景观规划导向的绿色基础设施研究进展——基于“格局—过程—服务—可持续性”研究范式

中国目前处于新型城镇化与生态文明建设的重要时期,引入绿色基础设施（Green Infrastructure,GI）规划框架对协调城市发展与生态保护具有重要意义。基于景观生态学中“格局—过程—服务—可持续性”研究范式,对近年来中国内外GI规划进行针对性综述,利用该范式对相关研究的理论来源与进展进行梳理。研究表明：GI格局研究中,景观格局指数是应用最为广泛的方法。针对于景观连接度,形态学空间格局分析等结构连接度评价方法具有计算简单、适用性广的优势,但缺乏明确的生态学含义;图论等功能连接度则针对特定的生态过程,是GI格局与生态过程的重要联系,将是下一步研究重点。GI生态过程研究借鉴生态网络的理论与方法,其规划步骤可分为核心区选取、阻力面构建、潜在廊道识别三部分。GI生态系统服务研究中,生物物理量模型与经济计量模型广泛应用于调节、供给与支持服务评价中,而文化服务评价则将问卷调查作为基础数据获取的重要途径。另外,生态系统服务需求研究涉及到生态系统服务的实际需求与使用偏好,相关定量评价方法以及成果的实际应用有待进一步探索。GI景观可持续性研究中,在明晰GI提供的生态系统服务总量的基础上,服务间权衡与协同效应已成为GI规划中的重要考量,而情景规划可以有效模拟GI生态系统服务的动态变化。最后,GI规划应将提升景观可持续性作为规划目标,据此研究提出了重视格局与过程相互影响机制的基础研究、加深GI生态系统服务需求端研究、明晰生态系统服务间协同与权衡效应、将GI与实际规划结合四项研究展望。     

面向SDGs的城市扩张多情景模拟——以“一带一路”中亚区为例

在全球倡导可持续发展目标（SDGs）的背景下,城市作为人类活动的主要场所,既是SDGs的聚焦区域,更是世界各国落实SDGs的着力点。以“一带一路”沿线中亚五国首都城市区为例,面向SDGs设定发展情景和相应参数,采用Markov-FLUS模型模拟2030年自然发展、生态优先与经济优先情景下的城市发展格局,权衡SDGs与多情景城市格局演化规律,从空间视角协调城市的社会、生态与经济,提供城市发展的决策依据。结果表明：（1）2010—2015年来,研究区均出现建设用地总量增加、生态用地总量减少的现象。（2）未来情景模拟中均表现出由建设用地扩张引致的生态用地破碎化;生态优先情景有效抑制了建设用地扩张;经济优先情景下转化为裸地的土地有所减少,建设用地出现连片扩张。（3）未来城市发展应协调生态保护与经济发展,将生态保护理念融入城市建设,实现国家政策推动土地资源可持续利用,促进实现2030年全球可持续发展目标。     

COVID-19期间区域大气高污染发生的非线性动力机制

以长株潭城市群3个城市（长沙、株洲和湘潭）疫情期间（2020年1月24日~2020年5月31日）大气PM_2.5和O₃小时平均浓度时间序列数据为研究对象,对污染物日变化规律、长期持续性、多重分形性及自组织演化动力学特性进行研究.以期阐释疫情期间高污染事件发生及演化的内在动力机制.首先,对3个城市PM_2.5和O₃质量浓度的日变化规律进行分析,发现O₃呈现出昼高夜低的单峰型,而PM_2.5日变化规律表现出昼低夜高单峰型,与非疫情期间的特征有所差异.进一步,应用消除趋势波动分析法（DFA）、多重分形消除趋势波动分析法（MFDFA）和概率统计分析,研究了大气复合系统中PM_2.5和O₃质量浓度序列的长期持续性和多重分形结构.结果发现3个城市PM_2.5和O₃浓度序列均具有显著的长期持续性特征和较强的多重分形结构,同时,应用去趋势互相关分析法（DCCA）方法和多重分形去趋势互相关分析法（MFDCCA）对PM_2.5和O₃两者之间的互相关性进行了分析,发现PM_2.5-O₃之间的互相关也存在显著的长期持续性特征以及在不同时间尺度存在多重分形特征.进一步将疫情期间得到的非线性分析结果与2018年和2019年同期非疫情期间的结果进行了对比分析.最后,基于自组织临界理论（SOC）探讨了大气PM_2.5和O₃浓度时空演化的内在动力规律,并结合典型区域气象特征,阐明了SOC内禀动力机制可能是COVID-19疫情期间大气高污染形成的主导机制之一.疫情期间大气PM_2.5和O₃浓度并非分别独自演化,而是依然保持复杂的相互作用.静稳气象条件下,大气复合污染内部的非线性耦合作用可能达到动力学临界状态,将导致长株潭城市群在疫情期间仍有发生大气高污染的风险.     

