Sewage sludge ditch for recovering heavy metals can improve crop yield and soil environmental quality

• Indirect use of sludge in ditches alongside plants was tested in field experiments. • The dried and stabilized sludge in ditches was recovered with heavy metals. • Cd, Pb, Cu and Zn in the planted soil were all in a safe range. • The indirect use of sludge increased plant yield, soil N content and C storage. The treatment and disposal of municipal sewage sludge (MSS) is an urgent problem to be resolved in many countries. Safely using the nutrients within MSS to increase crop yield and enhance the fertility of poor soil could contribute to achieving sustainable development. An indirect use of MSS in ditches alongside Pennisetum hybridum plants was studied in field plots for 30 months and the contents of heavy metals and macronutrients were monitored in soil, sludge and plant samples. We found that the yield of P. hybridum was significantly increased by 2.39 to 2.80 times and the treated plants had higher N content compared with no sludge. In addition, the organic matter (OM) and N contents in the planted soil increased significantly compared with the initial soil. The OM content in the planted soil of the MSS treatment was 2.9 to 5.2 times higher than that with no sludge, and N increased by 2.0 to 3.8 times. However, MSS had no significant effect on the N, P and K contents in the soil at the bottom of the MSS ditch, and the content of heavy metals (Cd, Pb, Cu and Zn) were also within the safe range. Moreover, the moisture content and phytotoxicity of MSS after this indirect use were reduced and the heavy metal contents changed little, which is favorable to the further disposal of recovered MSS. Therefore, this indirect use of MSS is beneficial to agricultural production, soil quality and environmental sustainability.     

兰-白城市群主要大气污染物网格化排放清单及来源贡献

甘肃兰-白城市群为我国西北地区重要的重工业基地,大气污染物排放总量较大.研究高空间分辨率的污染物排放清单对于区域空气质量预报预警、减排方案模拟研究及大气污染防治等具有重要的科学意义.本文以兰州和白银为主要研究区域,基于研究区域污染源排放及统计年鉴等数据资料,建立了兰（2015年）-白（2016年）城市群7种（类）主要大气污染物网格化排放清单,并对其空间排放特征以及排放源贡献进行了详尽地讨论分析.结果表明,兰-白城市群7种主要污染物年排放量分别为：NO_x 2.22×10⁵ t、NH₃ 4.53×10⁴ t、VOCs 7.74×10⁴ t、CO 5.62×10⁵ t、PM₁₀ 4.95×10⁵ t、PM_2.5 1.91×10⁵ t和SO₂ 1.37×10⁵ t.其中CO的排放量最大,NH₃的排放量最小.本清单与北大和清华MEIC清单对比结果表明,交通源排放3个清单一致性较高,CO排放总量和其工业源排放与北大和清华MEIC清单排放源相差30%~40%,推测原因主要为清单计算过程中排放因子、分辨率和数据年份的差异.本清单网格化空间分布显示除NH₃外的其他6种（类）污染物,排放主要集中在市区,排放源中工业非燃烧过程源均为最大贡献占比,NH₃的主要贡献源是氮肥的施用及禽畜排放,其污染分布受耕地分布等因素影响较大.因此,减少工业非燃烧过程源、整合优质高效电力供应、使用清洁能源、严格控制工地扬尘、工业粉尘和做好城区绿化等,能有效地降低兰-白城市群NO_x、VOCs、CO、PM₁₀、PM_2.5和SO₂这6种（类）主要污染物的排放.NH₃的减排则主要可从控制氮肥的使用及减少禽畜排放两方面考虑.本研究还利用蒙特卡洛法分析了排放清单的不确定性,NH₃的不确定性最大为-31%~30%,CO的不确定性最小为-18%~16%,清单整体可信度较高.     

晋北地区1986~2010年土地利用/覆被变化的驱动力

为定量研究不同时期区域土地利用变化的不同驱动特征,以地处农牧交错带的晋北地区为例,采用非监督分类与人工目视解译相结合的方法,获取研究区1986~2010年间的土地利用/覆被变化（LUCC）状况,采用典范对应分析（CCA）方法定量分析了不同阶段LUCC的自然与人为驱动特征.结果表明：1）CCA在分析长时期序列LUCC驱动力上有较好的解释力,CCA排序可以很好地提取LUCC与自然、人为因素之间的关系,反映不同时期土地利用变化受到的驱动作用;2）研究区土地利用类型以耕地、草地、林地为主,土地利用变化类型以耕地与草地、林地与草地之间的互相转移为主;3）从不同时期LUCC的驱动因子来看,人口密度、人均国内生产总值（GDP）、降水、坡度和高程是研究区各时期LUCC的主要驱动力;研究区在1986~1995年间LUCC的主要驱动力来自于人口增长和经济发展的需求,而随着时间的推进,坡度和高程等地形因素的驱动作用也愈来愈重要;4）从不同地类变化的驱动因子来看,耕地、草地等地类向居民用地、工矿用地转移的主要驱动力是人口和经济的发展;而林地,草地等土地覆被类型之间的转移主要受到坡度,高程和降水等自然因素的驱动.     

