基于MODIS GPP/NPP数据的三江源地区草地生态系统碳储量及碳汇量时空变化研究

陆地生态系统碳循环研究是全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,准确地评估陆地生态系统碳储量和碳汇量是估算未来大气 CO2浓度,预测气候变化及其对陆地生态系统影响的关键。已有相关研究多集中于对区域生态系统碳储量和碳汇量的量的估算,而缺乏针对时间尺度上的变化过程的分析,以及对变化特征空间差异性的分析。本研究基于MODIS NPP数据,结合土地利用数据及土壤有机碳密度分布数据,对三江源地区2000─2010年草地生态系统碳储量时空变化特征进行了分析,同时,基于MODIS GPP数据及China FLUX和America FLUX数据,建立草地生态系统呼吸估算模型,对其碳汇量的时空变化特征进行了分析,以期明确该地区的碳储存能力及其变化过程,为该区域草地生态系统保护和管理提供科学依据。研究结果表明：（1）三江源地区草地生态系统总碳储量为53.38×108 t,平均碳密度为14.94 kg·m-2（以C计）。土壤和植被碳储量分别为53.07×108 t和0.31×108 t,平均碳密度分别为14.85 kg·m-2和86.77 g·m-2。（2）近10多年来,三江源地区草地生态系统多年平均碳汇量为0.4×108 t,单位面积平均碳汇量为86.80 g·m-2·a-1（以C计）,表明该地区草地生态体统是一个碳汇。（3）2000年以来,三江源地区草地生态系统总碳储量及总碳汇量均呈波动增加趋势,碳汇功能有所增强。（4）三江源地区草地生态系统碳储量及碳汇量的空间分布格局及其变化趋势的空间分布均呈现明显的空间差异性。（5）MODIS GPP/NPP数据能够支撑较大尺度草地生态系统碳储量及碳汇量格局与变化趋势分析,较传统方法更为便捷高效。     

湖南石门雄黄矿区矿样中的砷氧化细菌的分离及鉴定

绿色的生物学方法处理含砷废水,对于缓解工业发展所带来砷污染问题,提高居民健康生活质量具有重要意义。以湖南石门雄黄矿区的尾矿池积水（SY）、地下400 m处的矿坑水（NY）和尾矿池底泥表层（XY）3个样本为研究对象,利用细菌富集和多次传代的方法,从这3个环境样本中获得可氧化三价砷的3个菌群。在砷质量浓度为l~5 g·L-1的培养基中分别检测上述3个菌群的耐受能力,发现在砷质量浓度高达5 g·L-1的条件下,上述菌群均能在2~3 d内达到109 cells·mL-1。利用上述菌群处理l g·L-1亚砷酸钠溶液,SY、XY和NY菌群可分别在25、20和35 h内将三价砷完全氧化,并且使溶液中的总砷质量浓度降低66.7%。进一步对3个菌群进行多次平板分离,利用五价砷和硝酸银的颜色反应,获得11株可氧化三价砷的目的菌株。对这些菌株16S rDNA进行NCBI的BLASTN序列比对发现,菌株SMY24、SMY33、SMY22、SMY32、SMY21和SMY31均属于假单胞菌属（Pseudomonas）,菌株SMY104属于不动杆菌属（Acinetobacter）,菌株SMY17、SMY25、SMY9和SMY1在所有的已知序列中,最大的相似率只有91%,最小的相似率为76%,且都是未曾报道纯培养的细菌。对这些菌株三价砷氧化能力进行测定发现,其中菌株SMY104和SMY21在20 h内能将三价砷几乎完全氧化。通过对这些菌株三价砷氧化酶基因进行初步检测,发现了多个菌株具有三价砷氧化酶基因（AoxB）。     

基于水域面积法的山区河流水电站下游生态流量定值研究

水电站的大量兴建导致下游河道萎缩退化甚至断流,如何改变水电站运行调度方式,维持下游河道一定的生态流量、保障河流健康成为国内外普遍关注的问题.本文在传统水文学方法的基础上融入生物栖息地法思想,以河流生态系统的生物多样性为功能目标,用河道流量反映河流的水文过程,河道水域面积反映河流生态系统的生物多样性,创新性地提出考虑河道水文生态特性的生态流量定值方法——水域面积法.以北江上游浈江二级支流罗坝水为例进行分析计算.计算结果表明:枯水年罗坝水生态流量为2.26 m3·s-1,占多年平均流量的25.97%;平水年生态流量分月控制,生态流量过程与建站前流量过程基本一致.根据枯水年的生态流量值和平水年各月份的生态流量值,结合水电站的运行调度规则,换算成一定时期内的径流量来确定该时期内水电站需释放的水量,进而对水电站下游河道的生态功能进行保护和修复.     

