提升人居环境系统的气候适应性:适应途径与协同策略

人居环境系统是由人类居住区及其周边环境组成的"社会—生态复合系统"。气候变化对人居环境的影响主要体现在经济体系、基础设施和人体健康三个领域。本文提出将适应气候变化理念引入人居环境科学,将人居环境视为一个复杂适应系统。首先,分析了气候变化给人居环境系统带来的新风险,如复合型风险、关键风险、突现风险、系统性风险等。其次,将人居环境系统区分为:建筑基础设施、生命线基础设施、生态基础设施、社会基础设施四个子系统,分别论述各子系统提升气候适应性的具体途径。最后,基于系统治理理念,从城乡协同、试点建设协同、多主体协同等不同视角,提出人居环境的协同适应策略。     

节水灌溉措施下湘东北丘陵林-稻汇水区复合系统铅的迁移

铅通过食物链的迁移和积累对人类健康的毒害作用日益为社会所重视,而水稻是人类铅摄入的主要途径之一,因此,对稻田土壤铅的迁入途径及其过程特征的研究十分必要.为了探明湖南地区远离城镇、工矿区的丘陵稻区铅的输入、迁移、滞留机制,选择位于湘东北地域的汩罗市桃林林场的林地-山塘-稻田汇水区系统作为研究对象,在水稻大田生长期间,原位研究其大气沉降、岗地径流、山塘水、稻田水、水稻生长等过程的铅通量.结果表明：①输入系统的铅源是大气沉降,其中,在水稻生育前期通过东南季风输入的区域外源铅占90%;②山塘是大气沉降铅的主要集纳地貌单元,存留了大气沉降输入岗地和山塘总铅的66%;③林-稻汇水区系统岗地铅净留存28.8~57.7 g·hm^-2,山塘铅净留存604.3~961.9 g·hm^-2,稻田铅净留存89.6~90.9 g·hm^-2;而对照系统岗地铅净输出173.3 g·hm^-2,山塘净留存3427.6 g·hm^-2,稻田净留存87.1 g·hm^-2;④岗地和山塘对铅的截留量能够互补;⑤从岗地通过径流-山塘水过程迁移到稻田的大分子有机物能够增强稻田对铅的截留.综上所述,丘陵林-稻汇水区系统中铅的循环与大气沉降有关,系统内岗地森林类型、郁闭度、降水产流及泥沙、有机物的输出都会影响铅在系统中的迁移和分配.     

基于AIS轨迹修复的船舶排放空间表征改进方法与应用

基于船舶自动识别系统（Automatic Identification System,AIS）数据表征船舶排放是目前船舶排放空间表征的主流方法,但AIS船舶轨迹点缺失会造成船舶排放量低估和船舶空间分布表征错误,进而影响船舶排放控制区的划分.为改进船舶排放空间表征,本研究以2013年广东省AIS船舶数据为例,采用基于时间和经纬度的三次样条方法对AIS船舶轨迹进行修复,结合动力法计算船舶排放,分析对比AIS轨迹修复前后船舶排放表征的差异,并利用空气质量模型和卫星观测评估AIS轨迹修复对船舶排放表征和广东沿海空气质量模拟的改进效果.结果表明：轨迹修复后广东省海域船舶轨迹点总数由4685773个增至5746664个,船舶NO_x排放量增加了0.6%.对于轨迹点与排放缺失集中的粤东海域,轨迹修复后船舶轨迹点数增加了88%,NO_x排放量在广东省船舶排放量的占比提升至22%,特别是在粤东重点修复海域NO_x排放量增加了2.7倍.原始轨迹在广东省海域较为稀疏,在粤东海域有明显轨迹缺失;轨迹修复后广东省海域船舶轨迹更为密集,粤东海域船舶轨迹得以补充,船舶排放空间分布更连贯.对比模拟结果与卫星观测结果,轨迹修复后粤东重点修复海域船舶模拟浓度与观测浓度的偏差由51%减至6%,总体上船舶排放模拟结果更接近卫星观测结果.     

