人类活动干扰下草原温室气体地-气交换特征及碳平衡研究

放牧和开垦目前是内蒙古草原最主要的两种人类生产活动，采用静态箱一气象色谱法对这两种土地利用方式下草原主要温室气体(CH4、N20和C02)地-气交换通量进行了原位观测，同时结合草原生态系统碳循环特征对放牧生态系统碳素收支状况进行了初步探讨，首次对开垦前后内蒙古草原CH4吸收和NzO排放的季节、昼夜变化特征进行了分析研究，对不同牧压梯度下内蒙古草原碳的损失进行了估算。主要研究结果包括以下4个方面： 1．内蒙古草甸草原开垦是大气CH4的汇，开垦为农田后，土壤．植物系统吸收大气CH4的能力增强。测定期间，农田与邻近的天然草原CH4平均吸收通量为23.38和24.57 ugCm'2h．1;尽管农业活动改变了草原CH4地．气交换通量，但是通量的量级仍是由当地季节性变化的气候条件决定的，其CH4吸收通量具有强烈的季节变化规律，表现为“春秋季高，夏季低”的特点;耕作使得土壤-植物系统CH4吸收通量的季节变化趋于平缓。 2．内蒙古天然草甸草原是大气N20的源。测定期间的平均排放通量为1.922ugNm'2h．1，通量范围为-0.484~7.425 ugNm.2h．1;天然草原N20排放具有明显的昼夜变化规律和季节变化特征，排放通量出现两个高峰期，整个生长季表现为高(5月中旬)一低（5月下旬至7月中下旬）一高（7月下旬至8月中旬）一低（8月下旬至9月）的趋势;农垦增强了土壤．植物系统排放N2O的能力。观测期间平均排放通量为2.914 ugNm'2h-l，比天然草原高52%，排放通量的季节规律性减弱，整个生长季呈现波动性变化，通量变化与天然草原相比趋于平缓。 3．内蒙古冷蒿小禾草草原与天然草甸草原一样，起着CH4汇、NzO源的功 能。主要温室气体CH4、N2O和C02的地．气交换通量受水热因子控制，与温度之间存在显著相关关系，具有季节变化特征：时间尺度对于讨论不同放牧压力下甲烷通量具有重要意义，不同放牧率处理9年后，土壤吸收甲烷的能力在当地自然气候条件下没有显著变化;放牧对草原N20排放通量影响显著，依次是轻度放牧<围栏封育<中度放牧<重度放牧;放牧增大了C02排放通量，观测期间四种处理间C02通量差异显著，C02排放通量四种处理依次为：围栏封育<轻牧<重牧<中牧。 4．对内蒙古草原放牧条件下碳收支状况的研究表明，冷蒿-小禾草草原受自然条件和人为因素双重作用存在由碳库（积累碳）向碳源（释放碳）转化的可能性。

全球变化的中国北方林生态系统生产力及其生态系统公益

基于我国北方林一兴安落叶松林的实际观测资料对国际著名的CENTURY模型进行了验证，进而模拟了我国北方林一兴安落叶松林的碳循环动态;结合全球变化的预测结果，模拟了全球气候变化下中国北方林生物量、生产力以及碳吸收能力的变化;并且预测了大兴安岭地区的自然干扰因子（林火）和人类活动（采伐、搂除枯枝落叶）对兴安落叶松林碳循环的影响。建立了综合反映兴安落叶松林生物学特性（年龄、蓄积量）及气候因素（年均温、年降水）共同作用下的兴安落叶松林净第一性生产力模型一材积驱动模型。评估了我国森林的生态系统公益价值，并建立了森林生态系统公益价值与其总生产力的回归关系。具体结果如下： (1) 我国北方林的植物总生物量为112. llt．hm-2，净第一性生产力为403. 07gC.m-2.a-l。 (2) 建立了兴安落叶松林的生物气候生产力模型： NPP= (0.3318ln (V/A) +0.4747)×30 (l_e-0'0009695E) 为基于森林资源清查资料与气候资料估算森林生产力提供了方法。 (3) 兴安落叶松林生态系统每年可净吸收碳2.65 t．hm-2，是一个重要的碳汇。 (4) 大气C02浓度倍增将使兴安落叶松林的净笫一性生产力增加9. 8%，并且提高了兴安落叶松林的碳汇功能。 (5) 温度上升将增加兴安落叶松林的生物量和净初级生产力，并且其碳汇功能也有所提高。对兴安落叶松林生长的主要限制因子是温度而不是水分。 (6) 林火使兴安落叶松林的生物量降低，但同时也促进了兴安落叶松的更新及幼树的生长，火烧后兴安落叶松林的生产力均有所增加。火烧的强度越大，烧死的森林生物量越多，火后的恢复期也越长。 (7) 一定强度的采伐有利于兴安落叶松林的更新和幼苗、幼树的生长，从而既得到了直接的经济效益，同时又可以保持一定的生态效益。 (8) 搂除枯枝落叶层在短时间内促进了兴安落叶松林的生长，但长期下去，则将导致土壤越来越贫瘠，不利于森林的生长。 (9) 兴安落叶松林所创造的生态系统公益的总价值约为2409.96×106US$．a-，其生态效益的价值是其所创造的经济价值的2.52倍，反映了生态效益的显著性。 (10) 在对我国各类型森林的生态系统公益价值评估的基础上建 立了森林生态系统公益价值与其生产力的回归关系：Va=108.25×1 06×(Tp)0'93，简化了生态系统公益价值的评估计算工作。

