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。     

山水林田湖草生命共同体的科学认知、路径及制度体系保障

山水林田湖草生命共同体是对人与自然和谐统一关系的新认知,是生态文明理论的重要组成部分。以建立一个山水林田湖草生命共同体的研究范式为目的,系统剖析了山水林田湖草生命共同体理论与应用在基础探索、快速发展和多元繁荣三个阶段的研究重点与特征;再次审视了山水林田湖草生命共同体的内涵、阐明了概念新认知、基本特征、人与生命共同体关系;最后提出面向山水林田湖草生命共同体的“问题—目标—时空策略—目的”的实施路径,及构建以自然资源监测监管体系、自然资源资产产权体系、国土空间规划体系、国土空间用途管制体系、国土空间生态修复体系、法律法规体系等为主的制度体系,进而提升其科学性和实用性,为构建国土空间治理体系及治理能力现代化提供决策支撑。     

邛海流域设施葡萄园土壤养分与地下水污染特征研究

为揭示邛海流域设施葡萄园土壤养分的累积状况与地下水的污染特征,选取邛海北岸典型设施葡萄种植区为研究区域,采集不同种植年限的设施葡萄园和普通农田表层土壤以及相应区域地下水进行分析,并采用相关性分析方法探讨葡萄园表层土壤中氮、磷浓度,土壤理化性质与种植年限之间的关系。结果表明：设施葡萄园表层土壤中速效氮浓度平均为0.702 g/kg,速效磷浓度平均为0.135 g/kg,分别是背景（未耕作）土壤的8.2倍和6.5倍;土壤中总氮和总磷浓度与种植年限呈显著正相关,氮、磷养分会随着种植年限的增加在土壤中累积,且由于种植过程中磷肥的长期大量施用,土壤中磷素累积显著;设施葡萄园土壤pH与其养分浓度呈显著负相关,土壤电导率与其养分浓度呈显著正相关,氮、磷肥料的大量施用会加重土壤的酸化和盐渍化程度;设施葡萄园土壤养分淋失主要以硝态氮为主,地下水中硝酸盐浓度随着种植年限的增加而升高,对邛海水质存在潜在污染风险。     

锰氧化物改性生物炭基质材料对典型喹诺酮类抗生素的吸附及其在人工湿地的应用

以废弃花生壳为原料,制备锰氧化物改性生物炭球（MBCB）用于去除水中的环丙沙星（CIP）和恩诺沙星（ENR）,探究MBCB对CIP和ENR的吸附特性及在人工湿地中的应用效果.结果表明,负载锰氧化物的MBCB对CIP和ENR的吸附过程分别符合准一级和准二级动力学模型,混合吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir和Freundlich等温模型都可以较好地拟合MBCB对CIP和ENR的吸附过程,在25℃条件下,通过Langmuir模型拟合出的对CIP和ENR的最大吸附量分别为3.84 mg·g^-1和2.01 mg·g^-1.MBCB对CIP和ENR的吸附过程主要受到内扩散和边界层扩散的控制,是自发的吸热过程,氢键和静电相互作用参与到吸附过程当中.添加MBCB作为基质的人工湿地对CIP和ENR的平均去除率达70.7%和62.9%,分别为对照组的1.625倍和1.719倍.同时,添加MBCB的湿地微生物丰度和多样性所受影响相对较小,这说明MBCB能缓解人工湿地中CIP和ENR的毒性,保证人工湿地对抗生素的去除效果.     

KOH活化小麦秸秆生物炭对废水中四环素的高效去除

活化是提高生物炭吸附性能的重要手段.以小麦秸秆为研究对象,KOH为活化剂,制备KOH活化生物炭（K-BC）,同时制备原状生物炭（BC）作为对照.对生物炭进行比表面积和孔径、元素分析、XPS、FTIR、Raman、XRD和pH_pzc等表征,考察KOH活化对生物炭理化性质的影响,并探究生物炭对水体中四环素的吸附性能和机制.结果表明,KOH活化之后生物炭的比表面积和孔体积可达996.4 m²·g^-1和0.45 cm³·g^-1.KOH活化会制造更多的碳结构缺陷,影响生物炭的官能团和表面电性.拟二级动力学和Langmuir模型可以较好地拟合生物炭吸附四环素的过程.环境温度升高能提高生物炭对四环素的吸附量.K-BC吸附四环素是自发、吸热和无序度增加的过程.K-BC对四环素的最大吸附量理论可达到491.19 mg·g^-1（实验温度为45℃）.结合吸附后生物炭的Raman、FTIR和XPS表征,发现孔隙填充和π-π作用是K-BC吸附四环素的主要机制,氢键和络合作用也发挥重要作用.此外,K-BC还具有良好的循环使用性能.综上所述,KOH活化小麦秸秆生物炭是有效和可行的,可用于废水中四环素的去除.     

