Increasing the recovery of heavy metal ions using two microbial fuel cells operating in parallel with no power output

The present study aimed to improve the performance of microbial fuel cells (MFCs) by using an intermittent connection period without power output. Connecting two MFCs in parallel improved the voltage output of both MFCs until the voltage stabilized. Electric energy was accumulated in two MFCs containing heavy metal ions copper, zinc, and cadmium as electron acceptors by connection in parallel for several hours. The system was then switched to discharge mode with single MFCs with a 1000-Ω resistor connected between anode and cathode. This method successfully achieved highly efficient removal of heavy metal ions. Even when the anolyte was run in sequencing batch mode, the insufficient voltage and power needed to recover heavy metals from the cathode of MFCs can be complemented by the developed method. The average removal ratio of heavy metal ions in sequencing batch mode was 67 % after 10 h. When the discharge time was 20 h, the removal ratios of zinc, copper, and cadmium were 91.5, 86.7, and 83.57 %, respectively; the average removal ratio of these ions after 20 h was only 52.1 % for the control group. Therefore, the average removal efficiency of heavy metal ions increased by 1.75 times using the electrons stored from the bacteria under the open-circuit conditions in parallel mode. Electrochemical impedance data showed that the anode had lower solution resistance and polarization resistance in the parallel stage than as a single MFC, and capacitance increased with the length of time in parallel.

     

Deep learning architecture for air quality predictions

With the rapid development of urbanization and industrialization, many developing countries are suffering from heavy air pollution. Governments and citizens have expressed increasing concern regarding air pollution because it affects human health and sustainable development worldwide. Current air quality prediction methods mainly use shallow models; however, these methods produce unsatisfactory results, which inspired us to investigate methods of predicting air quality based on deep architecture models. In this paper, a novel spatiotemporal deep learning (STDL)-based air quality prediction method that inherently considers spatial and temporal correlations is proposed. A stacked autoencoder (SAE) model is used to extract inherent air quality features, and it is trained in a greedy layer-wise manner. Compared with traditional time series prediction models, our model can predict the air quality of all stations simultaneously and shows the temporal stability in all seasons. Moreover, a comparison with the spatiotemporal artificial neural network (STANN), auto regression moving average (ARMA), and support vector regression (SVR) models demonstrates that the proposed method of performing air quality predictions has a superior performance.     

贵州省三岔河流域水化学特征及其控制因素

对乌江源区三岔河流域枯水期和丰水期河水样品离子浓度及组成特征分析表明,河水主要的阴阳离子分别是HCO_3~–和Ca~(2+),分别占到总阴离子量的55%和总阳离子量的70%,与喀斯特地区流域相似。主要离子的时空分布的对比分析表明,Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、HCO_3~–、Cl~–枯水期浓度略高于丰水期,而K+、SO_4~(2–)、NO_3~–两期浓度变化相对较小;空间分布的多样化,反映了不同小流域在地质背景、生态环境、人为活动等方面的差异对河水离子的影响。通过Gibbs图分析表明,研究区河水水化学主要受到岩石风化的影响,通过阴阳离子三角图分析表明,研究区河水水化学主要受到碳酸岩盐的影响,并且硫酸广泛参与到岩石风化中,人为活动对流域水化学组成也有一定影响。     

湖北省生态足迹和生态承载力时空动态研究

研究湖北省内部可持续发展的趋势,以2005年、2010年、2013年统计数据为基础,应用生态足迹分析法核算湖北省17个市(州、林区)在三个时间节点的生态足迹与生态承载力,对各地区生态足迹和生态盈亏状况从时间和空间上进行动态研究。研究结果表明:湖北省17个市(州、林区)的总生态足迹和人均生态足迹呈迅速增长趋势,其中中部地区增长最快;2005年生态赤字最为严重的地区集中于以武汉为代表的中东部,2013年生态赤字最为严重的地区集中于中西部,生态赤字空间分布的重心逐渐由东部向西部转移;6种生态生产性土地增长速度由快到慢依次是建筑用地、化石能源、草地、水域、林地和耕地,其中潜江、恩施、天门、仙桃、黄冈等地建筑用地生态足迹增速最快,十堰、鄂州、黄石、荆州、荆门等地则是水域生态足迹增速最快,草地、水域、化石能源用地和耕地的生态足迹增长共同决定各地区人均生态足迹的变化趋势。     

基于安徽省土地利用变化的地形梯度效应分析

为揭示地形因素与土地利用空间格局演变的关系,以安徽省2000年、2005年以及2010年Landsat TM影像和DEM数据为数据源,利用坡向、地形起伏度、坡度变率和地形位指数多种地形因子,并结合地学信息图谱分析理论从综合角度系统研究土地利用结构时空分异格局在地形梯度上的变化特点及其规律。结果表明:1)研究区主要的土地利用类型是耕地和林地,其次是建设用地和未利用土地,且建设用地面积逐期增加趋势显著。2)2000~2010年研究区不同土地利用类型在不同地形梯度区间的分异规律存在明显差异。低地形梯度范围是耕地、水域和建设用地的优势分布区;中地形梯度范围是草地的集中分布区;林地的优势分布区集中在高地形梯度范围。3)2000~2010年研究区土地利用图谱以稳定型和后期变化型为主,低地形梯度和高地形梯度是稳定型图谱的集中分布区,中低、中高和高地形梯度范围是后期变化型图谱的优势分布区。2000~2005年林地的优势分布区有向较低地形位梯度扩张的趋势,其中,耕地是主要的转入来源。2005~2010年耕地的优势分布区有向较高地形位梯度扩张的趋势,变化模式主要为:"林地–耕地"、"未利用地–耕地"和"草地–耕地"。     