中国近岸海域优势藻种吸收利用磷的过程

通过现场采样和室内培养实验分析了藻类植物的生长状况和细胞结合态磷对磷酸盐浓度的响应.现场调查结果发现,在水华区域藻类植物的细胞磷库分布特点与非水华区域明显不同.室内培养结果发现,中肋骨条藻和东海原甲藻的最大磷酸盐吸收速率为7.71,2.39μmol/（L·d）,最大比生长率分别为0.517,0.262d^-1,磷酸盐吸收同化率为5.9×10^-8,4.7×10^-7μmol/cell,前者具有更快的磷酸盐吸收能力,更高的比生长率和较低的磷酸盐吸收同化率.2种藻细胞内结合态磷通常占细胞总磷库的50%以上,是细胞磷库主要存在形式.中肋骨条藻种群可以通过藻细胞数量增长来吸收环境中的磷源,而东海原甲藻则会优先满足细胞自身的磷储存后进行细胞增殖.在高浓度磷环境中,东海原甲藻种群的细胞不同结合态磷的质量浓度会达到饱和.磷匮乏时,中肋骨条藻和东海原甲藻的细胞内结合态磷的质量浓度与零时刻相比分别降低了45%和66%,前者明显低于后者.培养过程中,中肋骨条藻单个细胞的细胞表面吸附态磷库（95%）比细胞内磷库（50%）的降低幅度更大,东海原甲藻则与之相反.     

红树林土壤解磷菌的分离鉴定及解磷特性

从罗源湾红树林根际土壤中分离解磷菌,筛选出洋葱伯克霍尔德菌（Burkholderia cepacia, NR 113645.1）和短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus, NR 043242.1）,研究它们的解磷特性和动态解磷过程. HPLC结果表明, B. cepacia菌液上清中含葡萄糖酸、丙酮酸、乳酸、乙酸、丁二酸, 这些有机酸的产生导致磷酸盐溶解. B.pumilus菌液上清中仅检测到少量的葡萄糖酸, 因此该菌溶磷效果不佳. 在细菌动态溶磷过程中发现, 经B. cepacia菌处理的磷酸钙, 其X射线衍射（XRD）特征峰强度随时间的增长降低, 显微镜图像显示磷酸钙颗粒随时间增长变小, 甚至消失. 而经B.pumilus菌处理的结果表明, 在试验期间内磷酸钙峰强度和颗粒大小没有明显变化. 细菌产生有机酸是溶解磷酸盐的重要前提, 这是解决板结土壤中难溶性磷源转化为生物可利用磷源问题的关键.     

DOC+CDPF对国III重型柴油货车实际道路排放的影响

利用便携式车载排放测试系统（PEMS）对2辆加装氧化催化转化器（DOC）和催化型柴油颗粒捕集器（CDPF）与否的国III重型柴油货车进行实际道路排放测试.结果表明,2辆改造重型柴油车的CO、THC、固态颗粒物粒数（SPN）和黑碳（BC）实际道路排放因子分别为（1.31±0.37）g/（kW×h）、（0.20±0.03） g/（kW×h）、（7.13×10¹⁰±5.27×10¹⁰）个/（kW×h）和（0.69±0.06）mg/（kW×h）,相对于原始排放（拆除DOC+CDPF）分别降低52.48%、55.69%、99.91%和99.22%.从低速、中速到高速,CO和THC减排比例呈现上升趋势,然而运行工况对SPN和BC减排比例则无显著影响.加装DOC+CDPF会导致NO₂在NO_x中的占比升高,且从低速、中速到高速涨幅依次增大,但对NO_x无明显减排效益,其排放因子为9.53~9.83g/（kW×h）,远高于实验室排放限值.     