黔北下志留统龙马溪组黑色泥岩沉积环境及页岩气成藏条件

下志留统龙马溪组发育黑色泥岩,分布在贵州北部。为阐明其沉积环境和页岩气成藏条件,研究分析了沉积特征和地球化学特征。泥岩具粉砂泥质结构或泥质结构,岩层多为薄层,普遍具水平层理,含浸染状黄铁矿颗粒,表明沉积水动力弱、沉积速率较低。泥岩的Mo、V、U的富集系数都大于1,Ce异常的平均值为-0.033,特定元素比值(V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)和Ce/La)都显示泥岩形成于缺氧环境。总体上,龙马溪组黑色泥岩的沉积环境为水体较深、沉积速率较低、呈缺氧还原状态。龙马溪组黑色泥岩的TOC含量在2.78%～4.36%之间,平均值为3.79%;镜质体反射率(R_o)在1.88%～2.16%之间,平均值为1.99%,反映有机质已达成熟-过成熟的干气阶段;有效厚度在10～100 m之间,脆性矿物含量一般在20%～30%之间,埋深大概在0～3 500 m。地层厚度从南至北逐渐增大,其余参数各剖面相似。因此,具有页岩气资源潜力的区域大致在桐梓-绥阳以北地区。这些特征综合表明龙马溪组黑色泥岩具备形成页岩气藏的良好条件,存在较高的页岩气资源潜力。     

温压条件下不同含水高岭石对NH4+吸附的分子模拟

为研究高岭石对NH₄⁺吸附的微观情况,通过Material Studio软件对高岭石单胞进行收敛性测试后构建了4×2×1不同水化程度高岭石模型,采用量子力学和经典力学方法对模型晶胞进行了理论计算和吸附实验研究.结果显示,在交换关联泛函GGA-PW91,K点4×3×2,截断能600eV条件下,得到了高岭石稳定结构模型（误差<2%）;高岭石对NH₄⁺的吸附受温度影响明显,随温度升高,吸附量逐渐减少,与吸附实验结果一致;动力学结果显示吸附类型主要为物理吸附,吸附作用力为范德华力和库仑力.     

城市河网区河流沉积物磷形态分布特征及释放贡献

以嘉兴城市河网区为研究区域,在调查区域水质和沉积物磷空间变化特征的基础上,分析沉积物中各形态磷的垂直与空间赋存状态,通过吸附释放参数计算EPC₀值,明确了沉积物-水界面磷迁移影响因素和沉积物中活跃磷素的释放风险和贡献.结果表明,研究区域水质氮磷污染较为严重,沉积物TP含量均值呈北部河网区>西部河网区>南部河网区,基于单因子指数法的生态风险评价为Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级的样本比例分别为10.91%、25.45%和63.64%.沉积物各形态磷整体呈现TP>IP>HCl-P>NaOH-P>OP,沉积物生物有效磷（BAP）整体呈现Olsen-P>AAP>WSP>RDP;在沉积物垂直剖面中,部分位点受到外界因素的强烈影响垂向波动较大,整体上是随深度的递增而减小,这与近年来研究区域接收的外源磷积累过程在加重有关.相关性分析表明,沉积物磷吸附容量（Q_max）与铁铝氧化物呈显著相关性 （p<0.05）;释放参数EPC₀与TP、IP与HCl-P呈显著相关性 （p<0.05）.结合BAP形态,研究区域河流沉积物NaOH-P、HCl-P、AAP、Olsen-P及WSP存在较高的释放潜力.南部河网区沉积物主要呈现磷“源”角色,西部和北部河网区部分区域沉积物充当磷“源”角色.南部河网区在长短时间尺度下的磷主要释放形态为NaOH-P、HCl-P和OP,北部河网区在长时间尺度下主要释放磷形态为NaOH-P、HCl-P,西部河网区在短时间尺度下主要释放形态以HCl-P为主,在长时间尺度下3种磷形态的释放风险仍然较高.     