中国西北地区分布的几种荒漠植物的生理生态学特性研究

白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch.)是中国西北部沙漠的流动及固定沙丘上广泛分布的优势种灌木。瘦果小而轻;借助显微镜和扫描电镜对瘦果的形态结构进行了观察，其种子的种皮与果皮愈合，果皮外层为很厚的粘液层，其粘液层在遇湿后迅速吸水膨胀，其重量增至原来的589倍。在自然生境中，粘液物质将沙粒粘附于瘦果的周围，使瘦果的重量发生变化。瘦果能长时间在水上漂浮，粘液物质有助于种子的萌发和苗的发育。白沙蒿产生三种不同颜色的瘦果，其种子具有不同的萌发速率但最终达到相同的萌发率。瘦果的粘液物质对白沙蒿种子的传播与萌发具有重要的生态意义。白沙蒿种子为需光种子，种子在光下萌发而在暗中受到抑制。种子萌发的适宜温度为250 C，在100 C和300 C萌发速率和萌发率都很低，萌发在50 C受到抑制。种子在沙中被埋越深，其萌发速率和萌发率就越低。在沙平面下2厘米或更深层沙土下出苗率为零。但是，当将种子上层沙土移走，只保留0.5厘米沙土覆盖种子，这些种子的萌发率达到原先就位于沙土下0.5厘米的种子的萌发率，但是后者的萌发速率较高。土壤水分含量越高，从1. 7%到14. 7%，其萌发就越快。土壤水分含量从19.4%起，种子的萌发受到了延迟，苗的发育受到了抑制。 梭梭(Haloxylon ammodendron)是我国西北荒漠中分布的多年生植物，属中亚荒漠植被成分。其种子萌发的最适温度为loo C，亚适宜温度为15-20 0C。从200C起，温度越高，萌发比率越低。种子无论在光下和暗中都能萌发，萌发率无显著性差异。浓度低于0.2 molL的NaCl溶液对萌发的影响不大;但从0.8 mol/L起，萌发率随着浓度增高而降低，直至为零。将在盐溶液中处理9d的种子转移至蒸馏水后，原来较高浓度下的种子具有较高的萌发恢复率。不同浓度下的种子的萌发率和萌发恢复率要比蒸馏水中的低，表明NaCl处理后的部分种子永久地失去萌发力。梭梭的种子为短命种子，在自然状态下，种子的含水量为8.5%，寿命约为10个月。将梭梭种子含水量降至2. 5%和1.4%，其耐贮藏力增强。经过500 C下5天和10天的人工加速老化后，超干种子表现出较强的抗老化能力。与对照相比，超干种子萌发率、根长及活力指数等均显著提高。较低的电导率和较高的脱氢酶活性，说明种子在超干处理后表现出了膜系统的完整性和较高的种子生活力。超干处理既能显著提高梭梭种子的耐贮性，也能有效保持种质的稳定性，是梭梭种质资源保护的重要途径之一。 沙柳（Salix psammophila）是毛乌素沙地流动沙丘和固定沙丘上广泛分布的重要固沙植物。沙柳叶片的光合速率呈现出双峰型的日动态变化，在午后14点出现光合午休现象。蒸腾速率呈现出单峰型的日动态变化，蒸腾在午后15点达到最大。水分利用效率在早晨9点后保持在2.5 μmol C02．mmol-l H20左右。叶片水分亏缺也表现出规律性的变化。从早晨开始，叶片水分亏缺逐渐增强，在18时达到最大值。比较生长季节的不同时期环境因子的变化情况表明，春末的光照强度和气温比夏末高，但土壤水分含量则相反。沙柳在春末的光合速率、蒸腾速率分别是夏末的79%和72.4%，表明水分亏缺是影响沙柳生长发育的主要限制因素。

CO2浓度升高对羊草草原生产力和碳平衡的影响

自工业革命以来，大气的C02浓度以前所未有的速度增加，已经由280μmol mol-1升高到了360μmol mol-l。据预测，到下个世纪中／末期，C02浓度将为目前的二倍。C02浓度升高及其引起的全球气候变化必将影响到植物的生长发育，进而对整个生态系统产生巨大影响。因此，有关C02浓度升高对各类生态系统的影响的研究引起了广泛关注，成为近年来的研究热点。早期的研究多数集中于考察C02浓度升高对植物个体水平生长发育的影响。然而，高C02对植物的效应严重依赖于具体物种和具体环境条件，使得基于由短期盆栽实验获得的研究结果不能够有效地预测自然生态系统的行为。因此，长期、原位处理实验越来越受到重视。由于原位研究的难度较大，目前这方面的研究还不是很多。有限研究结果显示，由于生境条件和种间关系方面的巨大差异，自然生态系统对C02浓度升高的反应迥异。 草原生态系统由于C02浓度控制上比较容易实现，而且其物质循环相对较快，因而一直是C02富集实验研究最多的一类植被，生态系统水平的研究更是如此。然而涉及的区域和草原类型并不多，不足以进行可靠预测。目前，关于C02升高效应，研究比较系统的草原生态系统主要集中在：美国Kansas的高草草原、美国California的一年生草原、瑞士西北部的石灰质草原、美国Colorado的矮草草原和一些牧场。我国总土地面积的40%为草地，类型丰富，然而相关研究不多，尤其是对自然生态系统的原位研究几乎为空白。 为揭示C02浓度升高对羊草草原生产力和碳平衡的效应，我们在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的永久羊草样地开展了两年的C02倍增实验(2001，2002)。在羊草样地选择相对均匀地段设置12个开顶式气室（直径1.8m），每个气室内分成4个小样方(0.5m×0.5m)，其中6个气室在生长季给予加倍C02处理（约600μmol mol-l），另6个气室不补充C02（约300μmol moI-l）。地上部分用收割法取样，分种记录数量、高度和重量等指标，地下部分取样用环刀法。用Li-cor6400光合系统测定群落光合和呼吸速率。野外实验结束后，统一分析植物和土壤样品中的C、N等元素含量。另外，在内蒙古草原站院内设置了两组桶培实验，一组是取自羊草样地的带苗原状土，一组是取自羊草样地的混匀土，种上冰草(Agropyron cristatum)、紫花苜蓿(Medicago sativa)和无芒雀麦(Bromus inermis)的种子。2组桶培实验分别用两个水分梯度和两个C02梯度处理。水分处理分别为：浇水处理——每4天浇lOOOml水，相当于平均降雨量的160%;干旱处理——持续干旱，适时补水以保持植物不萎蔫，共浇水4000ml水。C02处理和取样方法与样地原位实验相同。主要研究结果和结论如下： 1)两年的C02加倍处理没有使羊草草原的生物量、植物种和功能型组成发生显著改变，桶培实验中，浇水处理显著促进了植物生长，原状土植物、种子苗实验的冰草和无芒雀麦对C02加倍处理同样不敏感，而种子苗实验的豆科植物紫花苜蓿在C02加倍处理下生物量显著提高。以上结果显示，由于水分和养分（特别是N）的限制，以及优势植物对C02的相对不敏感，C02浓度升高对羊草草原地上生物量和结构的效应相对不大。 2)羊草草原的根垂直分布在加倍C02条件下发生显著改变，但根生物量对C02加倍处 理相对不敏感。在4次取样中只有一次对C02加倍处理表现出显著变化，根长的变化与根生物量的变化不完全一致，根的比根长在加倍C02条件下增加。根垂直分布的变化趋势与降雨的时间分布相适应，干旱少雨时期C02使下层根量增加，多雨时期C02则使上层根量增加。以上结果显示，根的空间分布比根生物量对C02加倍处理更敏感。水分是根空间分布变化的驱动因子，加倍C02条件下，根空间分布的变化趋势倾向于优化对水分的充分利用。 3)加倍C02处理使羊草草原的群落光合速率显著提高，群落呼吸速率显著降低，因而使群落碳净输入量增加。土壤碳贮量占羊草草原碳总贮量的70%以上，碳总贮量及其组分（包括地上碳贮量、根碳贮量、土壤碳贮量）在两个C02浓度处理之问均没有显著差异。另外，加倍C02处理使羊草草原群落及其优势植物羊草的c：N比增加。以上结果显示，在加倍C02条件下羊草草原的碳净输入量增加，这意味着在未来高 C02条件F，羊草草原将作为碳汇对大气C02起反馈调节作用。其碳贮量对加倍C02 处理的不敏感与许多以前的研究结果相似，一般认为是由于土壤碳贮量本底太大， 掩盖了C02效应，这还有待于更长期原位实验的证实。羊草草原群落c：N比在高C02 浓度下的变化将影响凋落物降解、N素循环和动植物营养关系等，进而对生态系统 功能产生深远影响。

