专家笔谈：资源环境热点问题

重大的资源开发利用工程建设设想或实施往往容易引起社会各界的广泛关注。如何正确认识和科学评价各种资源环境热点问题是大家讨论的重点。文章认为任何重大资源开发工程必须遵循自然规律、生态规律、资源规律和经济规律,必须结合国家战略需求和地缘政治关系,开展前期深入的系统性综合调查,进行生态安全与资源工程安全评价和交叉学科论证,并对其科学价值、社会价值和经济价值等做出正确的判断。建议：未来的资源环境工程建设要谨防“大跃进”,要科学认识自然资源系统规律,守护好美丽的地球家园;要切实履行资源科学家的社会责任,提倡基于科学研究和科学态度的学术争鸣,科学问题最好还是由科学家去讨论;一些争议大的科研课题慎用公益性研发经费来支持。     

我国饲料粮区域产消平衡特征及政策启示

我国饲料粮消耗量大且增长迅速,已经成为我国粮食安全的首要影响因素,准确判断我国饲料粮的区域产消平衡特征对农业相关政策的制订具有重要的现实意义。论文在详细分析各省区不同畜牧产品粮食转化系数的基础上,对区域饲料粮的产消平衡状态及其原因进行了研究。结果显示：1）近年来我国饲料粮消费量快速上升,由2000年的21 730万t增长到2015年的30 549万t,15 a间增长了8 819万t。2）2015年生猪饲料粮消耗量最大,比例达到了44.4%,占据了我国饲料消耗总量的半壁江山。其次为禽蛋与禽肉消耗,消费占比分别为15.8%与12.7%;牛肉、羊肉、牛奶与水产品的饲料粮消费量比例均在5%~9%之间。3）2015年全国饲料粮总计短缺4 276万t,区域上呈现“北余南缺”的格局,东北黑龙江、吉林、内蒙古三省（区）成为我国最重要的饲料粮供应区域。从粮食转换系数与饲养结构来看,“北粮南运”现象是粮食资源的合理配置。论文提出三点政策建议：1）转变消费结构,增加牛肉与牛奶的消费量;2）推动“以粮为纲”向“粮经饲”三元种植结构转变;3）充分利用国际市场,从全球视角保护粮食安全。     

大气自净能力指数的气候特征与应用研究

为了定量地评估污染气象条件对空气污染的作用并实现对空气污染潜势的预报,本文在城市大气污染数值预报系统（CAPPS）预报原理的基础上,定义了大气自净能力指数,并分别给出了采用气象站观测资料和通过数值模拟计算大气自净能力指数的方法.基于气象站观测资料的全国大气自净能力指数分析计算表明,全国大气自净能力最差的地区分布在四川盆地和新疆塔里木盆地,大气自净能力最强的地区分布在青藏高原、蒙古高原、云贵高原、以及东北平原和三江平原、山东半岛和海南岛;1961~2017年,京津冀、长三角和珠三角地区的大气自净能力指数呈下降的变化趋势,全年低自净能力日数呈上升的变化趋势.采用大气自净能力指数评估2014年北京APEC会议期间大气污染防控效果,表明在11月8~10日极端不利扩散气象条件发生时,减排措施使北京市空气质量AQI平均降低77%,使京津冀平原地区11个城市的空气质量AQI平均降低37%.基于国家气候中心月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报产品和中尺度模式（WRF）,建立了可以预测全国未来40d逐日大气自净能力指数的延伸期-月尺度大气污染潜势预测系统,回报实验表明,在大多数情况下可以提前15d预报出大气重污染过程;月尺度的大气重污染过程预报效果更大程度上取决于月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报准确率.     

