国家自然科学基金“土地科学和自然资源管理”申请代码领域研究格局、热点透视与发展展望

支持基础研究是国家自然科学基金的职责使命。自然资源管理是地理科学交叉融合创新的重要领域。划分国家自然科学基金土地科学和自然资源管理申请代码领域的研究方向,分析该领域申报与资助格局,透视研究热点,提出发展展望。研究发现：2021年以来土地科学和自然资源管理领域的申报格局以交叉且偏向人文要素研究为主,交叉类研究占55%以上,人文要素为主类研究占30%,自然要素为主类研究占15%;以土地资源为对象研究占73%,以生态资源为对象占14%,以其他自然资源为对象的研究占13%。资助格局中土地资源类项目占主导,在75%以上,其他自然资源资助比例不高且资助率不稳定,在土地资源中,农用地、建设用地与土地系统是主要资助领域。为推动自然资源管理领域的健康持续发展,要创新该领域研究范式,增强基础研究属性,树立交叉融合研究典范,坚持申请代码初衷内涵。     

ABS湿热海洋大气环境室内外老化行为及相关性研究

目的 研究丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)、苯乙烯(Styrene)3种单体的三元共聚物(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene,ABS)在湿热海洋大气环境室内外的老化行为及其相关性。方法 开展湿热海洋大气暴露(室外)试验及多因子循环加速老化(室内)试验,通过观测外观形貌、力学、化学结构等性能变化,定性探究ABS室内外老化规律。通过灰色关联度与主成分分析,定量探索ABS室内外老化行为的相关性。结果 ABS黄色指数等与表面性能相关的指标在户外暴露6个月及室内加速老化300 h左右就基本达到饱和值50和45,而与整体性能相关的拉伸强度在老化过程中先下降、后上升,断裂伸长率、冲击强度、缺口冲击强度等指标在户外暴露2个月或室内老化200 h快速下降近60%后,再缓慢降低。分子链中丁二烯单体的双键或苯环侧链中的季碳受到环境中光、氧、水等的作用,分解生成酮与羟基。通过主成分分析,将ABS多种性能指标组合成综合老化指标,客观定量评价ABS室内外老化灰色关联度高达0.93。结论ABS老化是分子链断链及交联的动态竞争过程,湿热海洋大气环境室内外老化行为的相关性较高。     

城市污水再生处理反渗透产水的水质特征与超高标准处理技术

系统总结了城市污水再生处理反渗透产水的有机物浓度水平、组成特征和污染来源,分析了其利用途径和风险,探讨了反渗透产水超高标准处理技术的现状和发展趋势.与常规水源相比,再生水反渗透产水中有机物的浓度升高(可高达500~1000μg-C/L)、种类增加(超过百种).产水中药物和个人护理品、工业化合物、内分泌干扰物和氧化副产物等多有检出(10^-3~2.5μg/L),应关注其长期暴露的健康风险.反渗透产水中占有机碳比例70%的有机物组分及其特征尚未完全掌握,亟需开展系统研究.新兴自由基氧化技术、新型光源利用技术等是反渗透产水超高标准处理技术的重要发展方向.     

利用中和渣复垦尾矿的可行性及其重金属污染特征研究

有色金属矿在开采和冶炼的过程中会产生大量的尾矿渣和酸性矿山废水,后者被中和沉淀后成为中和渣.大量堆存的尾矿和中和渣会产生严重的安全和环境问题,亟需有效方法将其安全地处置或回收再利用.研究认为中和渣可以替代土壤作为植物的种植基质,进而缓解尾矿复垦中表土缺乏的困境,但该策略的可行性和安全性尚未经过系统的论证.本研究以紫金山铜矿堆浸废石边坡为对象,评估以中和渣替代自然土壤进行植被复垦的可行性,识别复垦过程中可能存在的限制植物生长的关键环境因子,分析中和渣中毒性重（类）金属元素的状况,比较不同种植方式和坡位对复垦效果的影响.结果表明,有机肥改良后的中和渣土壤氮、磷和钾的总量相对较好,孔隙度、容重和含水率和盐度持续改善.但其有机质总量的偏低,以及有机养分矿化速率较慢所导致的无机氮和有效磷的缺乏,很可能是限制植物生长的关键因素.中和渣所含重金属总量普遍保持稳定,产生二次的污染风险较小.相比机喷处理,人工穴播处理下的中和渣具有更好的养分条件和微生物多样性,但有pH下降和铜、铁和锰等重金属的有效性上升的趋势.本研究的结果表明,以中和渣作为土壤基质进行尾矿复垦是相对安全可行的,但仍需长期关注其pH的变化,并适当增加有机质的添加量和利用微生物菌剂促进其中养分的矿化.     