土壤有机碳和氮的分布及其对气候变化的响应

碳、氮不仅是生物体必需的营养元素，也是重要的生态元素。大气中温室气体C02、N2O等浓度的增加使得碳、氮的生物地球化学循环及其温室气体的减缓排放措施研究成为全球变化研究中的热点问题。 土壤是陆地生态系统的核心，是连接大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的纽带;它是陆生生物赖以生存的物质基础，是陆地生态系统中物质与能量交换的重要场所，其在全球碳、氮循环中起着十分重要的作用。一方面，土壤有机碳和氮的含量与分布直接关系到生态系统的生产力和生态系统的规模，同时土壤有机碳和氮的转化与迁移又直接影响到温室气体的组成与含量。而土壤本身又是生态系统中生物与环境相互作用的产物。因此，研究土壤有机碳和氮的分布、转化及其对全球变化的响应对于正确理解碳、氮的生物地球化学循环及其对全球变化的响应制定应对策略具有重要意义。 全球变化的陆地样带是从机理上理解陆地生态系统对全球变化的响应，预测全球变化对陆地生态系统的可能影响，实现预警、调节和减少全球变化不良影响，科学地规划和管理陆地生态系统的有效平台。目前，国际地圈一生物圈计划(IGBP)基于不同地区全球变化驱动因素的不同以及全球变化的潜在反馈作用强度的不同，在全球4个关键地区共启动了15条IG8P陆地样带。以水分为主要驱动力的中国东北样带(NECT：Northeast China Transect)即为IGBP的陆地样带之一。 本文以中国东北样带为平台，基于2001年对中国东北样带科学考察所采土壤样品的实测结果和气候资料分析了土壤有机碳和氮的梯度分布及其与土壤、气候等因子之间的关系;借助C02浓度升高和不同土壤湿度的模拟试验探讨了土壤有机碳和氮对气候变化的响应;根据作物残体还田的长期定位试验和盆栽试验研究了作物残体还田对土壤有机碳和氮转化的影响，讨论了农田生态系统通过作物残体还田对减缓温室气体排放的效应。主要结果和结论如下： (1).样带表层土壤有机碳平均为22.3土4.93 g．kg-1，下层土壤有机碳平均为8.9±1.20 g．kg-1。样带表层土壤活性有机碳平均为3.52±0.881 g.kg-1，占表层土壤有机碳的13.1±0.78%;下层土壤活性有机碳平均为1.14±0.250g.kg-l，占下层土壤有机碳的10.9±0.79%。样带土壤活性有机碳与土壤有机碳之间呈极显著正相关关系(相关系数r=0.993，P<0.001)。 (2).不同生态类型土壤有机碳和活性有机碳含量不同。中国东北样带东部(经度126°～131°)为温带针阔混交林山地，植被种类极其丰富，地带性土壤为暗棕壤，并且多为自然土壤，土壤有机碳和活性有机碳含量较高。但由于采样区局部地理环境、植被结构及人类干扰程度的不同，土壤有机碳和活性有机碳含量变异较大，平均为61.9±13.84 g．kg-1和10. 88±2.236g. kg-1。样带中部（经度119°～126°）为松辽平原栎林草原、农田区和大兴安岭山地草甸草原区，属半湿润向半干旱过渡的气候。该区域主要土壤类型为黑土、黑钙土、盐化或碱化草甸土及风沙土，土壤沙化、碱化严重，土壤有机碳和活性有机碳含量明显降低，平均为10.5±1.97 g．kg-l和1. 35±0.327 g．kg-1。样带中西部（经度113°～119°）为内蒙古高原草甸草原和典型草原区域，具有典型的半干旱气候特征。该区地带性土壤为栗钙土，局部丘陵区分布黑钙土，土壤有机碳和活性有机碳含量为14.6±1.65 g．kg-1和2.07±0.342g.kg-1。样带西部（经度111°～113°）为内蒙古高原荒漠草原区域，地带性土壤为棕钙土，土壤较为贫瘠，其有机碳和活性有机碳含量最低，平均为7.99±1.51 g．kg-1和0.51±0.216 g．kg-1。从总的趋势看，样带表层土壤有机碳和活性有机碳的梯度分布趋势一致，都呈现出随经度降低而下降的趋势，局部因土壤退化而出现波动。 (3).样带土壤有机碳和活性有机碳与土壤全量氮、磷、硫、锌及有效氮、磷、钾、锰、锌等均呈显著或极显著相关关系，与土壤PH、容重、持水量及孔隙度也呈显著或极显著相关关系。土壤表层有机碳和活性有机碳与降水量之间具有正的相关关系，其相关系数为r=0.677（P<0.001）和r=0.712（P<0.001）。但下层土壤有机碳和活性有机碳与降水量之间没有显著的相关关系。 (4).样带下层土壤有机碳和活性有机碳与经度之间仍具有显著的相关关系（r=0.454，P=0.026; r=0.473，P=0.020）。样带下层土壤有机碳和活性有机碳的变异小于表层。不同的生态系统，下层土壤有机碳和活性有机碳与表层土壤有机碳和活性有机碳的比率不同。总的来看，土壤活性有机碳含量随深度的增加而下降的幅度大于土壤有机碳。 (5).短期培养条件下，CO2浓度升高及干旱胁迫下，土壤有机碳的变化不大，其变异系数为1.28%;相比较之下，土壤活性有机碳对气候变化比较敏感，其变异系数为29.67%。不同土壤湿度，土壤活性有机碳含量发生变异的幅度因CO2浓度升高而降低。 (6).样带土壤全氮和有效氮与经度呈极显著正相关，其相关系数分别是r=0.695 (P<0.001)和0.636(P<0.001)。土壤表层全氮和有效氮的梯度分布与土壤有机碳的分布基本一致：沿经度呈现东高西低的趋势，局部由于土壤退化而出现低谷。样带除东部山区外，其它各部分土壤有效氮都很低，成为其植被生长的限制因子之一。样带下层土壤全氮和有效氮的含量低于表层，但样带不同部位下层土壤全氮和有效氮下降的幅度不同。总的来看，土壤全氮的剖面分布和土壤有机碳相似，而土壤有效氮则有所不同。 (7).土壤全氮和有效氮是土壤生化环境中两个重要的因子。样带土壤全氮和有效氮和土壤有机碳、全磷、全硫、全锌、土壤活性碳、有效磷、有效钾、有效锰、有效锌、土壤容重、田间持水量土壤总孔度等因子均呈显著或极显著的相关关系。 (8).样带表层土壤全氮和有效氮与降雨量之间呈极显著的正相关关系，相关系数分别是0.682(P<0.001)和0.688(P<0.001)。而下层土壤全氮和有效氮与降雨量之间的没有显著的相关关系（r=0.241，P=0.256; r=0.366，P=0.079）。土壤有效氮占全氮的比例与年均温呈显著正相关关系（相关系数r=0.390，p=0.044）。 (9).短期培养试验中，CO2浓度加倍和不同土壤湿度对土壤全氮和有效氮的影响没有达到显著水平。整个试验中土壤全氮和有效氮的变异较小（变异系数分别是5.55%和3.84%），但仍能反映一定的变化趋势。 (10)．玉米残体还田能够增加土壤氮素含量，减轻因其作为燃烧材料而造成的氮素损失和对大气的污染;玉米残体施入土壤，增加了土壤微生物氮含量，提高土壤氮活性，有利于土壤氮素养分的协调供应;玉米残体还田能够促进氮素从营养器官向籽粒中转移，提高氮素养分的利用效率。同时，玉米残体还田可以降低土壤NO3--N的累 积，减少肥料氮的损失4.7～5.6%。 (ll)．根据国内外文献和我们连续10年作物残体还田的肥料长期定位试验及盆栽试验结果，从减缓CO2排放、增加土壤碳固存、提高土壤生产力入手，分析了农业生态系统作物残体还田的必要性与可行性，讨论了农田作物残体还田，增加土壤碳固存对于减缓CO2排放、提高土壤生产力的作用与意义。提倡作物残体因地制宜地归还土壤，但作物残体还田后土壤固存与减缓温室气体排放的潜力还需要进一步进行研究。

