净化铁锰氨生物滤池内氨氮转化途径

为考察净化铁锰氨生物滤池内NH₄+-N的转化途径,利用氮素计量关系和沿程试验研究了净化铁锰氨生物滤池内产生TN_loss(氮损失)的原因和NH₄+-N转化途径. 结果表明,净化铁锰氨生物滤池内DO消耗异常,TN_loss不守恒,当进水ρ(NH₄+-N)平均值分别为1.262、2.296、3.111 mg/L时,NLR(氮损失率)分别能达到7.89%、12.91%、17.73%. 利用硝化反应和CANON(全程自养脱氮)方程式计算得出理论TN_loss和TDOC(理论耗氧量),与实际TN_loss和ADOC(实际耗氧量)的差值分别小于±0.030、±0.10 mg/L,各阶段NH₄+-N 通过CANON途径转化的比例分别为48.58%、60.77%、68.10%,硝化反应和CANON途径共同参与了NH₄+-N转化. 沿程试验结果表明,整个试验阶段,NO₂--N在滤层中均有积累,并在滤层厚度为10~18 cm内出现NO₂--N和NH₄+-N共存的现象,进一步证明CANON途径是净化铁锰氨生物滤池内产生TN_loss的原因.      

铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m~(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.     

土壤呼吸与土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其机制

以黄豆、玉米、水稻这3种农业秸秆为原料,崇明东滩围垦土地为试验样区,以景观植物地肤草为目标植物,研究土壤呼吸和土壤有机碳对不同秸秆还田的响应及其可能的机制.结果表明,不同秸秆直接还田的土壤呼吸和地上植物量均高于对照组;黄豆秸秆还田后土壤呼吸相对最低,土壤有机碳最高,因此黄豆秸秆还田的土壤碳封存能力高于玉米和水稻秸秆.秸秆还田显著促进土壤微生物活性,增加了土壤微生物量以及β-糖苷酶、脱氢酶活性,脱氢酶活性与土壤呼吸相关性最显著.黄豆秸秆还田脱氢酶活性最低,相应的土壤呼吸也最低.黄豆秸秆纤维素、木质素和C/N含量最高,可降解性最低,表明黄豆秸秆难以被微生物降解利用,因而还田后其土壤微生物活性最低,最终导致最低的土壤呼吸和较高的土壤有机碳.     

我国人工林生态系统的水成本核算

健康的生态系统能够提供水土保持、防风固沙、涵养水源、调节气候、减少环境污染、增加游憩地与文化保护等良好的生态服务价值。然而,生态环境修复与建设不仅需要巨大的经费投入,也需要占用大量的自然资源。为了正确理解人工造林活动的成本问题,论文用7种蒸散发模型首次对我国1949年以来人工造林和自然植被恢复的耗水量及人工造林耗水量的机会成本进行计算,初步了解人工修复活动对水资源供给的影响。结果显示,1952—2011年我国人工造林累计耗水量比自然修复多767×10⁸ m³,水机会成本累计536×10⁸元。为了维护生态平衡,生态修复（尤其是人工修复）和经济活动都应关注水资源的成本问题,通过不同措施的成本效益比较,最大限度地降低生态修复成本,这是修复生态学需要面对的重要科学问题之一。     

气体分离循环对高温厌氧消化过程的影响

采用厌氧序批式反应器,研究了气体循环(包括气体直接循环和脱除气体中的氢气后循环)对以葡萄糖和乙酸钠配制的模拟废水在高温厌氧消化过程中乙酸代谢速率、出水性质及微生物相的影响,并采用尺寸排除色谱和三维荧光光谱技术,对溶解性微生物产物(SMP)的分子量分布和荧光物质组成进行了分析.结果显示,气体循环使得出水中残余挥发性脂肪酸的浓度由238.2mg/L(未脱氢)和129.6mg/L(脱氢)分别减少至8.5mg/L和8.2mg/L,并最终降低了SMP产量,45d时分别降至气体循环前的36.8%和59.2%.脱氢气体循环促进了乙酸化和乙酸氧化,导致了微生态环境和甲烷化基质浓度的差异,促进了高分子量SMP向低分子量SMP的转化,污泥中的微生物形态亦发生了较大变化.可见气体循环改善了基质与微生物的混合状况,改善了出水水质,而脱氢气体循环加速了乙酸的代谢,有望更快速地解除易降解有机物高温厌氧消化过程中的酸抑制,提高厌氧消化效率.     