Effect of AlCl3 concentration on nanoparticle removal by coagulation

In recent years, engineered nanoparticles, as a new group of contaminants emerging in natural water, have been given more attention. In order to understand the behavior of nanoparticles in the conventional water treatment process, three kinds of nanoparticle suspensions, namely multi-walled carbon nanotube-humic acid (MWCNT-HA), multi-walled carbon nanotube-N,N-dimethylformamide (MWCNT-DMF) and nanoTiO₂-humic acid (TiO₂-HA) were employed to investigate their coagulation removal efficiencies with varying aluminum chloride (AlCl₃) concentrations. Results showed that nanoparticle removal rate curves had a reverse “U” shape with increasing concentration of aluminum ion (Al^3 +). More than 90% of nanoparticles could be effectively removed by an appropriate Al^3 + concentration. At higher Al^3 + concentration, nanoparticles would be restabilized. The hydrodynamic particle size of nanoparticles was found to be the crucial factor influencing the effective concentration range (ECR) of Al^3 + for nanoparticle removal. The ECR of Al^3 + followed the order MWCNT-DMF > MWCNT-HA > TiO₂-HA, which is the reverse of the nanoparticle size trend. At a given concentration, smaller nanoparticles carry more surface charges, and thus consume more coagulants for neutralization. Therefore, over-saturation occurred at relatively higher Al^3 + concentration and a wider ECR was obtained. The ECR became broader with increasing pH because of the smaller hydrodynamic particle size of nanoparticles at higher pH values. A high ionic strength of NaCl can also widen the ECR due to its strong potential to compress the electric double layer. It was concluded that it is important to adjust the dose of Al^3 + in the ECR for nanoparticle removal in water treatment.     

天目湖沙河水库尿素含量及其时空分布特征分析

为探索尿素在淡水生态系统中的作用,于2013年3月—2014年2月调查了江苏溧阳天目湖沙河水库及中田河入库河口中,尿素氮和不同形态氮素的含量和分布特征.结果表明,沙河水库中尿素普遍存在,全库年平均尿素氮浓度为0.016 mg·L-1(0.007—0.029 mg·L-1);河、库尿素氮含量在不同月份波动较大,施肥期的2月、6月、11月含量较高,而在非施肥期含量较低,且河、库含量更加接近;沙河水库尿素氮的空间分布随季节变化而变化,一般在下游旅游集中区和上游靠近农业区出现尿素氮含量高值.此外,沙河水库溶解性氮以无机氮库为主,有机氮占29.09%,硝态氮是库体的主要氮形态;其中尿素氮占总氮、溶解性总氮、溶解性有机氮和生物可利用氮的年平均百分比分别为1.80%、2.21%、8.31%、3.54%.相关分析表明,沙河水库尿素含量与溶解氧含量呈显著负相关,与溶解性有机氮呈显著正相关.研究表明,天目湖沙河水库尿素含量的时空变化主要受外源输入(人类活动)的影响,其时间变化规律与农业活动密切相关,空间分布差异主要受污染源(河道入库口、农业、旅游业和养殖业)分布及其活动的影响.     

磺化石墨烯对小麦幼苗生长及生理生化指标的影响

随着石墨烯生产量和使用量的不断增大,其对生态环境的风险逐渐引起了环境学家的关注。采用水培试验,探究了磺化石墨烯(SGO)对小麦幼苗的生长、抗氧化酶活性及脂质过氧化的影响。结果表明:在培养10 d后,低浓度磺化石墨烯对小麦根系的生长有显著促进作用(P0.05),200 mg·L-1浓度处理与对照处理相比提高了84.3%,随着浓度增加促进作用逐渐减弱,1 000 mg·L-1时与对照相比提高了19.9%。但对小麦地上部的生长没有影响。磺化石墨烯处理的小麦幼苗根系和叶片组织中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)及丙二醛(MDA)都呈现先下降后上升的趋势。当磺化石墨烯浓度低于200 mg·L-1时,处理组小麦抗氧化酶的活性及MDA含量相对于对照处理大都有所降低,说明低浓度时磺化石墨烯没有对小麦的生长产生氧化胁迫,这与磺化石墨烯可能具有一定的抗氧化能力有关,而高浓度时由于产生氧化胁迫使各项生理生化指标逐渐上升。本实验结果为石墨烯材料对植物的毒理学研究提供了基础数据。     