钢铁生产行业二英污染特征变化及其排放因子

对我国某省多家钢铁生产企业烧结工序和电炉工序排放烟气中二英（PCDD/Fs）污染水平、排放特征及其排放因子进行了初步研究.结果表明,烧结工序PCDD/Fs毒性当量浓度（以I-TEQ计,下同）为0.003~0.557 ng·m^-3,均值为0.165 ng·m^-3;电炉工序PCDD/Fs毒性当量浓度为0.006~0.057 ng·m^-3,均值为0.025 ng·m^-3.PCDD/Fs毒性当量浓度水平总体较低,较2005~2019年研究报道结果下降1~2个数量级.2005~2020年,钢铁生产行业排放PCDD/Fs毒性当量浓度水平先升高后降低,尤其是新的标准限值实施以及对烟尘等常规污染物进行超低排放控制后,呈现大幅下降.指纹谱图特征显示,所有烟气样品17种PCDD/Fs中最大浓度贡献单体为2,3,7,8-TCDF,与已有研究中以高氯代PCDFs和PCDDs为主不同,且低氯代PCDFs占比有所增加,表明PCDD/Fs生成主要来源有所变化.烧结工序和电炉工序PCDD/Fs同类物指纹分布特征相似,呈现典型的高温热过程特征,两个工序生产过程中PCDD/Fs的生成机制可能均为"从头合成".钢铁生产企业烧结工序PCDD/Fs废气排放因子（以I-TEQ计,下同）为0.003~0.5 μg·t^-1,排放因子平均值为（0.18±0.22）μg·t^-1;电炉工序PCDD/Fs废气排放因子为0.04~0.5 μg·t^-1,排放因子平均值为（0.27±0.23）μg·t^-1;低于UNEP于2013发布的"二英和呋喃排放识别和量化标准工具包"以及2004年我国二英排放清单中的排放因子,建议对我国钢铁生产行业PCDD/Fs排放状况开展调查,更新排放因子.     

基于蒙特卡洛模拟与PMF模型的黄河流域沉积物重金属污染评价及源解析

沉积物是河流的重要组成部分,而沉积物中重金属的富集严重威胁着水环境安全.黄河流域沿程分布着众多工业城市,且流域水土流失量大,泥沙携带重金属进入河流导致沉积物重金属污染问题日趋严重,研究黄河流域沉积物中重金属污染状况对流域生态安全具有重要意义.收集2000~2020年发表的关于黄河流域沉积物中重金属（铅、镉、铬、砷、锌、铜、镍和汞）含量的数据,首先基于描述性统计及地统计法分析重金属的空间分布特征,进一步采用蒙特卡洛法进行地累积指数（I_geo）、潜在生态风险及毒性单位概率的评价,最后结合正定矩阵因子分解模型（PMF）与Pearson相关性分析确定污染源个数及贡献率.结果发现,黄河流域沉积物中ω（Pb）、ω（As）、ω（Zn）、ω（Ni）、ω（Cu）、ω（Hg）、ω（Cr）和ω（Cd）的均值分别为26.92、11.78、87.17、31.13、24.96、0.07、73.36和0.58 mg·kg^-1,分别超过黄河流域各省土壤背景值均值1.27、1.08、1.26、1.05、1.09、2.32、1.14和5.95倍,其中Cd超标倍数最大,应当引起重视;I_geo：Cd>Hg>Cr>Cu>Pb>Zn>As>Ni,Cd和Hg存在中度-严重污染;数据表明黄河流域上、中和下游沉积物重度生态风险占比分别为18.6%、15.7%和7.1%,呈递减趋势;黄河流域沉积物中重金属处于低毒性状态;溯源分析表明黄河流域沉积物重金属的4个来源分别是矿业源（42.2%）、自然活动（38.3%）、农业活动（11.6%）和电镀废水（7.9%）.研究结果可为黄河流域制定相关污染防控措施提供依据.