亚热带流域氮磷排放与养殖业环境承载力实例研究

畜禽养殖业粪便排放已经成为我国农村地区主要的农业面源污染源之一,也是制约养殖业良性发展的主要瓶颈.本文以湖南省长沙县典型亚热带流域为研究单元,基于流域水环境定位观测、耕地氮(N)磷(P)消纳能力以及养殖业调查和土壤分析资料,初步分析了亚热带丘陵区的面源污染现状及畜禽养殖业的环境承载力.结果表明,研究区金井河流域134.4 km2范围内N、P年负荷分别为N 2.72 t·km-2和P0.11t·km-2,其中养殖粪便对水体总氮(TN)、总磷(TP)负荷的贡献率分别约为42.2％和62.0％.区内平均畜禽养殖密度为3.46 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪24.39万头),显著高于现有化肥用量条件下流域的实际承载力1.13 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪6.35万头),因此养殖密度过高是导致研究区水体NP负荷较高的主要原因.区内N、P盈余量分别为N 35.8 kg·hm-2、P 18.61 kg·hm-2.研究区基本不施用化肥条件下畜禽养殖业的最大环境承载力为7.26 AU·hm-2,在有机肥占合理施肥量30％条件下,当地畜禽养殖业的环境承载力为2.74AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪19.50万头).降低养殖密度、调整养殖业空间布局以及提高养殖废弃物的资源化利用率是防治当前面源污染的有效途径.     

Characterizing the optimal operation of photocatalytic degradation of BDE-209 by nano-sized TiO2

Brominated flame retardants have been widely used in industry. There is a rapid growing public concern for their availabilities in the environment. Advanced oxidation process (AOP) is a promising and efficient technology which may be used to remove emerging chemicals such as brominated flame retardants. This project aims at investigating optimal operational conditions for the removal of BDE-209 using nano-scaled titanium(IV) oxide. The residual PBDE congeners after photocatalytical degradation of BDE-209 by TiO₂ were analysed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). It was found that the degradability of BDE-209 by TiO₂ was attributed to its photocatalytic activity but not the small size of the particles. The half-life of removing BDE-209 by TiO₂ was 3.05 days under visible light. Tetra- and penta-BDEs were the major degraded products of BDE-209. Optimum conditions for photocatalytical degradation of BDE-209 was found to be at pH 12 (93% ± 1%), 5, 10, 20 mg/L (93.0% ± 1.70%, 91.6% ± 3.21%, 91.9% ± 0.952%, respectively), respectively of humic acid and in the form of anatase/rutile TiO₂ (82% ± 3%). Hence, the efficiency of removing BDE-209 can be maximized while being cost effective at the said operating conditions.     

基于水质模拟的不确定条件下两阶段随机水资源规划模型

针对流域内不同企业的水资源分配及企业生产污染排放导致的水环境问题,运用区间两阶段随机规划的方法,耦合区间两阶段模型（ITSP）和区间水质模型（IS-P）,建立不确定两阶段随机水质-水量耦合规划模型（ITSP-SP）.该模型以流域内系统利益最大为目标函数,模拟了流域内各个企业的水量分配及排污过程中河道水质变化,并在保证河流水质达标前提下优化预计分配水量,调整企业生产规模.通过模型运算得到区间解,为管理者提供了多样的决策方案.并且,该模型充分考虑不确定因素对系统利益的影响,能够有效的规避系统决策失误及方案缺失现象.     

北京市不同地区土壤中的球囊霉素荧光特征及其与土壤理化性质的关系

球囊霉素相关土壤蛋白是一种菌根真菌产生的耐热糖蛋白,因其与微生物密切联系而常用来表征土壤的健康状况.由于球囊霉素相关土壤蛋白的提取过程中容易产生干扰物质,影响了这个指标在土壤状态评估方面的进一步应用.本研究采集了北京北部山区,中部城区以及南部郊区的土壤样品,使用三维荧光-平行因子模型技术解析球囊霉素相关土壤蛋白中可溶性有机物的荧光特征,将土壤类球囊霉素蛋白分解为5个荧光组分,分别为微生物源UVC腐殖质类物质、UVA人为来源腐殖质类物质、微生物来源的氧化醌物质、土壤富里酸类物质和类蛋白物质,蛋白质在其中所占比例为0~20%.不同采样区域的荧光特征比较显示,球囊霉素土壤相关土壤蛋白的5个荧光组分总体稳定,与山区相比较,城区和郊区的类蛋白质组分受人类活动影响降低,氧化醌类物质组分含量升高.不同采样点的理化特征结果显示,以城市建设和耕作为代表的人类活动减少了土壤中的含水率、有机质含量以及总氮含量.比较球囊霉素相关土壤蛋白的荧光特征与土壤理化特征的相关性结果显示,球囊霉素土壤相关蛋白浓度、UVA腐殖质组分、UVC腐殖质组分与土壤有机质含量、总氮含量显著相关,具有表征土壤健康状况的潜力.     