浙江省气溶胶垂直分布及区域传输分析

利用6个激光雷达站点数据从年际和季节变化尺度对浙江省2017~2018年气溶胶垂直分布特征进行研究,并结合污染物浓度数据分析了浙江省主要颗粒物类型的季节差异.结果表明,大部分站点2018年气溶胶消光系数整体小于2017年;边界层内消光系数空间上呈中部高东西低的分布形态;消光系数季节变化表现为冬季最高,秋季其次,而春夏较低;气溶胶在春、夏季集中在地面上方1~2km以内,冬季主要分布在1km以下,秋季受高空气溶胶影响,6个站点呈现出不同的垂直分布模式.进一步,选取发生在2018年4月和7月两次气溶胶跨区域传输过程,综合CALIPSO和MODIS卫星数据、以及后向轨迹、PSCF与CWT模式对污染物来源与传输机制进行探索,发现来自AOD高值区的气团显著加重本地污染.     

华北平原和山区城市PM2.5和O3变化关系比较分析

利用2015~2019年环境监测数据,对比分析华北地区平原城市保定市和山区城市张家口市PM_2.5和O₃变化和相关关系.结果表明：保定市PM_2.5夏低冬高,O₃夏高冬低,日变化为午后单峰型,而张家口市PM_2.5浓度低,日变化幅度较弱,冬季O₃日变化为午后峰值和凌晨5：00左右弱峰值双峰型.张家口市冬季全天及春夏秋季夜间O₃浓度显著高于保定市,甚至夏季出现夜间O₃超标异常,最高浓度达到202μg/m³,反映了平原城市和清洁山区大气物理化学过程变化的影响.PM_2.5和O₃在4~9月为正相关,11~3月为负相关;保定市PM_2.5-O₃相关系数日变化呈单峰型,张家口市为双峰型变化,凌晨和午后各有一峰值,华北地区平原污染区和高山相对清洁区,大气复合污染物PM_2.5和O₃作用关系的日变化及季节特征具有明显差异.     

青海典型工业区耕地土壤重金属评价及源解析

为了解黄河流域工业园区附近耕地土壤重金属污染现状、分布特点及污染来源,在青海省湟水流域甘河工业园区采集了138个表层土壤样点,测定了Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn等7种重金属的含量及土壤pH值,以《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》为评价标准,采用地累积指数、污染负荷指数、主成分分析、正定矩阵因子分析等方法对研究区耕地土壤重金属污染进行了研究分析.结果表明：7种土壤重金属的浓度范围分别为Cd（0.16~21.80mg/kg）、As（3.68~20.80mg/kg）、Pb（17.00~223.40mg/kg）、Cr（47.22~389.24mg/kg）、Cu（16.03~46.06mg/kg）、Ni（21.33~93.24mg/kg）、Zn（48.60~1535.10mg/kg）,其中Cd污染最严重,存在13个高风险值点,52个中风险值点;其次为Zn,存在13个中风险值点;Cr和Pb分别存在2个和1个中风险值点,其他重金属的采样点均为低风险.研究区耕地土壤重金属污染以中部偏东地区最为严重,与研究区工厂企业的位置一致,两种主要重金属污染元素Cd和Zn的污染均表现出以工厂企业为中心,中心区污染最严重,向外污染程度逐渐降低.综合地累积指数和污染负荷指数分析的结果,研究区绝大多数地区污染较轻,在中部偏东工业园区周边地区污染较为严重,Cd和Zn是其主要贡献元素.造成研究区耕地土壤重金属污染的来源主要包括交通运输、工业生产、农业活动、燃煤发电及自然成土过程等.     

美军军事极端环境选择的科学表征

介绍了美国陆军研究办公室资助陆军研究实验室环境科学部和陆军军官学校地理与环境工程部,研发了通过地理环境分析提高利用自然环境进行试验和训练的科学判据,实现了表征任意环境试验站点支持试验任务的能力.在地理环境位置分析中,采用了8步骤环境试验站评价分析模型,并给出了理想热带试验区环境条件分析和理想沙漠环境精确的地理学参数分析案例.为最优化试验站点选择,还研发了附加关键自然环境因素评价等级.研究成果的创新在于通过科学的标准将选择全球最佳自然环境进行现场试验和军事行动的需求与地理背景环境联系起来,能够对相关环境试验站的选择进行科学表征和评估,实现装备/材料现场试验与部队训练效益最大化.     

