基于流体分离污泥的异质性:微生物活性和群落结构

生物流化床处理系统中的剩余污泥如果能够被识别为老化的污泥和高活性的污泥,并通过某一种物理方法加以原位分离,则有可能提高生物处理的效率.本文以构造流体力场实现基于比重分布不同污泥组分的分离,得到聚结型污泥与离散型污泥,考察了两种污泥在胞外聚合物、微生物活性和微生物群落结构方面的差异,并与降解活性相关联,以证明异质性的存在.研究发现:活性污泥这种异质性的存在归因于离散型污泥中的胞外聚合物含量高,亲水性更强,比重更小;聚结型污泥在基质利用效率、比耗氧速率方面优于离散型污泥;在废水生物处理系统的污泥中,聚结型污泥较离散型污泥具有微生物群落结构分布上的优势,种群丰度更高.研究结果证明了聚结型污泥和离散型污泥内部菌胶团存在着功能上的差异,前者是应该被保留的活性组分,后者应该作为剩余污泥加以分离排出.     

鄱阳湖典型洲滩湿地土壤质地与水分特征参数研究

频繁干湿交替增强了鄱阳湖洲滩土壤水对湿地系统的动态调节作用。以鄱阳湖吴城国家自然保护区的一个典型洲滩湿地为研究区,调查分析了土壤质地沿高程梯度的分布特征,确定了不同土壤质地的水分特征参数,并阐述了土壤质地与其水分特征参数的空间异质性。结果发现:该洲滩湿地主要分布砂土、粉壤土和粘土三种类型。水平断面方向上,粒径较粗的砂土和粉壤土主要分布在高位滩地,而粒径相对较细的粘土主要分布在近湖区开阔水面的低位滩地;土壤剖面方向上,土壤质地呈现出固有分层特性。van Genuchten模型应用于鄱阳湖洲滩湿地土壤水分特征曲线拟合,证实了该模型在鄱阳湖洲滩湿地的适用性。模型结果表明土壤残余含水率θr变化约9%~19%,饱和含水率θs变化约42%~57%,土壤进气值的倒数α约0.01 cm~(–1),水分特征曲线形状参数n介于1.11~4.65之间。土壤含水率变化对van Genuchten模型中参数α和n较为敏感,而对θr和θs的敏感性相对较弱。研究成果可为后续该区域以及全湖区湿地生态水文模型的构建和发展提供背景信息和参数资料。     

农户异质性对农业技术培训参与的影响

近年来,随着土地流转加速和农民合作社的涌现,我国农户的异质性不断提高。本文将农户是否流转土地、是否加入合作社视为农户异质性的重要表现,考察其对农户参加农业技术培训的影响。基于鲁晋宁三省1 039户农户数据,构建了零膨胀负二项模型(ZINB)进行计量分析,并通过了稳健性检验。研究发现:租入土地不会显著影响农户的农业技术培训参与,但加入合作社会让农户参加更多培训。具体而言,租入土地农户参加农业技术培训的期望次数是不租入土地农户的1.04倍,而加入合作社农户参加农业技术培训的期望次数是未加入合作社农户的2.11倍。当前农业技术培训过于大众化造成的低瞄准性,是租入土地的规模经营农户没有对培训表现出更多需求的重要原因。本文的政策含义在于,农业技术培训政策需要做出适当调整,应结合已经分化的农户需求实行分层定位,提供差异化的技术培训服务,增强对不同培训目标人群的瞄准度;应给予开展农业技术培训服务的合作社更多支持。     