Using regression models to evaluate the formation of trihalomethanes and haloacetonitriles via chlorination of source water with low SUVA values in the Yangtze River Delta region,China

The purpose of this study was to develop the multiple regression models to evaluate the formation of trihalomethanes (THMs) and haloacetonitriles (HANs) during chlorination of source water with low specific ultraviolet absorbance (SUVA) in Yangtze River Delta, China. The results showed that the regression models of THMs exhibited good accuracy and precision, and 86–97 % of the calculated values fell within ±25 % of the measured values. While the HANs models showed relatively weak evaluation ability, as only 75–83 % of the calculated values were within ±25 % of the measured values. The organic matter [dissolved organic carbon (DOC) or UV absorbance at 254 nm] and bromide exerted the most important influence on the formation of HANs. While for THMs, besides the organic matter and bromide, reaction time was also a key factor. Comparing the models for total THMs (T-THMs) in this study with others revealed that the regression models from the low SUVA waters may have low DOC coefficients, but high bromide coefficients as compared with those from the high SUVA waters.     

Monitoring of soil biochemical quality parameters under greenhouse spinach cultivation through animal waste recycling

Under the intensive agricultural system, direct application of animal slurries to soils can provide a sustainable disposal of these wastes by inducing positive changes in soil quality and fertility. However, how animal wastes quantitatively affect the key nutrients (C, N, P and S) transforming soil enzymes is not clearly known. A greenhouse spinach cultivation study demonstrated that pig slurry, either in raw (RS) or processed (aerobically aged) (PS) form, significantly (p?β-glucosidase (23–39%), urease (59–103%), nitrate reductase (73–103%) and dehydrogenase (27–72%)) and microbial growth in soil as compared to the unamended control. However, it did not significantly (p?>?.05) alter the aryl sulphatase enzyme activity. Slurry applications also significantly improved the macro (N, P and K) and micronutrients (Cu, Mn, Zn and Fe) uptake by spinach plant and hence the yield (2.9–3.38 times higher than control). Similarly, compared to chemical fertilisers the application of pig slurries improved soil biological and biochemical parameters as well as plant nutrients uptake. This study demonstrated the closing of global energy and nutrient cycles through land application of animal wastes without compromising the crop yield.     

福州市PM2.5污染过程中大气边界层和区域传输研究

以福建省会福州市2013年1月空气质量变化为对象,分析大气边界层变化和周边区域污染物传输对福州市大气颗粒物PM2.5的影响.利用福州市2013年1月逐日地面和探空观测资料以及NCEP提供的2013年1月FNL分析资料,通过大气边界层要素与PM2.5浓度之间的相关性,对PM2.5污染过程的大气边界层特征进行分析;同时采用HYSPLIT后向轨迹模拟及区域风场相关矢分析对影响福州雾霾的污染物区域传输路径进行探讨.结果表明:地面气温与PM2.5浓度呈正相关,地面风速与PM2.5浓度呈负相关,近地面边界层条件有利于霾颗粒物的形成和累积.但不同于我国东部主要污染源区霾污染过程中存在大气边界层逆温,福州PM2.5污染过程中并未出现大气边界层逆温结构,这一边界层结构的垂直混合可有利于区域传输的污染物从上层大气到达近地面从而加重福州霾污染,福州是华东地区一个PM2.5污染物的主要接受区,PM2.5污染物主要以外源输送为主.2013年1月份福州市清洁日近地面风向为海洋吹向大陆的东南风,霾污染日则为大陆吹向海洋的偏北风,PM2.5污染物主要从长三角地区、苏北以及安徽河南一带通过东北和西北方向的传输路径影响福州的空气质量.     

基于物质流分析的中国减物质化趋势及循环经济成效评价

物质流分析通过测量经济活动物质投入的数量、强度及其变化即物质化或减物质化趋势,能够反映可耗竭自然资源损耗和环境退化的总体情况,也是评价循环经济发展成效尤其是资源综合利用对物质消耗影响的一个有效工具。论文运用统计学和计量经济学方法,分析了中国2000-2013年直接物质投入及其与特定经济特征的关系,确定了资源利用强度变化趋势,评价了中国循环经济实践尤其是资源综合利用的成效。发现2000-2013年中国直接物质投入总量持续增加、单位GDP直接物质投入先上升后下降,说明中国已进入了相对的减物质化阶段;第二产业比重先增加后下降的变化趋势是直接物质投入强度变化的格兰杰原因;中国的资源综合利用总量增加但综合利用率仍很低,未对直接物质投入强度产生统计学意义上的显著影响;未来中国直接物质投入总量和人均值在很长时间内还将继续增加。     