论"水十条"对中国水体污染防治的意义

2015年4月16日,国务院正式发布《水污染防治行动计划》,《水污染防治行动计划》为了与一年前出台的"大气十条"相对应,故亦简称"水十条".这将是今后很长一段时期中国治理水环境的纲领性文件."水十条"对中国水污染治理工作提出了总体目标,同时作为新环保法的延伸,"水十条"将强调市场机制在治理水体污染中的作用、促进环境需求的多样化.总的来说,"水十条"的发布,标志着中国将对水污染防控治理进行强力监管,铁腕治污将进入"新常态".     

亚热带农区生态沟渠对农业径流中氮素迁移拦截效应研究

以我国亚热带农业面源污染防控工程——生态沟渠为研究对象,在2013~2014年对其径流量和每月进出口水质中NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的质量浓度进行监测,通过分析生态沟渠在不同时间段对不同形态氮素的去除差异,探讨了生态沟渠对面源污染中氮素迁移的拦截效应.结果表明,2 a内生态沟渠对NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的平均去除率分别为77.8%、58.3%和48.7%;拦截量分别为38.4、59.6和171.1 kg·a~(-1);进水中无机态氮NO~-_3-N和NH~+_4-N之和占TN质量分数的平均值为47.5%,出水中平均值为33.6%,比进水显著降低(P0.01).2014年生态沟渠中水生植物全部改种为绿狐尾藻后,对NO~-_3-N和TN的拦截率比2013年分别增加了30.5%和18.2%,表明种植绿狐尾藻进一步提升了生态沟渠对氮素的拦截能力.可见,生态沟渠对农区地表径流中氮素迁移有较好的拦截作用,可作为一项重要的农业面源氮污染防控技术.     

水资源约束下江苏省城镇开发安全预警

城镇规模的扩张离不开水资源的支撑,水资源承载力是影响城镇开发的重要因素。论文提出一种以水资源约束测算城镇开发度阈值及从"状态-趋势-效应"尺度进行开发度预警的方法,并以江苏省为例进行实证探索,最终划分综合预警分区。结果显示:到2020年,苏州、 无锡、 常州、 南京将成为重度预警区;徐州、 连云港为高度预警区;镇江、 扬州、 泰州、 南通为中度预警区;淮安、 宿迁、 盐城为轻度预警区。利用GM(1,1)模型和相关方程,对城镇开发度、 开发容量、 开发临界时点及开发后温度变化与碳汇损益定性定量化,进行整个开发过程的模拟,客观反映城镇开发安全变化的动态性,以期为政府制定差别化的开发政策和预警措施提供科学依据和理论支撑。     

黄土高原不同降水量区旱作苹果园地水分生产力和土壤干燥化效应模拟与比较

为了揭示黄土高原旱作苹果园深层土壤干燥化对果园产量的长远影响,确定果园适宜利用年限,应用WinEPIC模型定量模拟分析了1965—2009年黄土高原半湿润区洛川、半湿润易旱区白水、半干旱区延安、半干旱易旱区静宁等不同降水量区旱作苹果园地水分生产力演变和深层土壤水分动态变化规律,并比较了其区域差异。结果表明：洛川、白水、延安和静宁果园产量均呈现出“先逐年升高达到最大值,之后随当地降雨量变化而波动性降低”趋势,45 a平均值分别为26.05、23.89、22.29和20.51 t/hm²;1~20 a生果园平均年耗水量均高于同期年降水量,导致果园深层土壤干燥化强烈,洛川1~22 a生、白水1~21 a生、延安1~18 a生、静宁1~16 a生的土壤逐月有效含水量呈明显波动性降低趋势,年均土壤干燥化速率分别为59.6、56.9、63.9和64.9 mm/a,静宁>延安>洛川>白水,此后苹果园地土壤有效含水量在较低水平上随季节降水变化波动;洛川、白水、延安和静宁苹果园地0~15 m土层土壤湿度剖面分布变化剧烈,土壤湿度逐年降低,土壤干层出现时间分别为13 a生、11 a生、7 a生和6 a生,土壤干层逐年加厚,在20 a生时均已超过11 m,21 a生以后3~15 m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态;4个试点果园水分生产力和土壤干燥化效应区域差异显著,果园土壤水分可持续利用年限为20~25 a。     

Dissolved organic sulfur in streams draining forested catchments in southern China

Dissolved organic sulfur (DOS) is an important fraction for sulfur mobilization in ecosystem. In this work stream waters were sampled in 25 forested sites in southern China to study the dissolved sulfur fractions. Dissolved sulfur was fractionated into dissolved organic sulfur (DOS) and inorganic sulfate (SO₄^2-) for 95 stream water samples. The results showed that the concentration of DOS ranged from 0 to 13.1 mg/L (average 1.3 mg/L) in all the streams. High concentrations of DOS in stream waters were found in the sites with high concentrations of sulfate. DOS constituted less than 60.1% of dissolved sulfur (average 17.9%). Statistical analysis showed that DOS concentration was correlated with SO₄^2- in streams waters and total sulfur in surface layer soils. The results also showed that DOS concentration in stream waters had a seasonal variation, but no trends were found with it. The implication was that the long term sulfur deposition had led the increase of the concentration and fraction of DOS in stream waters in acid rain prevailing regions