“水-能-粮”视角下杭嘉湖区域生态系统服务供需测度及政策研究

生态系统保护与城镇化间的冲突已威胁人类福祉。基于"水-能-粮"纽带视角,研究从供需双侧对太湖流域杭嘉湖区域2000、2005及2010年的产水、固碳以及粮食生产服务进行了测度,并利用空间基尼系数模型、供需指数模型及相关系数模型对其空间异质性进行了评价。结果表明:(1)产水总量先减后增,固碳及粮食生产总量小幅递减,水资源及粮食的需求总量小幅递增,固碳需求则急剧增加;(2)西南部山林地带产水及固碳服务供给显著,粮食生产聚集在东部平原,3种服务的需求均集中于高人口密度区域;(3)3种服务的空间分布基本均衡,但供需匹配度偏低,绝大部分区域的产水服务处于赤字状态,城镇区域固碳压力显著;(4)产水服务与固碳服务呈权衡关系,与粮食生产服务呈协同关系,固碳服务与粮食生产服务之间具有权衡关系,3种服务的需求间呈两两协同关系。可见,"水-能-粮"纽带关系在杭嘉湖区域表现为相互支撑、相互影响的共同体。最后,本研究提出适应性管理政策以改善区域生态系统。     

喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征研究

为查明高异质性背景条件下喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征,在6类典型人为活动方式石灰岩坡地针对4类主要生境类型(土面、土石面、石沟、石缝)开展生境空间分布调查和土壤理化性质分析,并利用Guelph入渗仪进行稳渗率实验。通过对比分析各生境土壤性质和土壤稳渗率关系,结合人为作用方式探讨各生境土壤性质和稳渗率空间变化特征及其演化规律。结果表明:1)喀斯特坡地土壤稳渗率普遍高于非喀斯特地区,喀斯特坡地土壤稳渗率受土壤孔隙和岩石裂隙耦合作用影响。2)各生境条件下土壤稳渗率具有高度的空间异质性,呈现"斑块状"空间分布特征。3)坡地人为作用方式变化将改变原有生境的土壤性质,进而导致各生境土壤稳渗率随人为活动进程发生相应变化。人为踩踏作用影响较小的原生林、次生林和乔灌林坡地土面和土石面生境土壤稳渗率普遍高于石沟和石缝生境,但转变为人为踩踏作用强烈的放牧灌草地或火烧人为干扰地后,土面和土石面生境土壤退化严重,土壤容重和粘粒含量增大,稳渗率显著降低。而石沟和石缝生境土壤性质和稳渗率受影响程度明显小于土面和土石面生境,土壤稳渗率仍可维持较高水平。     

喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征研究

为查明高异质性背景条件下喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征,在6类典型人为活动方式石灰岩坡地针对4类主要生境类型(土面、土石面、石沟、石缝)开展生境空间分布调查和土壤理化性质分析,并利用Guelph入渗仪进行稳渗率实验。通过对比分析各生境土壤性质和土壤稳渗率关系,结合人为作用方式探讨各生境土壤性质和稳渗率空间变化特征及其演化规律。结果表明:1)喀斯特坡地土壤稳渗率普遍高于非喀斯特地区,喀斯特坡地土壤稳渗率受土壤孔隙和岩石裂隙耦合作用影响。2)各生境条件下土壤稳渗率具有高度的空间异质性,呈现"斑块状"空间分布特征。3)坡地人为作用方式变化将改变原有生境的土壤性质,进而导致各生境土壤稳渗率随人为活动进程发生相应变化。人为踩踏作用影响较小的原生林、次生林和乔灌林坡地土面和土石面生境土壤稳渗率普遍高于石沟和石缝生境,但转变为人为踩踏作用强烈的放牧灌草地或火烧人为干扰地后,土面和土石面生境土壤退化严重,土壤容重和粘粒含量增大,稳渗率显著降低。而石沟和石缝生境土壤性质和稳渗率受影响程度明显小于土面和土石面生境,土壤稳渗率仍可维持较高水平。     

Knudsen cell and smog chamber study of the heterogeneous uptake of sulfur dioxide on Chinese mineral dust

The heterogeneous uptake processes of sulfur dioxide on two types of Chinese mineral dust（Inner Mongolia desert dust and Xinjiang sierozem） were investigated using both Knudsen cell and smog chamber system. The temperature dependence of the uptake coefficients was studied over a range from 253 to 313 K using the Knudsen cell reactor, the initial uptake coefficients decreased with the increasing of temperature for these two mineral dust samples, whereas the steady state uptake coefficients of the Xinjiang sierozem increased with the temperature increasing, and these temperature dependence functions were obtained for the first time. In the smog chamber experiments at room temperature, the steady state uptake coefficients of SO2 decreased evidently with the increasing of sulfur dioxide initial concentration from 1.72 × 1012 to 6.15 × 1012mol/cm3. Humid air had effect on the steady state uptake coefficients of SO2 onto Inner Mongolia desert dust.Consequences about the understanding of the uptake processes onto mineral dust samples and the environmental implication were also discussed.     