新型Fe3O4@α-MnO2活化过一硫酸盐降解水中偶氮染料

采用两步水热法制备了新型磁性纳米Fe₃O₄@α-MnO₂复合材料作为催化剂,用于活化过一硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）氧化降解偶氮染料活性黑5（RBK5）.采用透射电子显微镜（TEM）,X射线粉末衍射仪（XRD）和振动样品磁强计（VSM）对制备的催化剂进行表征,证明成功合成了纳米α-MnO₂包覆Fe₃O₄形态的Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂,催化剂的饱和磁化强度为39.89emu/g.Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS与单一的Fe₃O₄和α-MnO₂活化PMS相比,具有更高的催化效率,说明铁锰双金属存在协同作用.同时研究了催化剂的投加量、PMS的浓度和初始pH值等各种因素对RBK5的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS降解RBK5的过程符合准一级反应动力学,在催化剂投加量为1.2g/L,PMS的浓度为4mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为60min的情况下,浓度为30mg/L的RBK5的降解效率可达到91%,此时RBK5的降解速率常数也达到最高值0.023min^-1.此外,通过加入自由基淬灭剂甲醇、叔丁醇和硝基苯判断了Fe₃O₄@α-MnO₂/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性物种为SO₄^-·.     

我国中部地区大气CO2柱浓度时空分布

基于日本GOSAT及美国AIRS反演数据产品,对我国中部六省大气CO₂时空分布特征进行研究,结果表明：由GOSAT反演的中部地区2010~2013年大气CO₂年均柱浓度由389.36×10^-6增长到396.52×10^-6,年均绝对增长率达2.39×10^-6/a,呈现出冬春季高值、夏秋季低值的季节变化特征,其柱浓度年均值及去长期趋势后的月均值均略低于长三角地区,高于京津冀和东三省地区;其CO₂柱浓度高值区集中在湖南、江西及周边一带,年均绝对增长率为2.01×10^-6,其柱浓度年均值及去长期趋势后的月均值与长三角地区相当,略低于京津冀和东三省地区,由于受地面源汇影响较小,其与GOSAT反演结果相反,可能是由于AIRS反映了对流层中层大气状况,而GOSAT则更多地反映了近地面层大气CO₂变化.     

兰州市南山季节性土壤微生物特征及影响因素

为了探究不同季节和不同植被类型对土壤微生物分布的影响,以兰州市南山不同海拔的两种植被类型为研究对象,采用稀释涂布平板法测定了土壤微生物的季节动态变化特征.结果表明：研究区内细菌数量占微生物总数的96.22%~99.80%,远高于真菌和放线菌数量.土壤微生物类群随季节变化呈现明显差异,其总数整体表现为夏季最高,为89.22×10⁶cfu/g soil,分别是春、秋、冬季的12.02、3.28、2.74倍,其中夏季细菌数量最高,真菌与放线菌数量均在春季达到最大值.人工林样地土壤微生物数量略低于荒坡,环境因子中土壤含水量和有机碳含量高于荒坡.随着海拔的升高,pH值逐渐上升,土壤温度、有机碳与全氮含量逐渐下降,土壤微生物总数则呈现先减少后增加的趋势.相关分析表明,不同季节各微生物类群与环境因子的相关系数各有不同,春季放线菌与有机碳,秋季真菌与有机碳、全氮均呈极显著正相关（P<0.01）.冗余分析表明,环境因子中有机碳与第一物种轴的相关系数最高,为0.520,说明土壤有机碳含量是影响土壤微生物类群分布的主导因素.     

Seasonal variation and size distribution of biogenic secondary organic aerosols at urban and continental background sites of China

Size-resolved biogenic secondary organic aerosols(BSOA) derived from isoprene and monoterpene photooxidation in Qinghai Lake, Tibetan Plateau(a continental background site) and five cities of China were measured using gas chromatography/mass spectrometry(GC/MS). Concentrations of the determined BSOA are higher in the cities than in the background and are also higher in summer than in winter. Moreover, strong positive correlations(R2= 0.44–0.90) between BSOA and sulfate were found at the six sites,suggesting that anthropogenic pollution(i.e., sulfate) could enhance SOA formation,because sulfate provides a surface favorable for acid-catalyzed formation of BSOA. Size distribution measurements showed that most of the determined SOA tracers are enriched in the fine mode( 3.3 μm) except for cis-pinic and cis-pinonic acids, both presented a comparable mass in the fine and coarse( 3.3 μm) modes, respectively. Mass ratio of oxidation products derived from isoprene to those from monoterpene in the five urban regions during summer are much less than those in Qinghai Lake region. In addition, in the five urban regions relative abundances of monoterpene oxidation products to SOA are much higher than those of isoprene. Such phenomena suggest that BSOA derived from monoterpenes are more abundant than those from isoprene in Chinese urban areas.     

