭重叠、河川纵横、气候多样、地质古老,这些是决定中国生物多样性丰富多彩的主要因素,在被子植物方面表现最为清楚,中国被子植物多样性至少有以下三个特点,(1)生态类型齐备 各种生活型的植物从乔木、半乔木(如梭梭属(Haloxylon))、灌木、半灌木(如沙拐枣属(Calligonum))、小半灌木(如蒿属(Artemisia))、直到多年生草和一年生草,无不具有。生态类群方面,从高山冻原植物(如多瓣木(Dryas octopetala)、松毛翠(Phyllodoce caerulea))到热带雨林种类;从超旱生荒漠植物到潮湿低地的湿生、水生种类;从高寒风大环境的青藏高原垫状植物到华南热带海滨的红树林,各种类型都有代表。各个气候带都有大量代表科属,例如,桦木科(Betulaceae)、壳斗科栎属(Quercus)的落叶树种,以及杨柳科(Salicaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、小檗科(Berberidaceae)等是温带的代表;樟科(Lauraceae)、木兰科(Magnoliaceae)、山茶科(Theaceae)、壳斗科的常绿树种,金缕梅科(Hamamelidaceae)以及冬青科(Aquifoliaceae)、五加科(Araliaceae)、蓝果树科(Nyssaceae),还有单种的连香树科(Cercidiphyllaceae)和水青树科(Tetracentraceae)等是亚热带的代表;至于中国热带森林中包含的科就更多了,常见的科有龙脑香科(Dipterocarpaceae)、番荔枝科(Annonaceae)、橄榄科(Burseraceae)、山榄科(Sapotaceae)、楝科(Melisceae)、藤黄科(Guttiferae)、使君子科(Combretaceae)、天料木科(Samydaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)和四数木科(Datiscaceae)等。(2)原始古老成分很多 在植物系统学研究中,被认为是比较原始的或早期发生的被子植物类群,在中国分布不少,有些仅仅分布于中国。中国的木兰科(Magnoliaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、水青树科、连香树科、三白草科(Saururaceae)、金粟兰科(Chloranthaceae)、金缕梅科和木通科(Lardizabalaceae)等科的植物,在研究被子植物的起源和系统发育方面的重要性,早已为中外学者所公认。近年来,中国在被子植物化石的发现和研究方面取得了丰硕的成果,这些成果对于揭示被于植物的物种多样性,以及揭示被子植物的系统发育,都有十分重要的意义。(3)特有类型极其丰富 中国被子植物有极其多种多样的分布区类型,其中特有类型所占比重极大。到目前为止,统计中国被子植物持有属共有246个,特有种约17000种。古老孑遗种伯乐树(Bretschneidera sinensis)、连香树(Cercidiphyllum japonicum)、领春木(Euptelea pleiospermum)、昆栏树(Trochodendron aralioides)、银缕梅(单氏木)(Shaniodendron subaequalum)、水青树(Tetracentron sinensis)、半日花(Helianthe-mum songoricum)、四合木(Tetracena mongolica)、鹅掌楸(Liriodendron chinensis)和珙桐(Davidia involucrata)等都是中国特有的例子。这些植物的研究对于认识中国乃至世界被子植物的系统发育和物种多样性形成的历史过程都是极为重要的。中国被子植物特有属、种主要分布于秦岭-大别山一线以南,横断山脉以东的东南部地区,其中又有三个特有属、种分布相对集中的待有现象中心:(i)川东-鄂西-湘西北中心,这里的被子植物特有木本属几乎均为落叶乔木或灌木,具有温带性质;(ii)川西-滇西北中心,即横断山脉南段,这里的草本属在全部属中占的比例较高,被子植物的木本属几乎全为落叶乔木或灌木,青藏高原的快速和强烈隆升使本区产生大量新特有种,大大丰富了中国被子植物的多样性;(iii)滇东南-桂西中心,由于地理位置偏南,处于北回归线附近,居泛北极植物区和古热带植物区的分界线上,其乔木持有屑中几乎一半为常绿植物,特有藤本届全部为木质藤本植物,它们所隶屑的科均为热带分布的科,显示出明显的热带性。3、大力加强对中国被子植物的保护被子植物在大型植物中数量最多,而且与人类的衣、食、医药、工业原料等关系最为密切。被子植物大量灭绝无疑会对人类造成很大的威胁,因而我们必须格外重视对被子植物的保护。为了有效保护它们,必须研究它们受威胁的方式、程度和灭绝过程,从而制定合理的保护策略。在这方面,进行种群存活力的分析(PVA),确定最小能存活种群(MVP)是核心内容。在目前尚无条件对每一个种进行深入的PVA分析的情况下,把保护的范围适当扩大是有必要的,否则,一个种灭绝以后,就再也不能挽回了。与此同时,应该特别重视减少造成物种濒危和灭绝的因素,如防止森林破坏,禁止对有经济价值的种类的过度采挖,尽量多建立一些保护区,加强保护区的管理,必要时采取迁地保护措施(变野生为栽培)等等。所有这些,还必须以立法和政策加以保证。只有这祥,中国丰富的被子植物物种多样性才能得到有效的保护,使它不仅为中国人民,也为全人类的福祉作出应有贡献。