海绵城市透水砖铺装系统雨水入渗及重金属污染物迁移模拟

海绵城市透水砖铺装系统（PBPS）入渗特征是产流控制及径流污染物去除的重要影响因素之一。通过渗流实验,构建系统土壤层土水特征曲线,建立降雨入渗及径流重金属污染物迁移数学模型,以阐明找平层土壤粒径、基层与垫层厚度比对产流时间及径流重金属污染物去除的影响。研究表明:综合考虑延迟产流与径流重金属去除能力,中砂作为找平层介质最佳;依据结构层出水重金属污染物浓度,基层与垫层厚度比为15∶4时,PBPS对径流中重金属污染物吸附效率最高、去除效果较好。     

综合生态修复系统治理城市河道富营养化

以河道富营养化治理为研究对象,通过引清入河、水下种植沉水植物、混养鲢鳙等水生动物,并应用原位修复装置等形成1个相互配合的综合生态修复系统,对河道富营养化进行治理。于2017年8月-2018年7月,对5个采样点河道水体富营养化指标进行测量,结果表明:河道水体中总氮（TN）浓度、总磷（TP）浓度、高锰酸钾盐（COD_{M n}）、氨氮（NH₃-N）浓度显著下降,水体透明度明显提升。这说明采用综合生态修复系统治理城市河道治理风险低、治理效果佳,可以推广使用。     

人工智能技术对长江流域水污染治理的思考

随着经济的快速发展和城市化进程的不断加速,促使水污染严重的长江流域需从污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制、水污染监测系统的构建开展水污染治理研究.传统的水污染处理技术存在污染物去除效率预测精度较低、污水优化控制成本较高、水污染监测滞后效应严重的问题.人工智能技术能够有效克服上述问题,因此通过梳理国内外学者利用人工智能技术在污水污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制及水污染监测系统的构建等方面的研究成果,为全面加强长江流域水污染治理能力提供科学可靠的技术指导.结果表明:①利用人工神经网络技术（径向基神经网络、多层前馈网络-人工神经网络、多层感知器神经网络）对污水污染物去除过程进行建模与优化,为精确预测长江流域重金属（Cr、Cu）、营养盐（TN、TP）、持久性有机污染物〔PBDEs（多溴二苯醚）、HCH（六氯环己烷）〕的去除率提供重要参考价值.②采用污水处理的自动控制技术与人工智能技术（递归神经网络、支持向量机、模糊神经网络等）构建污水智能控制系统,为长江流域实现高效节能的污水优化控制提供重要的技术指导.③利用在线监测仪器和人工智能技术（小波神经网络、多元线性回归-人工神经网络、叠层去噪自动编码器等）建立水污染智能监测系统,为解决长江流域水污染监测响应滞后问题提供有力的技术支持.因此,人工智能技术对长江流域提高污水污染物去除率,降低污水优化控制成本,提升水污染监测时效性具有重要的推广价值.      

汶川地震重灾区泥石流灾损土地利用及生态修复模式——以北川县都坝河小流域为例

汶川地震诱发了大量泥石流灾害,灾损土地利用和生态修复是灾区产业重建面临的重要课题。以北川县都坝河小流域为研究对象,通过调查灾损土地禀赋、灾害特征、土地需求,采取多因素耦合和关键因子限制分析法,探讨灾害胁迫条件下的经济活动与生态修复之间的互馈作用,结果表明：（1）流域新增土地供给源主要为泥石流灾损土地,土地资源化利用受灾害、聚落和产业结构控制;（2）灾损土地根据成因划分为沟口堆积型、沟道冲淤型以及岸坡侵蚀型,三者的肥力、安全性及交通条件等特征具有显著差异;（3）基于“因灾分区、耕地优先、产业共建、美居造景”的原则,建立了灾损土地的利用方式和生态修复模式,并选取杨家沟进行验证,沟域灾损土地利用方式为生态林地、产业林地及优质耕地,分别占比28.5%、56.3%、15.2%,生态修复措施主要为提高土地安全度、提升植被覆盖率和增强水保功能。该研究建立的震区土地利用和生态修复模式可有力协调人地矛盾、发展绿色经济和提升人居环境。