京津冀地区细颗粒物污染来源实时预报系统的构建和初步应用

基于区域空气质量数值模型和源示踪技术,构建污染来源预报系统,实现了京津冀地区污染来源的实时预报。针对预报中最迫切的时效限制,在系统的源排放预处理、污染物来源贡献计算方案、业务化运行等方面进行特别的设计,主要包括：开发出快速源排放前处理技术;通过试算确定了分区域和行业的污染来源追踪方案;采用目前2种主流的并行计算方式混合编译区域空气质量模型并运行;设计了业务化运行中多任务的分布式计算方案,以充分利用计算资源。这些优化措施有效地缩短了预报时间。目前系统已处于业务化运行阶段,每天08：00之前,预报出未来3 d的区域空气质量,同时给出关注区域主要污染物分区域和行业的来源贡献状况;系统已应用在庆祝抗战胜利70周年阅兵期间空气质量保障后评估,以及2015年11月底—12月初京津冀重污染预警等应急工作中。     

土地资源的多级网格数据结构建立与应用研究

传统的基于行政区的土地统计数据不能完全表现区域内部土地利用的空间分异特征,以武汉市为实验区,对基于网格的统计信息算法STING(Statistical Information Grid-based method)进行扩展,以景观多样性指数为定量化指标对实验区进行四叉树划分生成不均匀多级网格,建立一种拟合了行政区划界线的不均匀的多级网格结构来存储、管理和分析土地数据。并以此多级网格数据结构为平台计算和生成实验区人口密度空间分异渲染图,初步抽取了人口分布与土地利用之间的关系。实验表明,基于多级网格的统计方法能更好地表达土地利用及其相关数据的空间分异性,利于对土地资源数据的进一步挖掘以抽取所需知识。     

地下水人工补给过程介质堵塞及控制研究进展

人工补给作为解决地下水超采及其环境负效应的有效措施,在全球得到广泛应用.但人工补给过程中的介质堵塞问题对补给效率、运行成本及工程寿命有着显著不利影响.在收集整理已有研究资料的基础上,对人工补给类型,过程中介质堵塞机理、预测、控制和治理方法进行了详细归纳和总结.分析表明,介质堵塞受到介质、水源物化特征和水文地球化学条件等因素影响;堵塞预测方法有水质指标法、经验公式法、数学模型法;堵塞的预防目前以水质控制为主;堵塞的治理需综合物理和化学方法.尽管有关人工补给的多种技术已日益成熟,但结合介质空间差异特征和水源条件复杂性开展的人工补给促渗技术还需进一步研究.     

西北干旱区流域水污染特征与控制策略—以宁夏清水河流域为例

以宁夏境内黄河最大的一级支流清水河流域为例,分析重点断面水质、水环境容量及各控制单元污染负荷特征,并提出有针对性的污染控制策略。结果表明：2015—2018年清水河三营国控断面水质无法稳定达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准,泉眼山断面化学需氧量（COD）存在超Ⅳ类水质标准风险。流域水环境容量COD为592.83~1 238.25 t/a,氨氮为51.99~193.60 t/a,总磷（TP）为5.02~12.85 t/a;流域平水期污染负荷入河量COD为15 661.1 t/a,氨氮为1 670.2 t/a,TP为784.5 t/a,分别是平水期水环境容量（COD为940.57 t/a,氨氮为114.64 t/a,TP为8.81 t/a）的16、14和89倍。固原控制单元单位面积污染负荷入河量最高（COD为3.04 t/a,氨氮为0.22 t/a,TP为0.06 t/a）,工业源与城镇生活源污染问题突出,中卫控制单元总污染负荷入河量最高（COD为 6 738.45 t/a,氨氮为868.88 t/a,TP为218.12 t/a）,城镇生活源污染较严重,而吴忠控制单元禽畜养殖污染较严重。基于水质目标和各单元的污染特征,建议固原控制单元加强工业企业污水回收利用、提高城镇污水处理能力,中卫控制单元重点关注污水收集处理设施建设与改造升级,吴忠控制单元在规模化养殖场推行禽畜粪污集中处理与回用。

     

