专家笔谈：资源环境热点问题

重大的资源开发利用工程建设设想或实施往往容易引起社会各界的广泛关注。如何正确认识和科学评价各种资源环境热点问题是大家讨论的重点。文章认为任何重大资源开发工程必须遵循自然规律、生态规律、资源规律和经济规律,必须结合国家战略需求和地缘政治关系,开展前期深入的系统性综合调查,进行生态安全与资源工程安全评价和交叉学科论证,并对其科学价值、社会价值和经济价值等做出正确的判断。建议：未来的资源环境工程建设要谨防“大跃进”,要科学认识自然资源系统规律,守护好美丽的地球家园;要切实履行资源科学家的社会责任,提倡基于科学研究和科学态度的学术争鸣,科学问题最好还是由科学家去讨论;一些争议大的科研课题慎用公益性研发经费来支持。     

气候变化和人类活动对武江流域年径流及最大日流量影响的定量分析

针对气候变化与人类活动对流域年径流及最大日流量变化影响的定量识别问题,以华南湿润区武江流域为例,分别采用HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）模型和敏感性系数法,从日和年尺度定量模拟和评估气候变化与人类活动对流域年最大日流量和径流变化的影响过程及贡献率。结果表明：HIMS模型在武江流域适用性良好,日尺度模型率定期和验证期的纳西效率系数分别为0.85和0.77,水量平衡误差绝对值分别为3.1%和3.3%;两种方法均表明气候变化是引起流域年径流量增加的主要因素,人类活动导致了流域径流量的减少,但贡献率较小。气候变化与人类活动导致了流域年最大日流量的增加,气候变化对年最大日流量增加的贡献率为94%,而人类活动的贡献率则为6%。相较于年均径流量,气候变化对年最大日流量的影响更为显著。     

基于铁锰泥的除砷吸附剂性能比较及吸附机理

为解决反冲洗铁锰泥粉末吸附剂（BSPA）使用后难以泥水分离问题,将除铁锰水厂生物滤池产生的反冲洗泥制成颗粒吸附剂（GA）和磁性粉末吸附剂（MPA）,并对BSPA、GA和MPA的除砷性能进行了比较,通过SEM、TED、XRD、BET、FTIR等技术对3种材料进行了表征,寻找3种吸附剂之间除砷性能差异的根源.结果表明,BSPA、GA和MPA对As （V）的最大吸附容量分别为40.980,5.048,8.694mg/g,改性后的吸附材料GA和MPA对砷的吸附能力下降.BSPA是一种以纤铁矿为主的无定形结构混合物,并混有针铁矿和结晶度差的水铁矿,GA的XRD图谱中出现石英晶体和少量赤铁矿晶体的衍射峰,而MPA的主要成分为结晶程度较高的磁赤铁矿.3种材料中均存在有利于吸附的含羟基官能团.BSPA、MPA和GA的比表面积分别为253.150,238.660,43.803m²/g.物相改变且结晶程度增加、表面羟基减少和比表面积降低是导致GA和MPA的砷吸附容量比BSPA低的主要因素.     

表面活性剂增强修复地下水中PCE的砂箱实验及模拟

在石英砂充填的二维砂箱中开展表面活性剂（Tween 80）冲洗四氯乙烯（PCE）的修复实验,基于图像分析技术监测不同污染源区结构条件下NAPL相的去除过程.由于实验条件限制,实验中缺乏溶解相浓度数据.为此进一步基于UTCHEM数值模拟方法来理解NAPL相和溶解态之间的质量传输过程,并探讨表面活性剂浓度、注入速率等因素对修复效率的影响.综合砂箱实验和数值模拟结果表明：介质均质和非均质条件下会形成不同类型DNAPL污染源区结构,表现为离散状PCE与池状PCE体积比（GTP）差异.由于离散状污染物与表面活性剂的接触面积更大,更易被优先去除;初始GTP值越高,污染物的修复速率和修复效率也越高.增大表面活性剂浓度或提高表面活性剂的注入速率,虽然能提高DNAPL的修复速率,但会明显降低表面活性剂的修复效率,实验过程中修复效率降幅可达93%.线性驱动溶解模型可以有效地模拟表面活性剂修复DNAPLs过程,基于数值模拟方法选择合适的表面活性剂配比可有效的节省实际污染场址修复经费和时间成本.     