玉米杂交种及其亲本光合特性的研究

本文包括三个部分。第—部分研究了玉米杂交种及其亲本的光合特性;第二部分研究了环境因子对玉米杂交种及其亲本光合特性的影响;第三部分研究了一种玉米白化叶片突变体(zb／zb)的光合特性。通过对类囊体膜的叶绿素组成、吸收光谱，光系统Ⅱ活性、原初光能转化效率、激发能在两个光系统间的分．配、光还原活力、叶绿素蛋白复合体的组分及多肽分析，对杂种—代和两个亲本自交系在上述条件下的光合特性进行行了比较和分析。主要结果如下： 一、整体叶片叶绿素荧光动力学参数证实，与两亲本相比，玉米杂交种叶绿体类囊体膜 的PSⅡ还原侧有较大的PQ电荷库(CA／Fo)，可以加快两个光系统间的非循环电子传递速率，有利于光合膜的能态化（△Fv／Fo和△Fv／T)，调节有效的光合磷酸化。同时，杂交种具有较大的光合单位（T1/2)。这些都有利于光能吸收和提高光能转化效率及光合作用速率。整体叶片光合强度的测定结果支持了上述分析。 二、叶绿体光合特性分析数据表明玉米杂交种和亲本在光能吸收、荧光诱导瞬变、电子传递和激发能分配等方面的数量差异;这些结果支持了整体叶片相应的测试结果。由此推断，杂交种和亲本在光合活性方面的差异，可能发生在代谢调节或酶调控水平上。玉米杂交种类囊体膜的光合特性的遗传方式很可能主要受核基因控制。产生杂种优势的主要原因是两亲本互补。在本试验中，生物量杂种优势达118.4％ 三、环境因子对玉米杂交种和亲本类囊体膜光合特性的影响主要表现在五个方面。 1. C02浓度升高可提高叶绿素含量;盐分胁迫和低温胁迫减少叶绿素含量。 2. PSⅡ原初电子受体Q的氧化还原状态对环境因子敏感。C02浓度升高促进了Q的重新氧化，盐分胁迫和低温胁迫则影响其重新氧化。 3. 环境因子对激发能在叶绿体两个光系统间分配的影响各不相同。C02浓度升高，有利于激发能向PSⅠ的分配。低温胁迫和盐分胁迫，使母本叶绿体中的激发能分配明显受阻而杂交种和父本的影响较小。 4. 捕光叶绿素a／b蛋白复合体对环境因子比较敏感。C02浓度升高可增加其含量，胁迫因子使其含量减少。 5. 玉米杂交种在光合特性方面对环境因子的适应性通常表现为超双亲。对不同环境因子的反应方式，多数是偏向父本。这表明玉米光合作用对环境的适应性主要是受核基因遗传控制，具有明显的杂种优势，因而杂交种对环境变化有较强的调节能力。 四、玉米白化叶片突变体(zb／zb)的叶绿体膜仅处在发育的初级阶段。zb／zb突变体的叶绿体膜几乎没有基粒结构。间质片层膜也比较希疏。叶绿素蛋白复合物含量明显少于正常发育的叶绿体。对光能的吸收仅相当于正常叶绿体的43%,光系统I的活力相当于正常的l／5，原初光能转化效率为正常的1／3，低温荧光发射强度也明显低于正常叶绿体。这些说明，玉米zb／zb突变体中膜的组分合成或质体片层的组装过程受到阻碍。这种发育不完善的膜缺乏叶绿素a／b蛋白复合物，缺乏基粒，但光系统I发育较完善，其电子传递链发育较缓慢，因而光系统Ⅱ活力和原初光能转化效率等明显低于对照。因此，具有这种膜结构的突变体光合生产力明显降低。