巯基化稻壳炭吸附废水中Zn(Ⅱ)试验研究

通过巯基乙酸改性稻壳炭去除废水中的Zn(Ⅱ),研究溶液的pH、反应温度和时间以及解吸对巯基化稻壳炭(RD350)吸附效果的影响,并对改性材料进行扫描电镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)分析。结果表明:通过化学改性向稻壳炭引入巯基,改性稻壳炭的表面变得更加光滑,孔隙增大,且表面功能基团—SH含量增加,有利于提高对Zn(Ⅱ)的吸附能力。RD350适用的pH范围较宽(6~8),25 ℃时在300 min达到吸附平衡,吸附过程符合假二级动力学方程,为吸热反应。通过阿伦尼乌斯(Arrhenius)经验方程计算其活化能可知,吸附为活性化学吸附。由Langmuir吸附等温线方程计算可得,RD350对Zn(Ⅱ)的理论饱和吸附量为11.26 mg∕g,结合解吸可知该吸附剂对Zn(Ⅱ)的吸附有较好的固持性,具有一定的吸附效果。     

吉兰泰盐湖盆地地下水Cr6+、As、Hg健康风险评价

选取西北干旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,系统采集71个地下水样品,测定重金属Cr⁶⁺、As、Hg,以及主要化学成分的含量,以地质统计学插值绘图揭示盐湖盆地地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的空间分布特征,以单因子指数法、内梅罗指数法和US EPA健康风险评价模型解析地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的污染及健康风险状况,以统计相关检验进行Cr⁶⁺、As和Hg的源分析.结果表明：盐湖盆地地下水中普遍含有Cr⁶⁺、As、Hg,Cr⁶⁺在盐湖上游及东北部含量较高,As在西南台地含量较高,Hg在西北部巴音乌拉山出现高值区域,其分布与变化受到天然因素和人类活动的双重影响;Cr⁶⁺、As出现局部区域超标,超标率分别为8.45%和2.82%;Cr⁶⁺主要超标区域在盐湖西南侧呈条块状分布,并在盐湖附近Cr⁶⁺含量较高;As以点状超标,分布于西南部和东北部;盐湖盆地地下水87.3%处于安全清洁状态,仅5.6%轻度污染出现在西南部,不存在中度和重度污染;通过饮用水途径的化学致癌物的健康风险值远高于非化学致癌物的健康风险值,西南部图格力高勒沟谷区域化学致癌物Cr⁶⁺超过了US EPA最大可接受风险,但整个盐湖盆地Cr⁶⁺的平均健康风险值低于US EPA最大可接受风险;As和Hg均低于US EPA最大可接受风险;盐湖盆地总致癌风险特征与Cr⁶⁺基本一致,Cr⁶⁺平均健康风险占总致癌风险贡献率的89%;Cr⁶⁺超标原因包括盐湖盆地高锰酸盐指数偏高,促使Cr³⁺氧化成为Cr⁶⁺,As与Cr存在一定的同源关系.     

蔬菜对硒的吸收及适宜补硒食用量

以小白菜、番茄和萝卜为研究对象，通过施用外源硒，研究了不同蔬菜对硒的吸收特性。结果表明，施硒均明显提高了蔬菜可食部分的含硒量，且含硒量随施硒量的增加而增加；随生长时间的增加，小白菜的含硒量逐渐增加，而萝卜的含硒量逐渐降低。随着采收时间延后，番茄的含硒量逐渐降低；为保证合理补硒，确定了本试验所生产富硒蔬菜的适宜食用量。     

原位洗脱技术对凉水河底泥中氮、磷释放特征的影响

为探讨新兴底泥原位修复技术—原位洗脱技术对城市河流凉水河底泥中氮、磷释放的抑制作用,于现场采集洗脱前后样品并设计室内静态模拟实验,分析了实验期间洗脱组和对照组上覆水中${{\rm{NH}}_4^ + }$-N、${{\rm{NO}}_3^ - }$-N、TN、${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P、TP浓度和释放速率变化特征。结果表明：洗脱组释放第30天时,${{\rm{NH}}_4^ + }$-N由底泥向上覆水中平均释放速率(−6.51±0.32) mg·(m²·d)⁻¹,对应上覆水中${{\rm{NH}}_4^ + }$-N平均浓度为0.52 mg·L⁻¹,较对照组下降了89.4%;${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P和TP平均释放速率较对照组降低了78.1%和83.0%,上覆水中TP平均浓度为0.22 mg·L⁻¹,较对照组下降了68.1%。原位洗脱技术对底泥中${{\rm{NH}}_4^ +} $-N、${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P释放的抑制作用主要通过对有机氮、磷物质的削减和水-沉积物界面还原环境的改善来实现。     