Nanoparticles in wastewater from a science-based industrial park - coagulation using polyaluminum chloride

The Hsinchu Science-based Industrial Park (HSIP) is the hi-tech manufacturing hub of Taiwan. Wastewater from the HSIP contains numerous nano-sized silicate particles whose size distributions peak at 2 and 90 nm. A 3-5 mg l(-1) as Al dose of polyaluminum chloride (PACl) was used in the field to coagulate these particles, but the removal efficiency was low. Laboratory scale tests indicated that although PACl coagulation removed 52% of the turbidity and 48% of the chemical oxygen demand (COD) from water, its effect on nano-particle removal was minimal. About 58% of the soluble COD was associated with colloidal Si particles. A light scattering test and transmission electron microscopy (TEM) demonstrated that the nano-particles agglomerated in approximately linear aggregates of sizes 100-300 nm. Prolonged contact between residual PACl and the nano-particles generated large aggregates with sizes of up to 10 microm and a fractal dimension of 2.24-2.63. The results presented herein should be of interest in the processing of "high-tech" wastewater that contains nanosized silica particles.     

典型的固定源排放可凝结颗粒物中无机组分研究

近年来我国各类典型固定源排放可过滤颗粒物（Filterable Particulate Matter,FPM）的水平已经明显降低,然而固定源可凝结颗粒物（Condensable Particulate Matter,CPM）的排放水平却逐渐引起人们的关注和重视.因此研究不同类型固定源CPM的排放特征对进一步了解和控制固定源颗粒物的排放具有重要意义.本研究根据美国EPA Method 202搭建了一套CPM的采样装置,对5个不同固定源排放的CPM进行了采样.实验结果表明在两个燃煤电厂、一个烧结厂和两个垃圾焚烧厂中,CPM的排放浓度分别为 7.65、26.00、28.89、6.82和5.53 mg·m^-3,无机组分在CPM中的占比分别为69%、62%、43%、62%和71%.其中SO₄^2-是燃煤电厂和烧结厂排放CPM中最主要的水溶性离子,占总离子的67%以上.Cl^-是垃圾焚烧厂排放CPM中最主要的水溶性离子,占总离子的37%以上.K、Ca、Na、Fe、Mg和Al等元素在各类固定源CPM排放的总元素中占比较高,大约在80%以上.此外,在燃煤电厂和烧结厂排放CPM中的未知组分比例大约在20%以上,说明现阶段我们对CPM组成成分的研究还有限,未来应当继续探索研究.     

富油煤热解产物在粉砂介质中的吸附行为研究

富油煤原位热解产生的油、气等有机物会通过岩层的压裂缝进入含水层,产生一系列环境行为效应.为探究富油煤热解产物对地下水的影响,以陕北榆神府矿区富油煤与含水介质粉砂为研究对象,采用批量平衡试验,开展了粉砂对煤焦油不同组分的吸附动力学与吸附热力学研究.结果表明：粉砂对煤焦油中酚油、萘油、洗油、蒽油、沥青的动力学吸附均符合准二级动力学方程,等温吸附模型符合Freundlich方程,说明粉砂对5种组分的吸附为单分子层化学吸附;受富油煤热解焦油组分含量差异影响,粉砂对5种组分的吸附量表现为酚油<萘油<洗油<蒽油<沥青,其最大吸附量分别为0.4520、0.7926、1.9015、3.6336、11.8001 mg·g^-1,吸附量总和占煤焦油含量的68%~85%;随着温度的升高,粉砂对5种组分的吸附能力均有所减弱,表明升高温度不利于吸附行为的进行,且反应的ΔG⁰<0表明粉砂对5种组分的吸附过程主要以化学吸附为主且属于放热反应.     

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。