苏铁叶绿体的超微结构和功能及对CO2浓度倍增的响应

本研究首次揭示了七种苏铁类植物叶绿体的超微结构。即苏铁科(Cycadaceae)的攀枝花苏铁(C. panzhihuaensis).苏铁(C. revoluta)、叉叶苏铁(C.micholitzii)、 刺叶苏铁(C.rumphii和多歧苏铁(C.multipinnata)，蕨铁科(Stangeriaceae)的蕨铁(Stangeria eriopus)和泽米科(Zamiaceae)的米德尔堡大苏铁(Encephalortos middelburgensis).根据它们叶绿体内膜结构的不同将其大体分为两种类型：1、阴生型叶绿体：多歧苏铁和刺叶苏铁为此类型，它们的叶绿体类囊体垛叠程度高，基粒垛较宽，单个基粒中类囊体的数量很多，有的甚至上百;2、阳生型叶绿体：攀枝花苏铁、米德尔堡大苏铁、苏铁、蕨铁和刺叶苏铁以及外类群的凤尾蕨(Pteris vittata)的叶绿体均有阳生型叶绿体的特征：类囊体膜垛叠程度低，基粒较小。根据它们叶绿体的结构特征，又将其分为两组： ( 1)攀枝花苏铁，米德尔堡大苏铁和叉叶苏铁叶绿体中均有类囊体膜膨大的现象： (2)苏铁和蕨铁在苏铁类中是比较原始的种类，它们的叶绿体与在系统进化上较苏铁类低等的凤尾蕨的叶绿体中都有几个基粒聚集成簇的现象，说明苏铁类在进化的同时一些较原始的性状仍保留了下来。这些苏铁都在温室相同的条件下生长了两年多，但它们的叶绿体结构仍然能够反应原产地生境特点，说明在长期进化中，叶绿体对环境的适应方式已在基因水平上稳定下来，苏铁类植物不同叶绿体结构的形成有其遗传基础。 多歧苏铁，攀枝花苏铁，叉叶苏铁的叶绿体膜垛叠程度依次降低，与此相应，它们的chla/b和F730/F684依次升高，反应了结构与功能的一致性。 选用具有阳生型叶绿体的攀枝花苏铁和有阴生型叶绿体的多歧苏铁用不同的C02浓度（350 umol mol-l和700umol mol-l）处理后观察其叶绿体结构的变化，结果发现C02浓度倍增对它们的叶绿体影响甚微，而作为对照的无论是C3植物小麦(Triticum italica)还是C4植物谷子(Setaria italica)在C02倍增的条件下叶绿体内均有大量淀粉粒积累，并有膜结构改变。这说明苏铁的叶绿体结构有保守性，这有可能是苏铁类能历经亿万年的沧桑而生存下来的结构基础之一。

水稻对大气二氧化碳浓度及温度升高的光合适应的研究

基于长期观测资料，众多大气环流模型预测在二十一世纪末大气中二氧化碳浓度将达到700μmolmol'I，地球表面年平均温度也将升高1.5-4.OoC。水稻是亚洲的主要粮食作物，为世界近三分之一的人口提供食物能源。这项工作的目的，是利用人工模拟环境，预测在未来全球气候变化，二氧化碳及温度升高的条件下，水稻的光合生理反应及随之而来的对其产量的影响。本研究是美国环境署( EPA)与国际水稻研究所(IRRI)合作研究项目“Effects of UV-B and Global Climate Change on Rice”的一部分． 在这项研究中，采用了特殊设计并直接建立在水稻田间的开顶式气室（open-top chambers）。在此之前还没有这样大规模的在水稻主产区的此类模拟研究，水稻在气室中渡过了从萌发到收获的整个生长过程。模拟环境条件有三个浓度的二氧化碳（包括现有大气浓度，在此基础上升高200及300 μmolmol-l）和两个温度（即：现有大气温度及升高4度）共六个处理。供试水稻品种四个：IR72，IR65598-112-2，IR65600-42-5-2-BSI-313和N22。在实验中我们发现，水稻品种（如：1R72）单叶光合速率（以二氧化碳气体交换速率计）受二氧化碳浓度促进，在水稻营养生长期，二氧化碳及温度对其光合有协同促进作用．然而，随着花期的到来，在高温条件下，叶片光合能力（photosynthetic capacity）下降，出现光合适应现象（Photosynthetic acclirnation）.水稻群体光合作用同样受到二氧化碳浓度促进，但在后期(Grain fill stage)这种促进作用消失;在高浓度二氧化碳下生长的大多数水稻品种的叶片中有较多的碳水化和物（可溶性糖和淀粉）积累．耐高温品种N22叶片中淀粉积累较少：叶片中氮素含量降低，同时发现Rubisco总活性相应降低，这与NCi曲线所示光合效率降低相吻合;通过叶片叶绿素荧光动力学测定，没有发现光系统光能转化效率的变化;水稻籽粒产量随二氧化碳浓度升高而增加，但温度升高使产量降低12.8-36.8%;不同品种对二氧化碳浓度的反应没有显著差别;在高温条件下，耐高温品生长在高二氧化碳浓度下表现良好。 本文系统地研究了水稻光合作用在二氧化碳及温度条件影响下，对二氧化碳浓度及光强变化的反应曲线，初次对水稻单叶与群体光合对二氧化碳浓度变化的反应做了实验性对比;讨论了温度升高对水稻在高浓度二氧化碳下发生光合适应的影响，对光合适应现象的可能机制做了探讨，并提出对未来大气二氧化碳浓度及温度升高条件下水稻适应品种筛选的可能方向。

外源ABA对玉米幼苗光抑制的调节

玉米幼苗经外源脱落酸(ABA)处理后，其生长与光合作用，如株高、干物质积累、净光合速率(Pn)、光合作用的量子效率(фC02)和羧化效率(CE)，以及光系统II (PSII)实际光化学效率(фPSII)等受到抑制，且该抑制程度与处理ABA的浓度呈相关性。PSII最大光化学活性(Fv/Fm)变化表明，以10和25μmol L-I ABA处理玉米幼苗7天，可明显提高其抗光抑制能力，而50μmol L-1ABA处理的玉米幼苗在相同条件下的抗光抑制能力下降。进一步以25μmol L-lABA处理玉米幼苗来研究，结果表明ABA处理可减缓强光下玉米叶片Pn、CE、фPS II和叶片吸收光能光化学猝灭(qP)的下降，同时增强叶片吸收光能的非光化学猝灭(NPQ)。另外，叶绿素荧光非光化学猝灭的中间组分(qm)增强，光抑制后Fv/Fm的恢复能力提高，这表明ABA处理高提高了强光下玉米幼苗的光系统状态转换能力和Psn循环修复作用。除此之外，ABA处理后玉米幼苗的叶黄素循环类色素，如紫黄质(V)、环氧玉米黄质(A)和玉米黄质(Z)的含量增加，叶黄素循环库(V+A+Z)增大，说明依赖于叶黄素循环的热耗散在ABA处理玉米幼苗中得到加强。另外，ABA处理幼苗在强光下保持较高фPsII／Pn活性，以及叶片抗氧化酶活性提高，如超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)，抗氧化物含量增加，如抗坏血酸(AsA)、脱氢抗坏血酸(DHAsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSH)，这说明ABA诱导Mehler-peroxidase反应的增强在提高玉米幼苗抗光抑制能力中也发挥重要作用。 玉米叶片光系统I和光系统II在相同强度(300μmolm-2 S-l)的红光（655nm）和远红光（700-770 nm）共同照射下，光系统I(PSI)和光系统II(PSII)吸收光能基本平衡，叶片光合作用处于状态1，此时Psn保持较高的光适应下最大荧光( Fml)。关闭远红光，使叶片只处在红光照射下，则会引起光下PSII最大荧光( Frri2)的降低。关闭远红光约20nun后，光下下降的Psn最大荧光基本达到稳定，叶片光合作用处于状态2。这种在状态l向状态2的转换过程中所发生的PSII最大荧光下降不受DTT（叶黄素循环抑制剂）的影响，且整个过程中PsII最大光化学效率( Fv/Fm)保持不变，而光下PSII初始荧光(F0')在前20min内迅速降低。另外，在PSII吸收的红光照射下，玉米叶片吸收光向PSII分配的量(B)不断减少，与此同时，吸收光能向PSI分配的量(a)不断增多。ABA预处理玉米幼苗7天，可进一步加强红光下PSII最大荧光(Fm2)的降低，使荧光参数Fm1/Fm2—1增大，而使β／α-1降低。另外，ABA处理较对照幼苗在红光下呈现更高的荧光非光化学猝灭中间组分(qm)。在引入叶绿体蛋白激酶抑制剂NEM的情况下，ABA处理与对照玉米叶片在红光下所表现的qm差异则消失。从状态1向状态2的转换过程中，ABA处理引起玉米叶片77K低温荧光F684/F732的下降幅度显著加大。以上结果说明ABA处理可提高玉米幼苗光合作用的状态转换能力。 用的25μmol L-l ABA对玉米幼苗进行长时间（根系浇灌7天，LT）和短时间（实验前一天晚上叶面喷施1次，ST）处理，研究叶片C02同化、PsII化学活性，以及叶黄素循环的变化。结果表明在非光抑制状态下，LT与ST对玉米叶片光化学活性( Fv/Fm)及叶片羧化效率(CE)没有明显影响，但二者都引起叶片净光合速率(Pn)与气孔导度(Gs)下降。LT处理增大玉米叶片叶黄素循环库，而ST处理对该库大小没有影响。1500μmol m-2 s-1强光可明显引起玉米幼苗叶片Fv/Fm降低，但与对照幼苗相比，LT处理能显著减缓Fv/Fm降低。经60min强光照射后，ST与对照在Fv/Fm、фPS II、Pn和CE等参数上没有明显差异，但这些参数在LT处理的玉米幼苗中仍保持较高水平。LT处理幼苗叶黄素循环类色素含量及非光化学荧光猝灭(NPQ)都显著高于对照，膜脂过氧化产物MDA含量比对照低。而ST处理与对照在叶黄素循环类色素含量、NPQ和MDA含量等方面没有明显差异。以上结果说明ST处理对玉米幼苗光抑制没有明显影响，而LT处理可增强玉米幼苗抗光抑制能力，这可能与ABA处理使玉米幼苗在强光下维持较高的C02同化作用，以及其诱导叶片叶黄素循环增大有关。