近50年鄱阳湖五大流域降水变化特征研究

基于鄱阳湖流域在江西省内部分对应的79县市气象站1960～2006年逐日降水观测资料,采用线性回归的方法分别研究五大流域的年降水量、降水日数、暴雨日数等3要素的变化趋势,并用Mann法进行了变化趋势的显著性检验,用距平与均方差之比达到15和20作为气候异常检验指标,对各流域的各时间序列进行了异常检验,采用了Mann Kendall法对各时间序列进行突变检测。结果表明：（1）各流域的年降水量变化趋势基本一致,年降水量与年暴雨日数密切相关;饶河流域强降水事件较多,降水强度大,赣江中游流域降水时间分布相对较均匀,强降水事件较少;（2）各流域年降水量、暴雨日数总体呈波动上升趋势,20世纪90年代以来暴雨日数异常偏多的概率最大;（3）年降水日数以20世纪80年代中期为界,之前呈波动上升趋势,之后呈波动下降趋势,2002年至今各流域降雨日数明显偏少;（4）各流域的年降水量、降水日数、暴雨日数均未出现趋势性的突变;（5）近50年来鄱阳湖流域降水时间分布不均的情况加剧,旱涝灾害风险增加。     

基于光合色素的化学分类法在淡水藻类研究中的应用

采用反相高效液相色谱技术(RP HPLC)系统研究了我国主要淡水藻类--蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻、金藻、裸藻和隐藻等的光合色素,在8种纯培养藻类中共确定类胡萝卜素、叶绿素及其衍生物19种。分离到的主要标志性色素按洗脱时间分别为脱植基叶绿素a、19′ 丁酰氧岩藻黄素、叶绿素c、脱镁叶绿素a、多甲藻素、甲基脱植基叶绿素a、岩藻黄素、新黄质、紫黄质、蓝藻叶黄素、硅甲藻黄素、硅藻黄质、叶黄素、玉米黄素、叶绿素b异构体、叶绿素b、叶绿素a异构体、叶绿素a和β 胡萝卜素;其中在纯培养的铜绿微囊藻中首次鉴定到19′ 丁酰氧岩藻黄素;通过官桥基地的实际监测,证实了该技术应用的可行性,为基于HPLC分析技术的浮游植物化学分类法提供了理论依据。     

基于GIS的陇南灾区建设用地适宜性评价

以甘肃省陇南市地震灾区为例,运用AHP法和GIS空间分析方法,综合考虑了地区气候地形、人口分布、交通区位、经济基础和地震易发程度等影响因子,并通过用地适宜性分区,对地区自然生态和社会经济格局进行重新审视,从协调资源、环境、人口、经济的相互关系出发,空间开发强调因地制宜,即让开发成本低、资源环境容量大的地区承担高强度的开发建设活动;而让生态和地质环境脆弱、开发难度大的区域承担生态维护和生态产业功能。结果表明：陇南市用地适宜性呈现出极大的地缘差异性,适宜发展用地主要分布于东北部丘陵盆地地区,南部地区以限制发展用地为主,西北部地区由适度发展用地和限制发展用地构成。其中适宜发展用地占地区总面积1727%,适度发展用地占4441%,限制发展用地占3831%。     

生态旅游经济关系的二重性辨析

生态旅游经济关系是自然生态关系和社会经济关系的有机统一,两种关系并存于生态旅游经济复合系统中,成为生态旅游经济可持续发展的基础.但是,生态旅游经济关系在实践中出现了严重的变形,利益关系的冲突,正在使生态旅游经济越来越多地出现不和谐的现象,突破利益关系制约的瓶颈,重建和谐的生态旅游经济关系,正是解决生态危机的着眼点.因此,本文对生态旅游经济关系的二重性进行深入辨析,指出无论是生态旅游经济行为主体还是生态旅游经济过程,都具有自然生态属性和社会经济属性相统一的二重性,这些都决定了生态旅游经济关系二重性的协调统一.针对生态旅游经济关系在实践发展中的扭曲变形,只有变革传统经济学的发展观,以生态经济学和可持续发展经济学的理论为平台,对失调的生态旅游经济关系进行修正,还原生态旅游经济关系的本来面貌,即人与自然和谐、生态与经济协调、自然生态关系与社会经济关系统一的理想状态,才能实现生态旅游经济的可持续发展.     

Evolution Rules of Urban-rural Development and Inspiration for China’s Agriculture

Based on urban-rural contrast coefficient,this article designs the agriculture relative development index(ARDI) as indicators measuring the intensity of urban-rural dual structure which is comparable among the countries of the world.This article calculates ARDI of 40 countries from 1980 to 2004.The result shows that ARDI in the developed countries and most of the middle-income countries are rising and yet there are declines in most of the low-income countries.The result also showed that most countries’ ARDI...