北京市河流水生态健康时空异质性及改善路径研究

河流生态系统是人类社会得以生存与发展的基本条件,河流水生态健康对保障区域水安全,避免水灾害具有重要意义。随着城市化的不断推进,河流生态系统面临着巨大挑战,水生态风险及灾害呈现广发、频发和深发态势。通过汇总北京市五大流域河流水生态健康状况评估相关研究,识别区域水生态系统主要问题,诊断水生态健康问题产生的原因。结果表明,北京市河流水生态系统健康状况具有较强的时空异质性。空间上,各流域河流水生态健康状况为潮白河>永定河>蓟运河>清水河>北运河。上游河段水生态健康状况好于中下游,山区段河流好于平原段。水资源短缺引起的河流生态基流不足、水污染物超量排放造成的水质不达标、粗放式河流水利工程建设、河流水土资源的不合理开发以及河流植被缓冲带的不足等是造成河流水生态健康问题主要原因。并针对病因提出河流水生态健康目标导向的改善路径,以期为北京市及其他北方缺水性城市河流水生态健康改善及水安全保障提供参考。     

坡面林地土壤水分特征函数空间变异性初探

土壤水分特征函数空间异质性是定量研究土壤非饱和带水分运动以及溶质运移的先决条件. 以坡面机械布点采样、压力膜仪测定土壤水分特征曲线,并以Van-Genuchten模型拟合曲线后,用传统的统计方法与地统计方法,分析了密云水库流域周边人工油松林坡面土壤水分特征函数空间异质性. 结果表明:①不同土壤层各级压力下土壤含水量变异系数(C_v)呈中等变异性,C_v为10%～25%,土壤有效饱和度越低,变异性C_v越大,计算合理取样数目越大. ②模型参数θ_s为中等变异,C_v为17.77%～18.12%,服从正态分布;参数α为强变异性,C_v为70.65%～120.91%;参数n为弱变异性,C_v为5.29%～7.09%. ③各土壤层参数θ_s和α均具有空间变异结构,除20～40 cm层参数α符合指数模型外,其余层参数均符合球状模型,参数θ_s和α变程(A)分别约为66～69及21～69 m;参数n仅在20～40 cm土壤层显示空间变异结构,符合球状模型,变程(A)约为18 m;整体上该林地土壤0～20和20～40 cm层参数多以结构性变异为主,40～60 cm层参数的块金效应渐显增大. 最后采用Kriging插值方法分别对各参数进行了预测.      

长江经济带城市碳排放及其影响因素的时空异质性研究

长江经济带作为国家生态文明建设的先行示范带，肩负着率先实现“碳达峰”“碳中和”的重大使命。掌握长江经济带城市碳排放及其影响因素，对长江经济带实现“双碳”目标具有重大意义。基于IPCC系数计算2008～2018年长江经济带110个地级及以上城市的碳排放情况，利用空间自相关对其进行时空格局分布的研究，构建地理加权回归模型探究不同区位城市碳排放影响因素的时空异质性并揭示原因。结果显示：2008～2018年碳排总量呈放缓态势，其重心逐年向中西部迁移；10a间长江经济带城市的碳排放在空间上呈现显著正相关性及集聚性，且相关性呈波动下降趋势；碳排放影响因素差异明显，影响大小为：人均用电量<人口数量<建设用地<产业结构，在空间格局上，建设用地和人均用电量的影响程度均向东偏移，产业结构和人口数量的空间格局基本稳定。研究结果表明，应从产业结构低碳转型、合理规划建设用地、优化人口空间格局和谋划新能源发电等领域进一步加快实现长江经济带的“双碳”目标。