基于时空同步监视的三维海洋灾害预警辅助分析系统

为了直观地展示海洋灾害致灾因子信息和辅助海洋灾害预警分析,应用SKYLINE三维地理信息技术构建界面布局和人机交互界面,基于时空同步监视的理念和数据综合管理的思维采用数据同步技术将台风信息与渔场、渔船、海浪、潮位、增水数据等在同一界面进行综合集成和实时叠加展示分析,建立了人机交互式三维海洋灾害预警辅助分析系统。系统具有信息查询、致灾因子同步监视分析、实时预报信息叠加分析、渔船安全管理辅助等功能,实现了对海洋海浪和风暴潮预警具有较好的辅助分析。实际应用表明,系统能够直观展示致灾要素,为防御海洋灾害提供了一个形象的会商协同平台,有助于提高海洋灾害预警分析能力。     

氧化硫硫杆菌固定化菌球制备及其耦合填料去除H2S

以海藻酸钠(SA)为包埋载体,对氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)进行固定化制备菌球,优化菌球制备条件,在生物滤塔内验证其对H₂S的去除能力.以前期驯化获得的富含硫系恶臭降解微生物菌群的污泥为菌源进行生物滤塔填料筛选,耦合A.thiooxidans菌球和填料进行生物除臭.结果表明,优选的固定化条件为:SA浓度3.0%､吸附剂CNT､A.thiooxidans菌悬液与混合液比例20%､CaCl₂浓度4.0%､改性剂己二胺溶液,获得的菌球机械强度､传质性能､硫氧化能力最好.将A.thiooxidans菌球填装于生物滤塔,H₂S最大去除率和去除能力为70%和1.06g H₂S/m³·h.以混合挂膜方式进行填料挂膜后,在聚氨酯泡沫､活性碳布和陶粒中优选出最佳填料活性碳布,获得H₂S最大去除率和去除能力为88%和0.84g H₂S/m³·h.以混合填装方式将A.thiooxidans菌球与活性碳布填装于生物滤塔,获得H₂S最大去除率和去除能力为86%和1.00g H₂S/m³·h.     

长期覆膜条件下农田土壤微生物群落的响应特征

地膜覆盖是农业生产中保障粮食增产增收的重要措施.为明确长期地膜覆盖对农田土壤微生物群落结构特征的影响,采集4个不同覆膜年限的农田土壤,利用高通量测序技术分析土壤细菌和真菌群落结构变化,探讨长期覆膜农田土壤中微生物群落的变化及其对微生物生态环境效应的影响.结果表明,长期覆膜对土壤细菌多样性无显著影响,但降低真菌多样性;长期覆膜使土壤细菌酸杆菌（Acidobacteriota）和真菌被孢霉菌（Mortierellomycetes）物种丰度降低,增加土壤放线菌（Actinobacteriota）物种丰度.长期覆膜可以使土壤富集细菌中的芽孢杆菌（Bacillus）和类诺卡氏菌（Nocardioidaceae）,及真菌中的肉座菌目（Hypocreales）和曲霉菌（Aspergillus）等有益微生物菌群.然而长期覆膜使土壤真菌共生网络变得简单而脆弱,其关键物种仅有子囊菌门中的粪壳菌目（Sordariales）中的未知菌属一种,因此对农田土壤生态环境带来潜在风险.本研究为深化了解长期覆膜对农田微生物生态环境效应的影响提供理论依据.     

生态文明时代国土空间规划理论与技术方法创新

国土空间规划是现代国家实施国土空间治理的重要手段,是为实现特定战略意图而进行的理性设计,规划的编制实施理念会随时代的发展而变化。为了解生态文明时代国土空间规划理论与技术方法创新,特邀请本领域的五位知名专家就国土空间规划和治理的价值导向、目标追求、重点任务、实施路径和主要领域等开展访谈。专家认为：（1）国土空间规划需要用更高的整体利益原则去处理个体利益之间的失衡,在整体利益的指引下提升特定利益的最大化和保证其他利益的最起码满足。（2）国土空间规划和治理的目标不是单纯追求“地理的普遍繁荣”,而是需要重视追求“人民的普遍幸福”,营造宜居宜业的高品质国土空间。（3）国土空间规划需要统筹安全与发展,合理适度开发利用自然资源,推动实现人与自然和谐共生。（4）需要以核心都市圈为支点,主要城市群为平台,打造宜居城市、韧性城市、智慧城市,建立高质量的城市生态系统和安全系统,重塑中国经济地理格局。（5）城市,特别是大城市是国土空间规划和治理的重点地区,需要通过拓展对城市多元属性的认知、系统研判大城市空间治理的问题与成因,完善大城市治理的逻辑。通过专家访谈,可以看出国土空间规划本质上是对空间关系的重建与重构,需要协调人地关系,推动实现人与自然和谐共生;需要处理好多元主体的利益关系,实现社会和谐;还需要尊重山水林田湖草沙生命共同体、城市有机体等不同层级国土空间单元的运行规律,维护和修复各要素之间的联系和作用机制。     

环境水体中自由基的检测技术研究进展

自由基化学性质高度活泼,极易发生得失电子的氧化还原反应,是环境水体中降解污染物的重要因素。自由基的环境鉴定和分析对揭示环境污染物降解转化机制具有重要意义。但由于自由基环境浓度极低、反应活性高、寿命短,再加上复杂环境基质的干扰效应,使其环境分析一直是研究的重点和难点。而且,目前的研究主要针对一些已知的自由基展开,对未知自由基的识别和鉴定研究较为匮乏。在系统总结典型自由基检测方法及其应用现状的基础上,阐述不同检测方法的优点和缺点,重点探讨适用于环境水体中羟基自由基等典型自由基的检测方法,并提出自旋捕获结合质谱分析技术具有特异性和高灵敏性的优点,可同时检测天然水体中多种自由基,并能够识别和鉴定未知自由基,是未来的研究方向。