龙葵、大叶井口边草和短萼灰叶对Pb、Cd和As污染农田的修复研究

以云南省个旧市重金属污染农田为研究对象,通过野外田间试验研究7种配置种植方式下龙葵(Solanum nigrum)、大叶井口边草(Pteris cretica var.nervosa)和短萼灰叶(Tephrosia candida)对Pb、Cd和As的吸收特征,探讨3种植物不同配置方式对Pb、Cd和As复合污染农田的修复潜力.结果表明:供试农田土壤Cd和As含量均超出GB 15618-1995《土壤环境质量标准》中的三级标准.所有不同植物配置种植方式中,龙葵地上部对Cd的吸收量最大,为(6.99±0.25) mg·kg-1,大叶井口边草地上部对As的吸收量最大,为(326.98±93.99) mg·kg-1,短萼灰叶地上部对Pb的吸收量最大,为(32.96±5.65) mg· kg-1,均低于超富集植物的临界阈值(Cd 100 mg· kg-1,As1 000 mg·kg-1,Pb 1 000mg· kg-1).比较7种种植方式对污染土壤中重金属的提取效率发现,单作龙葵条件下,龙葵地上部对Pb、Cd和As的吸收量最大,年吸收量分别为1 004.97、152.04和1 534.47g· hm-2,若将Cd和As污染农田土壤修复达到GB 15618-1995中的三级标准,提取效率分别为2.811 6％和1.413％.这说明单作龙葵对Pb、Cd和As复合污染农田具有一定修复潜力,但不适用于修复高浓度重金属污染农田.     

钼酸铋光催化剂的制备及其光催化活性

以表面活性剂聚乙二醇(PEG6000)为模板剂,调节其用量(0、10、20、30、40 g·L-1)通过水热法制备得到Bi3.64Mo0.36O6.55/Bi2MoO6纳米光催化剂,分别命名为(BMO-0、BMO-1、BMO-2、BMO-3,BMO-4).采用X-射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),紫外可见漫反射(DRS UV-Vis)和比表面仪(BET)对其进行表征,结果表明,制备得到的钼酸铋为立方相Bi3.64Mo0.36O6.55和单斜相Bi2MoO6的混合物,形貌为纳米片和纳米颗粒的混合体.在可见光(≥420 nm)照射下,研究了Bi3.64Mo0.36O6.55/Bi2MoO6光催化降解罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和苯酚(phenol)的催化特性,探讨了在光催化剂制备过程中PEG6000用量对其可见光活性的影响,发现当PEG6000用量为20g·L-1时其光催化活性最好.可见光下照射2.5 h即可使RhB(1.37×10-5mol·L-1)100%脱色,光照12 h后对苯酚(1.48×10-3mol·L-1)的降解率达到35.15%.采用DPD分光光度法测定了体系中产生的双氧水(H2O2),并结合外加叔丁醇(t-butanol)、碘化钾(KI)等捕获剂试验,推测其催化机理主要为空穴氧化和超氧自由基(O·-2)协同氧化历程.     