庐山植物园11种植物的根际土壤氮磷有效性和酶活性

通过比较不同种源植物的土壤理化性质与生物学活性的差异及根际效应,探讨不同种源植物对庐山酸性山地土壤的环境适应性。在庐山植物园内选择引种多年的11种不同种源的常绿树种,在生长季节中采集根际土和非根际土,测定有机碳含量、碱解氮及有效磷含量、脲酶和酸性磷酸酶活性,并分析各树种根际土壤氮磷养分及酶活性的根际效应。结果表明,（1）不同树种之间的根际土壤酸性磷酸酶（P〈0.01）、有效磷（P〈0.05）和碱解氮（P〈0.01）存在明显差异,而脲酶没有差异。（2）根际与非根际土壤氮磷有效性和酶活性表现出不同的特征,大部分树种根际土壤有效磷及酸性磷酸酶存在一定的根际效应（R/S〉1）,例如红花木莲Manglietia insignis、桂南木莲Manglietia chingii及云南拟单性木兰Parakmeria yunnanensis的根际与非根际土壤有效磷含量存在显著差异（P〈0.05）,红花木莲、桂南木莲、巴东木莲Manglietia patungensis、红茴香Illicium henryi及红皮糙果茶Camellia crapnelliana与乡土树种云锦杜鹃Rhododendron fortunei根际与非根际土壤酸性磷酸酶存在显著差异（P〈0.05）。但是,根际与非根际土壤碱解氮和脲酶差异不明显,有的甚至出现脲酶的根际负效应（R/S〈1）,如巴东木莲和红花木莲等树种根际土壤低于非根际土壤（P〈0.05）。（3）不同种源树种影响下的土壤有效磷和酸性磷酸酶的根际效应（R/S比值）明显,原产西南地区的树种如桂南木莲、云南拟单性木兰和巴东木莲与华南地区的红花木莲、红茴香等土壤有效磷的根际效应（R/S〉1.5）比原产华东亚热带地区的深山含笑Michelia maudiae和云锦杜鹃更明显,相应的酸性磷酸酶的根际效应也较高。土壤脲酶和碱解氮的根际效应却不明显。（4）土壤有机碳与碱解氮、有效磷和酸性磷酸酶存在显著正相关关系（P〈0.01）,土壤碱解氮与有效磷（P〈0.01）和酸性磷酸酶（P〈0.05）具显著正相关关系,酸性磷酸酶与pH值（P〈0.05）显著负相关,说明根际土壤有机物质的积累对根际微区的理化环境及根际土壤养分活性具有重要影响。     

利用甘油脱水酶基因构建产3-羟基丙醛工程菌及其表达比较

3-羟基丙醛(3-HPA)是一种重要的化工产品,可由甘油经甘油脱水酶作用后生成.为获得产3-HPA基因工程菌,在已构建含甘油脱水酶基因及其激活因子大亚基质粒pEtac-dhaB-gdrA的基础上,构建了包含小亚基gdrB激活因子的重组质粒pEtac-dhaB-gdrA-gdrB.利用大肠杆菌通用tac启动子将该质粒在不同Escherichia coli BL21、DH5a及JM109中进行表达.阳性转化子经IPTG诱导后,提取总RNA,以cDNA为模板进行RT-PCR发现,目标基因在不同宿主都能较好转录.SDS-PAGE、酶活测定和3-HPA浓度测定结果表明,目标蛋白表达存在差异;酶活分别为4.7(±0.44)、3.5(±0.95)、8.1(±0.66)U/mg;发酵液中3-HPA的含量分别为0.012(±0.0044)、0.014(±0.003)、0.375(±0.018)g L-1,重组E.coli JM109/pEtac-dhaB-gdrA-gdrB具有较好的甘油脱水酶基因表达和产3-HPA性能.该基因工程菌与克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)相比,发酵副产物明显较少,有利于后期提取,为生产3-HPA提供了一条新思路.