空间站控制力矩陀螺微振动测试技术

目的分析控制力矩陀螺的微振动扰动特性。方法通过获取陀螺连接点对结构的扰振力输出、关键部位的微振动响应来获取产品的微振动扰动特性,通过隔振的方式对外部环境的干扰进行隔离,进而降低测试的背景噪声,通过运用高精度测试传感器来实现微小扰动力信号、加速度信号的测量,利用结构有限元法及单点激励多点响应的模态分析方法校核系统刚度,进而确定测试频率范围是否满足需求。结果可同时获得空间站控制力矩陀螺连接点处的输出扰振力、质心处的输出扰振力合力、合力矩以及关键部位的微振动响应,可有效隔离外部干扰,扰振力背景噪声的时域信号最大值可控制在0.07 N以内,RMS值在0.02 N以内,加速度信号的时域背景噪声最大值可控制在1.5 mg以内,RMS值在0.1 mg以内。可识别微小扰振信号,加速度传感器分辨率为5×10-5 grms,力传感器的测量分辨率为1×10-2 N,力矩测量分辨率小于1×10-2 N·m。测试频带在320 Hz以内。结论满足型号需求,并投入型号使用。     

兰州地区大气臭氧时空变化及影响因素研究

本文采用OMI臭氧遥感数据,结合甲醛垂直柱浓度、气象数据以及经济数据,分析了2005~2015年兰州地区臭氧柱浓度时空变化格局,并探索了影响臭氧的新气象因子,总结达到臭氧污染的日照、气压等气象条件,确定影响臭氧柱浓度的主要人为源并确定其限域。结果表明:1)2005~2015年夏季柱浓度值最高,冬季、秋季次之,春季最低;夏季波动幅度最大,其余三季波动幅度较小且平稳。2)11年中,臭氧柱浓度具有较大的波动。2005年至2010年快速增长到最高值331.997 DU。2010年之后,臭氧柱浓度缓慢下降,2014年起有回升趋势。3)OMI遥感数据具有较高的可靠性,并根据AQI的线性关系划分了臭氧柱浓度的污染等级。结果指示了11年大气臭氧空间变化,2005~2009年5年间研究区全区空气质量一直处于良,2010年全区轻度污染,后两年污染逐渐减弱,2013~2015年全区恢复至良。4)根据兰州发展的趋势以及周边城市的关系,划分了兰州经济圈及功能区,并结合臭氧柱浓度空间分布图得出臭氧污染与经济特征的密切关系。5)正弦模型拟合后臭氧柱浓度变化趋势呈不明显的周期性,说明臭氧的人为来源贡献较大。6)创新探索影响臭氧污染的新气象因子(日照、气压等参数),并确定其重要人为源限域。     

Monitoring Air Quality in Mountains: Designing an Effective Network

A quantitatively robust yet parsimonious air-quality monitoring network in mountainous regions requires special attention to relevant spatial and temporal scales of measurement and inference. The design of monitoring networks should focus on the objectives required by public agencies, namely: 1) determine if some threshold has been exceeded (e.g., for regulatory purposes), and 2) identify spatial patterns and temporal trends (e.g., to protect natural resources). A short-term, multi-scale assessment to quantify spatial variability in air quality is a valuable asset in designing a network, in conjunction with an evaluation of existing data and simulation-model output. A recent assessment in Washington state (USA) quantified spatial variability in tropospheric ozone distribution ranging from a single watershed to the western third of the state. Spatial and temporal coherence in ozone exposure modified by predictable elevational relationships ( 1.3 ppbv ozone per 100 m elevation gain) extends from urban areas to the crest of the Cascade Range. This suggests that a sparse network of permanent analyzers is sufficient at all spatial scales, with the option of periodic intensive measurements to validate network design. It is imperative that agencies cooperate in the design of monitoring networks in mountainous regions to optimize data collection and financial efficiencies.