甜菜碱提高植物光合作用对逆境抗性机理的研究

从菠菜中克隆甜菜碱醛脱氢酶( betaine aldehyde dehydrogenase，BADH)基因并转化烟草， 研究转基因烟草光合作用对高温和盐胁迫等环境胁迫的抗性机理，利用外源甜菜碱研究在正常条件下对植物光合作用的影响以及在盐胁迫下外源甜菜碱对玉米幼曲光合作刚的保护机理。主要结果如下： 转BADH基因烟草中能合成甘氨酸甜菜碱，合成的甜菜碱主要积累于叶绿体中。转BADH 基因烟草提高了对高温胁迫的抗性，在中度高温胁迫下，转基冈烟草生长利光合作用对高温 的抗性增强。中度高温胁迫下，转基冈烟草光合作用的维持是由于甜菜碱对Rubisco活化酶的保护作用。在中度高温胁迫下甜菜碱通过维持Rubisco活化酶的活化态以及阻止Rubisco 活化酶山可溶性问质向类囊体的聚集，从而维持了Rubisco活化酶的活性，进而维持了C02 的同化。在严重高温胁迫下，烟草光系统II受到影响，转BADH基冈烟草通过提高体内抗氧化酶系统的功能，减轻了高温胁迫对光合机构造成的活性氧伤害，高温胁迫下转基因烟草体内抗氧化酶如SOD、APX、GR等酶活性明显高于野生型。在高温胁迫下，证明了甜菜碱对光系统II的保护作用主要在氧化侧，严重高温胁迫下，转基因烟草维持较高的PSII活性。 转BADH基因烟草提高了对盐胁迫的抗性，盐胁迫下转基因烟草光合作用的维持与盐胁迫下转基因烟草较高的气孔导度和抗氧化酶活性的提高有关。 外源甜菜碱在正常的非胁迫条件下对植物的生长有促进作用，而这一作用与光合速率的提高有关。通过对气孔导度、光合碳同化关键酶以及叶绿素荧光分析证明，甜菜碱对光合作用的促进与气孔导度的提高有关，同时甜菜碱提高了光系统ll的实际光化学效率。 外源甜菜碱提高了盐胁迫条件下植物的抗性，抗盐性的提高与盐胁迫下甜菜碱对气孔导度的提高以及维持较高的光系统II光化学活性有关。

Ecology of Shakla heel (Brahmanbaria), Bangladesh

The bed Shakla, comprising an average area of 75.0 ha is located in the northeastern region (Brahmanbaria district) of Bangladesh. The study was carried out to assess the ecological aspects of bed ecosystem. Surface run-off and increase inflow of rain water from the upper stretch during monsoon cause inundation and resumption of connection between beel and parent rivers. The range of dissolved oxygen (DO) content ( 4.5-8.9 mg/L) was found congenial for aquatic life. pH was in the alkaline range (7.3-8.5) and free C02 was reletavely high. Lower values of total hardness and total alkalinity indicated less nutrients in the beel water. A wide variation (1.4-27.2 x 103 ceHs/L) in the standing crop of total plankton was recorded during study period of which phytoplankton alone contributed about 90%. Phytoplankton diversity in the beel represented by three groups viz. Chlorophyceae, Myxophyceae and Bacillariophyceae in order of abundance. A total of 52 fish species belonging to 36 genera, 20 families and 1 species of prawn were identified so far from the beel. About l3 types of fishing method were found in operation. Seine nets (moshari berja, ghono berjal) and gill net (current jal) were identified as detrimental gear killing juveniles of different species during post spawning period. Kua fishing was also found harmful due to dewatering nature. A total of 11 species belonging to 11 genera and 10 families of aquatic weeds were identified from the beet The eggs of Macrobrachium Jamarrei were identified into the Najas najas vegetation during April-September.

Study on the sustainability of FPC produced from Kilka (Clupeonella engrauliformis, C. grimmi and C. cultriventris) in two vacuum packaging and modified atmosphere packaging at different environmental factors

Fish protein concentrate (FPC) is a healthy, sustainable and high nutritive product which sanitized produced from fishes in which, protein and other nutrients are more concentrated than in fresh fishes. The aim of this research is to study on the sustainability of FPC produced from Kilka (Clupeonella engrauliformis , C. grimmi and C. cultriventris) in two Vaccum Packaging and Modified Atmosphere Packaging at different environmental factors during six months. In our study the analysis of FPC protein showed 91.2%, lipid: 0.5%, ash: 3.6%, moisture: 2.3%, Total Volatile Nitrogen: 10 ml/100gr and peroxide: 5meq/kg. Amino acids and fatty acids were also determined. Bacteria and Fungi were lower than 1000 colony. Samples are kept in different condition of temperature (5, 20 and 35 degree centigrade), humidity (25, 40 and 90 percent) and light and dark environment in six month. Lipid rate in FPC after 6 months in VP and MAP (60% C02, 30 % N2 and 10% O2), packages was decreased but was not significant (P>0.05). It was also detected that increase temperature lead to more decrease in lipid content. Protein rate of FPC was decreased from 91.2% to 73.6% during six months at 35°C in VP Package and from 91.2% to 69.4% in MAP package. These changes were significant (P<0.05). TVN and PV rate in FPC after 6 months in VP and MAP packages was increased but was significant (P<0.05). Amino acids and fatty acids were also determined. But more changes in MAP packages was detected.