重庆市重要生态功能区生态系统服务动态变化

借助遥感数据和GIS空间分析技术,选取生物多样性维持、土壤保持、水源涵养和固碳4种生态系统服务建立评估模型,对2000—2010年重庆市域内3个重要生态功能区——三峡库区水源涵养重要区(下称三峡重要区)、秦巴山区水源涵养重要区(下称秦巴重要区)和都市区“四山”生态屏障重要区(下称“四山”重要区)生态系统服务的时空变异特征进行综合研究. 结果表明:①2000—2010年,三峡重要区4种生态系统服务均呈增强趋势. ②秦巴重要区内,生物多样性维持和水源涵养功能总体较好,并且持续增强;固碳功能有所减弱,该时段内固碳功能高等级面积减少了931.90 km2. ③“四山”重要区土壤保持和水源涵养功能有所增强,生物多样性维持和固碳功能略有减弱. ④重庆市重要生态功能区生态系统服务以中和较高等级分布为主,空间差异较大,异质性明显. 生态系统服务较好区域主要分布在渝东北秦巴山区以及中西部植被覆盖较好的山脊;市域中部长寿、垫江、涪陵等区县生态系统服务相对较弱. 10 a间,重庆市重要生态功能区生态系统服务总体呈变好趋势,但局部地区有所减弱,主要表现为秦巴和“四山”重要区固碳功能的降低.      

利用大型土柱自然淋溶条件下研究土壤重金属的迁移及形态转化

为研究不同重金属在土壤中的迁移和形态转化,通过分层填装土柱,在土柱0~5 cm深度范围内添加Pb、Ag、Bi、In、Sb和Sn等重金属污染土壤,并在自然条件下淋溶4 a,分析各重金属在红壤、潮土、黑土和砂土中的迁移速率及其形态组成. 结果表明:①在>30 cm深度范围内,红壤、潮土和黑土中各重金属质量分数与其相应本底值相比变化不大;与试验前土壤相比,砂土整个剖面中6种重金属质量分数均较高. ②6种重金属在4种土壤中的残留率表现为砂土<潮土<黑土<红壤;对于0～10 cm土壤中Pb的残留率,在潮土中大于Ag和Sb,在黑土中大于Ag,在红壤中大于In,在砂土中则大于Sn. ③模拟试验后残留在土柱中的重金属主要分布在土壤表层(0～30 cm),而深层(>30 cm)较少;6种重金属在红壤、潮土、黑土和砂土中的残留率平均值分别为98.0%、65.1%、65.9%和56.5%. ④与添加污染土壤之前相比,试验后土壤中残渣态等稳定形态重金属质量分数较低,其中Pb、In和Sb均以碳酸盐结合态和有机金属络合态为主,Ag和Sn分别以有机金属络合态、双氧水可提取有机结合态和有机金属络合态、无定形铁锰氧化物结合态为主,而Bi则以碳酸盐结合态和双氧水可提取有机结合态为主. 结果显示,红壤中Pb的迁移风险较低,潮土和黑土中Ag、Sb的迁移风险较高,而砂土中Sn和Sb的迁移风险需要格外关注.      

区域性气候变化对长江中下游流域植被覆盖的影响

利用2000─2010年MODIS EVI(增强型植被指数)数据和气候资料,对长江中下游流域区域性气候变化对植被覆盖的影响进行了综合研究. 结果显示:①2000—2010年间长江中下游流域植被覆盖度呈上升趋势,EVI年均值从0.302增至0.318,增幅达5.57%,增长主要出现在春季. 各植被类型中,常绿阔叶林、落叶阔叶林、混交林和人工农田植被覆盖度增加最为显著. ②研究区整体植被覆盖较好,但地域差异较大, EVI高值区分布在东南部南岭、武夷山、九岭山一带;中部江河湖泊区、长江两岸大型城市周边区域植被覆盖较差. ③气温是植被覆盖变化的主要影响因子,尤其春季表现最为显著;由于常年降水充沛,研究区降水量对植被覆盖影响程度不及气温;日照时数仅在夏季对当月植被覆盖有一定影响;相对湿度对植被覆盖影响较低,但在秋季对植被覆盖影响时间较长,可持续3个月. ④气候变化对自然植被覆盖的影响主要表现在湖南省和湖北省西部;对湖南省中部和安徽省中北部地区人工农田植被的影响较显著. ⑤空间相关性研究表明,长江中下游流域植被覆盖度增加除与自然条件改善有关外,国家近年来实施的各项生态工程也起到了积极的作用.