Mechanochemical synthesis of MAPbBr3/carbon sphere composites for boosting carrier-involved superoxide species

Lead halide perovskites MAPbX₃ (MA = CH₃NH₃ or Cs; X = I, Br, Cl) are well considered to be potential candidates for photocatalytic reaction due to its excellent photoelectrical properties, but they still suffer from the low charge separation efficiency and slow catalytic reaction dynamics. To tackle the drawbacks, herein, MAPbBr₃/carbon sphere (CS) composite photocatalysts using glucose as the carbon source were elaborately designed and fabricated via a dry mechanochemical grinding process. The interfacial interaction Pb-O-C chemical bonds were constructed between MAPbBr₃ and the carbon sphere surface containing organic functional groups. By optimizing the content of CSs, the enhanced photocatalytic degradation kinetic rate of Malachite Green (MG) pollutants (92% within 20 min) for MAPbBr₃/CS_x (x = 17 wt.%) is about 3.6-fold of that for pristine MAPbBr₃, which is attributed to the corporative adsorption and enhanced carrier transportation and separation of MAPbBr₃/CS_x. Furthermore, the possible degradation mechanism was proposed on basis of the electrochemical, mass spectrometry and optical characterization results. Owing to the robust interfacial interaction, effective electron extraction rate (k_et = 4.6 × 10⁷ sec^?1) from MAPbBr₃ to CS can be established, which driven oxygen activation where superoxide radicals (?O₂^?) played an important role in MG degradation. It is expected that mechanochemistry strategy may provide a new route to design efficient lead halide perovskite-carbon or metal oxide or sulfide composite photocatalysts.     

Study on the role of copper converter slag in simultaneously removing SO2 and NOx using KMnO4/copper converter slag slurry

To achieve “waste controlled by waste”, a novel wet process using KMnO4/copper converter slag slurry for simultaneously removing SO2 and NOx from acid-making tail gas was proposed. Through the solid-liquid separation for copper slag slurry, the liquid-phase part has a critical influence on removing NOx and SO2. Also, the leached metal ions played a crucial role in the absorption of SO2 and NOx. Subsequently, the effects of single/multi-metal ions on NOx removal was investigated. The results showed that the leached metal from copper converter slag (Al3+, Cu2+, and Mg2+) and KMnO4 had a synergistic effect on NOx removal, thereby improving the NOx removal efficiency. Whereas Fe2+ had an inhibitory effect on the NOx removal owing to the reaction between Fe2+ and KMnO4, thereby consuming the KMnO4. Besides, SO2 was converted to SO42? completely partly due to the liquid catalytic oxidation by metal ions. The XRD and XPS results indicated that the Fe (II) species (Fe2SiO4, Fe3O4) in copper slag can react with H+ ions with the generation of Fe2+, and further consumed the KMnO4, thereby resulting in a decrease in the NOx removal. The characterization of the slags and solutions before and after reaction led us to propose the possible mechanisms. The role of copper slag is as follows: (1) the alkaline substances in copper slag can absorb SO2 and NO2 by KMnO4 oxidation. (2) copper slag may function as a catalyst to accelerate SO2 conversion and improve NOx removal by synergistic effect between leached metal ions and KMnO4.     

不同碳源对Delftia tsuruhatensis HT01脱氮性能的影响

以一株异养氨氧化菌Delftia tsuruhatensis HT01为研究对象,比较了以十二烷基硫酸钠（SDS）、甘蔗糖蜜、丁二酸钠、乙酸钠、蔗糖、葡萄糖、果糖或柠檬酸钠等为唯一碳源时的生长情况及对TOC、NH₄⁺-N、TN的去除率,并通过两轮中试测试了该菌对皮革污水的处理效果.结果表明：HT01在异养条件下能够生成NO₂^--N,并可以在利用SDS （去除率为34%）的同时去除NH₄⁺-N和TN （去除率分别为74%和14%）;丁二酸钠和乙酸钠分别有利于实现最快的生长速度和最高的TOC去除率（71%）,而果糖则有利于实现最高的NH₄⁺-N和TN去除率（分别为98%和29%）.HT01能够在皮革污水中生长,第2轮中试对COD,NH₄⁺-N和TN的去除率分别达到38%,49%和22%.