直接甲醇燃料电池电催化剂性能优化的研究

燃料电池以其高效、环境友好的发电方式，被誉为21世纪的能源技术。其中，直接甲醇燃料电池（DMFC）更以燃料甲醇来源丰富，价格低廉，储运方便而成为近年的研究热点。目前，DMFC两个主要问题是阴、阳极催化剂电催化活性低和甲醇会从阳极渗透过固体电解质膜到达阴极，使在P灯C阴极上同时发生甲醇氧化和氧还原，严重降低了电池的性能。因此，本论文主要研究高效阴、阳极催化剂及耐甲醇的阴极催化剂，以提高DMFC的性能。本论文主要研究内容和结论如下：1．分别用空气，硝酸，双氧水，C02对Vulcan-XC72活性炭进行预处理，然后负载R，得到炭载R（P灯C）催化剂。发现与用未处理活性炭或用空气，硝酸，双氧水处理的活性炭制备的P灯C催化剂相比，COZ预处理的P灯C催化剂对甲醇氧化和氧还原显示出最高的电催化活性。2．用电化学方法制备了磷钨酸（PWA）修饰Pt电极，发现PWA对甲醇在R上电氧化有很好的促进作用，虽然甲醇氧化峰峰电位并不发生变化，但峰电流要比在未经修饰的Pt电极上高。该促进作用与修饰电极制备时所用的修饰液中的P从叭浓度有关，修饰液中PWA的浓度为0．25mgml-1时，制得的PWA修饰Pt电极对甲醇氧化的电催化活性最高，与未修饰电极相比，可使甲醇氧化峰峰电流提高50％左右。3．用机械混合的方法制备了Pt-PWA/C催化剂，并研究了不同混合质量比对催化剂性能的影响。发现具有合适的PWA和P仃C质量比的Pt-PWA/C催化剂对氧还原的电催化活性和耐甲醇的性能要优于P灯C催化剂。当PWA和Pt/C的质量比为1：1时，R-PWA/C催化剂具有最佳性能。与P灯C催化剂相比，Pt-PWA5／C催化剂可使氧还原电流最大提高38％，使甲醇氧化电流下降76％。其原因可归结于PWA分子的高度亲氧性。4．制备了炭载钻叶琳（CoTPP）和R（CoTPP-Pt／C）催化剂，并对其进行了不同温度的热处理，发现热处理可提高CoTPP-Pt／C催化剂对氧还原的电催化活性和耐甲醇能力。而且这种性能的提高与热处理温度有关，最佳的热处理温度为700℃。与Pt/C-un催化剂相比，其氧还原电流密度可以提高74．4％，而甲醇氧化峰峰电流密度可以下降22．0％。因此，CoTPP-Pt/C-700催化剂可成为DMFC中性能优良的阴极催化剂。5．研究了大环化合物四磺酸基酞著钻（CoTSPc）作为阴极电解液中的添加剂对于光滑Pt电极对氧还原的电催化活性和耐甲醇能力的影响。发现COTSPc使光滑R电极对氧还原的电催化活性稍有降低，而对甲醇氧化的电催化活性降低很大，这主要是由于CoTSPc对氧还原有较好的电催化活性，而对甲醇氧化却没有电催化活性。这种效应与加入COTSPc的浓度有关，因此，选择最佳的CoTSPc浓度，可使光滑Pt电极对氧还原的电催化活性基本不受影响，而大大降低了对甲醇氧化的电催化活性。当电解液中加入CoTSP。的浓度为0．09mmolL-1时，氧的还原电流可以基本保持不变，而甲醇的氧化峰峰电流下降79．7％。

