二氧化碳入侵包气带对地表植物的影响和环境指示

Carbon dioxide Capture and Storage (CCS) has been demonstrated to be an effective and low-cost technology to reduce carbon emissions, aiming to mitigate global climate change. However, carbon dioxide leakage from CCS reservoirs may bring risk to ecological environment. Based on the preliminary work, different types of plants will be investigated under simulation platform of carbon dioxide leakage controlled manually. The growth, photosynthesis, metabolism and antioxidant function of plants will be determined to reveal the response mechanisms of the plant physiological system on carbon dioxide invasion of vadose zone. Through comparing the difference of plant sensitivity for carbon dioxide invasion of vadose zone and variation of key physiological and biochemical indicators,the plant sensitive indexes of carbon dioxide leakage will be identified, providing the scientific basis on environmental impact and warning method of carbon dioxide leakage from carbon capture and storage systems.

为应对全球气温上升和气候变化，二氧化碳捕集和地质封存（CCS）作为一个高效低成本的新兴减排技术在近年来取得了长足发展，而潜在的二氧化碳泄漏对地表生态环境的影响，目前却没有出现较统一的结论。本研究拟在申请人前期研究的基础上，选择具有代表性的不同类型植物，采用人工控制二氧化碳泄漏模拟平台，通过对植物的生长发育、光合作用、代谢功能和抗氧化功能方面研究，明确相关生理生化指标在二氧化碳入侵包气带的不同情景下的表达特点和规律，揭示植物生长发育及生理代谢过程在二氧化碳入侵包气带胁迫下的响应机制，同时比较不同类型植物及其关键生理生化指标对二氧化碳入侵包气的敏感差异性，建立二氧化碳地质封存泄漏的植物敏感识别指标和阈值体系，为建立二氧化碳地质封存泄漏的环境影响机理和预警机制提供理论依据和技术参数。

为应对全球气温上升和气候变化，CO2捕集和地质封存（CCS）作为一个高效低成本的新兴减排技术在近年来取得了长足发展，而潜在的CO2泄漏对地表生态环境的影响，目前却没有出现较统一的结论。本文选择具有代表性的不同类型植物，采用人工控制CO2泄漏模拟平台，通过对植物的生长发育、光合作用、代谢功能和抗氧化功能方面研究，明确相关生理生化指标在CO2入侵包气带的不同情景下的表达特点和规律，揭示植物生长发育及生理代谢过程在CO2入侵包气带胁迫下的响应机制，得出以下重要结论：.（1）对植物生长性状影响。小麦、玉米和苋菜株高降低；玉米和苋菜叶片数呈减少趋势。C4植物长势受抑制明显。小麦和豌豆果实净重及颗粒数均降低，且豌豆降低趋势与土壤CO2浓度呈较强负相关.（2）对植物生理系统影响。光合作用：土壤高浓度CO2对豌豆的光合作用有促进，小麦及苋菜光合作用呈低浓度抑制高浓度促进趋势； 黑麦草及玉米光合作用受不同程度抑制。即对双子叶植物光合作用有一定促进。保护酶系统：双子叶植物豌豆和苋菜的保护酶活性变化很小，保护酶系统反应不敏感；单子叶植物小麦、黑麦草、玉米CAT、SOD 活性变化复杂；POD酶活性变化较大，对由此胁迫引起的氧自由基较敏感。抗逆性：所有植物在该胁迫下细胞膜脂过氧化程度加剧，植物快速衰老。五种植物对该胁迫的渗透调节和抗毒害能力较弱。基础代谢功能：C4植物氮碳代谢均增加，能合成更多的可溶性蛋白和可溶性糖对植物发育进行调控以抵御逆境胁迫。.（3）根际土壤环境变化：随土壤CO2浓度升高，土壤全氮含量降低，硝态氮含量降低，铵态氮先增加后减小；全钾和全磷含量呈增加趋势，但速效钾、速效磷明显降低。表明土壤有效态养分减少。.（4）比较不同类型植物及其关键生理生化指标对CO2入侵包气的敏感差异性，获得敏感识别指标：可溶性糖，POD，敏感识别植物：豌豆、玉米。.（5）建立了CO2地质封存泄漏的环境指标阈值体系，为建立CO2地质封存泄漏的环境影响机理和预警机制提供理论依据和技术参数。