炼钢脱磷研究论文

钢的脱磷反应 减少钢液中含磷量的化学反应。磷是钢中有害杂质之一。含磷较多的钢,在室温或更低的温度下使用时,容易脆裂,称为冷脆。钢中含碳越高,磷引起的脆性越严重。一般普通钢中规定含磷量不超过 %,优质钢要求含磷更少。生铁中的磷,主要来自铁矿石中的磷酸盐。氧化磷和氧化铁的热力学稳定性相近。在高炉的还原条件下,炉料中的磷几乎全部被还原并溶入铁水。如选矿不能除去磷的化合物,脱磷就只能在(高)炉外或碱性炼钢炉中进行。 铁中脱磷问题的认识和解决,在钢铁生产发展史上具有特殊的重要意义。钢的大规模工业生产开始于1856年贝塞麦()发明的酸性转炉炼钢法。但酸性转炉炼钢不能脱磷;而含磷低的铁矿石又很少,严重地阻碍了钢生产的发展。1879年托马斯()发明了能处理高磷铁水的碱性转炉炼钢法,碱性炉渣的脱磷原理接着被推广到平炉炼钢中去,使大量含磷铁矿石得以用于生产钢铁,对现代钢铁工业的发展作出了重大的贡献。 碱性渣的脱磷作用 脱磷反应是在炉渣与含磷铁水的界面上进行的。钢液中的磷[kg2][P][kg2]和氧[kg2][O][kg2]结合成气态PO的反应: 2[P]+5[O]─→PO[145-1] (1)1600时的平衡常数非常小(=×10),[kg2]要靠生成PO气体逸出而使钢液脱磷,显然是不行的。但如果钢液和碱性渣接触,PO就会与渣中的氧化钙(CaO)结合成稳定的3CaOPO或4CaOPO,总反应是: 2[P]+5[O]+3(CaO)─→(3CaOPO) (2) 1600时,=×10或 2[P]+5[O]+4(CaO)─→(4CaOPO) (3) 1600时,=×10平衡常数如此大,说明碱性渣的脱磷能力是很强的。熔渣离子理论认为:碱性渣中含有自由的氧离子O,它能与PO结合成稳定的PO离子,脱磷反应是: 2[P]+5[O]+3(O)─→2(PO) (4)不管是分子理论或离子理论,但是有一个重要的事实是:3CaOPO4CaOPO和PO都有很高的热力学稳定性。根据熔渣阴离子聚合模型(见马松模型),PO还能与渣中的硅-氧链结构形成SiPO、SiPO、SiPO等稳定的复合阴离子。 渣量、FeO含量、温度对脱磷的影响 增大渣量,或将含磷多的炉渣放出,另造新的碱性渣,都是使钢液有效脱磷的措施。渣中含有足够量的 FeO不仅可以向钢液传送氧,还能使加入炉内的固体石灰更快地溶入渣中,使渣中自由的O离子增多,从而提高熔渣的脱磷能力。脱磷是放热反应,温度较低有利于反应的进行。 各种炼钢方法脱磷的特点 在平炉炼钢及电弧炉炼钢氧化期中,渣中含有足够数量的 FeO;在氧气顶吹转炉炼钢中,调节氧枪位置高低也可保持渣中含有一定量的 FeO,在脱碳的同时也可以脱磷。但在空气底吹转炉炼钢(托马斯法)时,脱磷与脱碳不能同步进行。其主要原因是:空气穿过钢水时,其中的氧被硅、锰、碳的氧化所消耗殆尽,渣中缺乏足够量的FeO,加入的固体石灰也很少溶入渣内,渣的脱磷能力很差。只有待吹炼后期,钢中碳降到很低时,渣中FeO含量增大,使固体石灰迅速溶解入渣后,才能有效地脱磷。这称为后吹去磷。氧气底吹转炉炼钢也有类似的情况,主要靠后吹去磷。为避免后吹,可用吹入石灰粉或人造合成渣的办法以加速石灰的溶解,提早去磷。 回磷及防止方法 脱磷反应速度甚快,容易接近平衡。在钢水脱氧时,温度较高,如果渣中CaO含量不够高,加入脱氧剂后,钢中溶解的氧减少,这些不利于脱磷的条件凑在一起,会使去磷反应的平衡向反方向转移,钢中含磷回升。这种现象称为回磷。在氧气顶吹转炉炼钢中,如果枪位过低、渣中FeO少,也会使渣趋于回磷。为减少回磷,应尽可能在出钢时使渣量减少,并在渣中加入石灰,使渣变稠。电炉炼钢在氧化期结束时,要尽可能地将含磷的氧化性渣排出炉外,以防止还原期回磷。

转炉脱磷,一般脱磷率能达到80%以上。脱磷的条件是低温,高碱度,高氧化铁,大渣量。这几个条件在一般的铁水条件下,正常加料前期都能满足。一般情况下,脱磷是在前期进行的,而且是比较容易的,然而却时常有磷高的废品出现。这个问题的主要原因是后期的温度高等原因造成脱磷的条件变坏,同时因为磷在渣中以氧化物的形态存在,不稳定,一旦条件变化就会朝相反的方向进行也就是回磷。具体的预防措施是:一、保证终点的炉渣碱度够高。二、做好挡渣,尽量减少钢包下渣。三、控制好炉温,防止终点温度过高。有时候铁水的含磷量太高,一次性达不到脱磷的要求,那么可以采用双渣操作,就是在正常开吹后初渣化好,就把前期渣倒掉,之后开吹时继续加料。采用这个方式操作时脱磷一般不是问题,应该注意粘枪的问题。还有一个情况是铁水的磷并不高,但是终点的磷高,这个时候看一下是不是铁水的硅太低了,如果铁是硅低到甚至是时会造成前期渣根本就不化,无法脱磷。这时可以采取高枪开吹,第一批渣料加氧化铁皮或者是烧结矿的方式,促使前期渣尽量早化,可以提高脱磷的效率。

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