聚酰亚胺膜用于醇/醚混合物的分离

采用渗透汽化（PV）或蒸汽渗透（VP）膜过程分离共沸、近沸、同分异构以及热敏感性液体混合物的研究工作已经开展许多年了。同传统严重耗能的分离技术相比（如萃取或者共沸精馏），Pv或VP无论从节能、安全还是环境友好方面看，都是一个非常有前景的新技术。PV或VP也是一种"清洁"的技术。它特别适合于处理含有挥发性有机组份的混合物。目前PV或VP的方向可以分成三个：（l）水一有机混合物的脱水；（2）从水溶液中脱除挥发性有机物；（3）有机一有机溶剂混合物的分离[1]。PV的一个里程碑式的工作是1982年GFT公司（现属SulzerChemtech公司）利用亲水材料聚乙烯醇（PVA）在巴西建成了第一个乙醇脱水的工业化膜装置。至今在全世界已经建立了100多套Pv工业装置（90％是GFT公司提供的膜和技术）。多数用于有机溶剂的脱水，包括乙醇脱水、异丙醇脱水以及酷类、醚类和其它有机溶剂的脱水。现在PV的研究热点己经不是亲水膜了，而是亲有机溶剂的膜。这方面的研究是非常活跃的。但是与之呈鲜明对比的是没有什么大的工业化技术。值得提及的是1991年AlrProducts公司建成了膜法分离甲醇一MTBE的工厂。这个成功激励人们进一步研究那些汽一液平衡差的有机混合物的分离。目前PV普遍存在的主要问题是通量较低，这是阻碍Pv进一步工业化的关键。而这个问题的根源在于缺少具备耐溶剂的聚合物膜材料。膜材料问题又表现在两个方面：一个是设计并合成出新的高性能膜材料，另外是筛选出具备高渗透性能与稳定性兼备的膜材料。事实上，经过二十多年的研究，针对PV已经开发出许多新，的聚合物膜材料了。但似乎合成新材料的热情并没有因此而降温。开发新材料仍旧是聚合物膜领域的一个重要问题。对现有材料进行改性研究已经成为材料设计的一个重要方面。由于PV分离膜对体系的针对性非常强，为特定体系筛选材料就成为一个关键问题。筛选材料又涉及到构造膜材料结构与渗透性能关系的理论【3］。目前这方面的工作还很不完善。VP是将有机溶剂在蒸汽状态下进行分离的较新膜过程。近10年来VP技术工业化的步伐很快，这主要得益于PV技术在工业应用中所积累的经验与知识。1989年9月德国Heilbronn的Bruggem～公司设计并投入运行了世界上第一套工业规模的VP装置，接下来有许多VP装置在世界各地建立起来。在无水乙醇生产中，二者操作成本相似，但VP法比PV法节省设备投资费用，因而总成本也比较低。另外，VP过程还特别适合于从空气或其它气体中去除挥发性有机污染物，并回收有用物质。如石油化工中回收乙烯、丙烯、氯乙烯单体；天然气生产中去除C3以上碳氢化合物，及HZS、C02等酸性气体；空气中可挥发性有机物，如氯甲烷、丙酮、庚烷等［2］。实际上，从己经工业化的技术上看，单纯应用PV或VP进行有机混合物的分离不是最佳的选择。采用PV或VP与蒸馏过程祸合的方法常常是最经济的，因为藕合过程可以利用原有的精馏设备。这不仅有利于节省设备的投资，而且可以节约操作费用。尽管利用PV或VP分离有机一有机混合物的商业前景是非常广阔的，但是这个领域的发展却最缓慢。现在看来，主要问题是研究者在表征与开发单一成分的膜材料（比如聚合物材料与无机材料）方面花费了太多的时间与精力。因为单一材料的分离性能也许注定不能成功。正像聚合物材料在气体分离方面存在透过性与选择性相互制约的Robeson上限那样，在有机混合物分离方面也应该存在类似的关系。但人们常常是被迫才承认这些让人不愉快的极限定律。本论文采用长春应化所自主合成的一种可溶性聚酞亚胺（HQDPA-DMMDA）为基本膜材料，进行有机混合物的分离研究。开展了三方面的工作：一个方面是表征这种聚合物膜对醇一醚（主要是甲醇-MTBE）混合物的分离，包括对材料进行共混改性、杂化改性等研究。第二个方面是针对"溶解一扩散"理论及实验上存在的一个基本问题，发明了一种测定有机溶剂在聚合物膜内形成团簇尺寸的新方法。第三个方面是将气体分离中有关自由体积理论引入到"有机溶剂一聚合物"体系中，解释其溶胀、吸附行为。论文的第一章将介绍己经研究的和工业化的有机一有机混合物体系及膜材料的状况。第二章将介绍与PV、VP有关的较新理论。第三章将介绍两种表征聚合物及测定聚合物一溶剂相互作用的新方法。第四章将介绍与本论文有关的实验背景。第五章是关于聚酞亚胺膜材料用于甲醇-MTBE分离的表征与改性研究的工作。第六、七、八、九章是关于分离机理的研究工作。

Ce-基催化剂上CH_4低温催化燃烧的研究

Ce-基催化剂在汽车尾气净化，工业废气处理，烃类重整，烃类选择加氢等方面均有广泛的应用。近几十年来关于如何制备高活性、高稳定性的非贵金属复合氧化物催化剂一直是催化研究的重要课题之一。Ce-基催化剂主要都是通过其它金属氧化物M掺杂到CeO_2中形成Ce_(1-x)M_xO（M为掺杂物）固溶体。本文选用CeO_2作为主要研究对象，用柠檬酸法有目的的引入化学特性、离子半径不同的另一组分，用x值表示各元素间的化学计量比，优化催化剂的组成、结构，来调节所合成固溶体氧化物的物理化学性质。分别以碱土金属Ca、稀土金属La以及过渡金属Ni和Mn为掺杂物制备出含其它不同离子的Ce-基催化剂；将具有较高活性的Ni_(0.7)Ce_(0.3)O负载在ZrO_2上，以CH_4燃烧为模型反应，考察催化剂活性和氧化还原性的关系。1．Ce-Ca-La-O体系单独Ca或La分别加入到CeO_2中后催化剂的活性比单独的CeO_2的活性要高出很多，完全转化温度要下降近100℃，而且它们的H_2-TPR实验也证实了其氧化还原能力有很大的提高。将Ca和La同时引入到CeO_2的复合氧化物Ce-La-Ca-O材料，其活性比无La的Ce-Ca-O的活性没有明显的提高，而且反而要比Ce-La-O的活性低，且其HZ一TPR实验也显示出和复合氧化物Ce-Ca-O的轮廓一样。2．Ce-Ni-Mn-O体系对NiO、MnO_x、CeO_2三种金属氧化物，在优化两种金属氧化物最佳配比（组成）后，在复合氧化物中掺杂第三种金属氧化物以考察第三种金属对其甲烷燃烧活性的影响。（l）CeO_2-MnO_x体系中，在Ce_(0.8)Mn_(0.2)O掺杂NiO后，发现当Ni的摩尔量为-10％时，活性提高幅度的很大，完全燃烧的温度下降了近50℃，可在550℃将CH_4完全氧化到CO_2。（2）CeO_2-NiO体系中，Ce_(0.3)Ni_(0.7)O可在530℃将CH_4完全氧化到CO_2。向其中掺杂Mn后，复合氧化物的活性反而下降，要在550oC才能将CH4完全氧化到C02。这可能是阴离子缺陷减少所致。（3）NIO一Mnox体系中，Nio，IMn090掺杂Ce后，催化活性有大幅度提高，特别是Nio．ICeyMno90（0．3三y生0．8）中催化剂的活性更高，可在530oC体系中，其中y＝0．5时更突出。3．Ni-Ce-O／ZrOZ体系（1）Ni1-x一Cex一O体系中，独立的CeOZ相促进了NIO的还原和表面积增加。（2）少量的CeOZ的掺杂明显改善了NIO对cH4完全氧化反应的活性。继续增加Ce的量催化活性弱有增加，然后下降。在Ce的掺杂量为30％时，即Nio7Ceo3O，催化活性最佳，此时甲烷完全转化的温度为530oC。（3）催化剂Ni07Ceo3O具有很好的稳定性，900oC下焙烧，还能在540oC将CH4完全氧化到COZ。（4）催化剂Pd／Ni07Ceo30的催化活性与Pd／A12O3的活性相当。（5）催化剂Ni07Ce03O负载在不同的载体上，发现ZrOZ作载体效果最佳，其次为5102，这可能是ZrOZ、5102对NIO、CeOZ相对惰性有关；而MgO、A1203虽表面积较大，但作为载体效果却不好，可能其易与NIO、CeOZ发生反应有关。（6）Nio7Ceo3O负载在ZrOZ上，提高了表面积同时促进了Nio7Ceo3O还原性，以负载量为50％时活性最好。结构分析发现有两个新相生成，Ni4Zro和CeZO3。（7）通过对比发现Nio7Ceo3O（50％）／ZrOZ体系高活性除了ZrOZ作为载体提高表面积外，Zr02和Ce在这里还起到助催化剂的作用。4．还探讨了Pr掺杂到CeO2，以及YSZ作为载体负载过渡金属氧化物在甲烷催化燃烧反应种的作用。