硫酸锌胁迫下克氏原螯虾对重金属锌的富集

将克氏原螯虾(Procambarus clarkii)成虾在ρ(Zn2+)为0.40、4.04和40.37 mg.L-1ZnSO4溶液中浸浴21 d,分别于2、8 h,1、3、7、14和21 d时每个暴露浓度组随机抽取6尾螯虾,测定其血淋巴、鳃、肝胰腺、消化道、生殖腺、触角腺及肌肉中w(Zn2+),分析各组织对Zn2+的富集情况。结果显示,随暴露时间的增加,各浓度组鳃、肝胰腺及肌肉中w(Zn2+)呈上升趋势。克氏原螯虾鳃和肝胰腺对Zn2+有较强的富集能力,这2种组织在3种浓度Zn2+溶液中的富集系数(BCF)分别为407.78、79.46、40.80和656.90、143.58、41.39。克氏原螯虾触角腺、性腺、消化道和血淋巴对Zn2+的富集效应不明显,在暴露前期各浓度组触角腺和性腺中w(Zn2+)不断增大,随后迅速下降,并保持略低于对照组的水平。各浓度组克氏原螯虾消化道中w(Zn2+)均出现2次峰值;4.04 mg.L-1及其以下浓度组血淋巴中w(Zn2+)出现1次峰值,而40.37 mg.L-1浓度组出现3次峰值,暴露浓度越高,血淋巴中w(Zn2+)出现第1次峰值所需时间越短,且峰值越大。上述结果表明克氏原螯虾是容易富集锌的物种,鳃和肝胰腺是锌富集的主要部位,因此为保证食用安全,应避免食用锌胁迫群体的肝胰腺和鳃。     

Fe/Si/Al分子印迹材料的制备及其对酸性橙II(AOII)的选择吸附性能

以Fe/Si凝胶作为基底,酸性橙II(AOII)为模板分子,引入Al3+形成Lewis酸识别位点,制备全无机型Fe/Si/Al分子印迹型材料(MIPs),通过SEM、XRD、BET、FT-IR等对其进行表征,并研究了其对AOII的选择吸附性能.研究结果表明,与同具有苯环结构的干扰物双酚A(BPA)相比,MIPs对AOII的吸附能力明显高于BPA,说明其对模板分子具有吸附选择性.此外,MIPs对AOII的吸附行为符合Langmuir吸附等温线和拟二级吸附动力学方程,且主要为化学吸附.     

利用剩余污泥水解酸化液合成聚羟基脂肪酸酯的研究

以城市污水处理厂剩余污泥水解酸化产物为原料,研究了罗氏真养菌(Ralstonia eutropha)H16在水解酸化液中的生长规律和聚羟基脂肪酸酯(PHAs)积累特性,同时分析了H16对水解酸化液中各种有机酸组分的利用规律. 结果表明,以剩余污泥52℃中温水解酸化48h的水解酸化液为培养基,在HAc水解酸化液(C/N/P=100/10/1, TOC＝2881mg/L,乙酸占总有机酸含量36.1%)中,H16最先利用乙酸和正丁酸来进行自身的生长和PHAs的合成,合成的主要产物是聚羟基丁酸酯(PHB);随后开始利用丙酸和正戊酸,在此过程中聚羟基戊酸酯(PHV)的含量也逐步上升,菌体量同步增长, H16在40h左右处于平稳期,并且达到最大积累率为12.51%(占菌体干重);最后利用的是异丁酸和异戊酸,但是此时H16已经进入衰亡期,菌体量和PHAs合成率都在下降.当以HVa水解酸化液(C/N/P=100/10/1, TOC＝2358mg/L,异戊酸占总有机酸含量29.0%)为培养基时, H16在18h达到生长的峰值,24h达到PHAs合成率的最大值为32.14%(占菌体干重),PHV为PHAs的主要形式.     

基于韧性曲线的城市地铁网络恢复策略研究

为了提高城市地铁网络的韧性,基于复杂网络理论和韧性城市理论,研究地铁网络在不同失效场景下的最优恢复策略.用Space L方法和Gephi软件构建地铁网络,以网络平均效率为韧性指标,以网络恢复力最大为目标函数构建城市地铁网络恢复模型,用遗传算法进行求解.最后以西安地铁网络为例,用Matlab模拟了其在小规模和大规模站点失...