南海浮游植物对沙尘和灰霾添加的响应

通过2016年5月~6月在南海3个站位开展的船基围隔培养实验,研究了沙尘和灰霾添加对南海浮游植物生长和群落结构变化的影响.结果发现,沙尘和灰霾添加由于提供了N、P等营养盐,整体上促进了浮游植物的生长,且促进程度与添加量密切相关.通过定量计算营养盐指数和叶绿素a累积浓度,发现培养期间叶绿素a累积浓度与沙尘添加浓度呈显著正相关关系（R²=0.87,P<0.01）;低浓度灰霾添加的作用与沙尘添加类似（R²=0.91,P<0.01）,但当灰霾浓度增大时,叶绿素a累积浓度的增加受到一定程度的抑制,这可能与灰霾中含有较高含量的毒性物质有关.各粒级浮游植物叶绿素a浓度的变化表明,沙尘和低浓度灰霾添加使浮游植物优势种群由超微型向小型和微型转变;在高浓度灰霾添加组,由于营养盐与毒性物质的综合作用,浮游植物粒级结构变化不明显.超微型浮游植物细胞丰度测定结果表明,沙尘对聚球藻、原绿球藻和超微型真核浮游植物均表现出促进作用,高浓度灰霾添加能够抑制聚球藻和超微型真核浮游植物的生长.     

约束条件下中国循环经济发展中的生态效率——基于优化的超效率SBM-Malmquist-Tobit模型

以中国30个省份、直辖市、自治区的年度面板数据为研究对象,重点将生态资源存量和环境污染造成的经济浪费两项指标纳入新的生态效率评价体系,运用优化的引入非期望产出的超效率SBM模型测算生态效率,再运用Malmquist指数考察全要素生产率（TFP）与生态效率的动态变动关系,最后运用Tobit回归分析探索生态效率主要影响因素的方向、强度和变化趋势,以此度量和展现循环经济发展的整体情况.结果显示：生态效率呈现由东到西、由沿海到内陆逐渐收敛的格局,东部沿海地区和中部、西部内陆地区间,循环经济发展水平存在显著的阶梯式区域失衡;生态效率的集群效应明显,辐射效应不足,不同地区或同一地区的不同省份间,循环经济发展水平同样参差不齐;经济发展引发的生态赤字问题逐步缓解,但在短时间内经济和生态的矛盾依旧存在,西北地区尤为突显;第三产业比重、技术进步、市场开放对生态效率的提升具有积极作用且趋于强化;政府规制、人口密度对生态效率的提升也具有积极作用但趋于减弱;第二产业比重、能源结构对生态效率的改善存在负面影响亦趋于强化.     

大气自净能力指数的气候特征与应用研究

为了定量地评估污染气象条件对空气污染的作用并实现对空气污染潜势的预报,本文在城市大气污染数值预报系统（CAPPS）预报原理的基础上,定义了大气自净能力指数,并分别给出了采用气象站观测资料和通过数值模拟计算大气自净能力指数的方法.基于气象站观测资料的全国大气自净能力指数分析计算表明,全国大气自净能力最差的地区分布在四川盆地和新疆塔里木盆地,大气自净能力最强的地区分布在青藏高原、蒙古高原、云贵高原、以及东北平原和三江平原、山东半岛和海南岛;1961~2017年,京津冀、长三角和珠三角地区的大气自净能力指数呈下降的变化趋势,全年低自净能力日数呈上升的变化趋势.采用大气自净能力指数评估2014年北京APEC会议期间大气污染防控效果,表明在11月8~10日极端不利扩散气象条件发生时,减排措施使北京市空气质量AQI平均降低77%,使京津冀平原地区11个城市的空气质量AQI平均降低37%.基于国家气候中心月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报产品和中尺度模式（WRF）,建立了可以预测全国未来40d逐日大气自净能力指数的延伸期-月尺度大气污染潜势预测系统,回报实验表明,在大多数情况下可以提前15d预报出大气重污染过程;月尺度的大气重污染过程预报效果更大程度上取决于月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报准确率.     

基于静止卫星GOCI传感器的大气污染过程AOD监测

针对北京及周边地区2017年11月2~8日的一次污染过程,利用韩国静止卫星COMs1GOCI数据,对北京地区进行AOD监测.AOD反演采用时间序列迭代算法,根据地表反射率随时间慢变而大气气溶胶随时间快变的理论,采取最小值拟合的方式,获取气溶胶光学厚度数据.反演结果与地基AERONET监测结果具有很好的一致性,两者的相关系数R²大于0.89.AOD监测结果表明,GOCI传感器1次/h的监测频率,可以很好地展现北京地区大气污染过程的开始,发展及消散过程,可以展示出一天之内AOD的变化,为大气污染监测以及气候变化研究提供依据.     

新型Fe3O4@α-MnO2活化过一硫酸盐降解水中偶氮染料

采用两步水热法制备了新型磁性纳米Fe₃O₄@α-MnO₂复合材料作为催化剂,用于活化过一硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）氧化降解偶氮染料活性黑5（RBK5）.采用透射电子显微镜（TEM）,X射线粉末衍射仪（XRD）和振动样品磁强计（VSM）对制备的催化剂进行表征,证明成功合成了纳米α-MnO₂包覆Fe₃O₄形态的Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂,催化剂的饱和磁化强度为39.89emu/g.Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS与单一的Fe₃O₄和α-MnO₂活化PMS相比,具有更高的催化效率,说明铁锰双金属存在协同作用.同时研究了催化剂的投加量、PMS的浓度和初始pH值等各种因素对RBK5的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS降解RBK5的过程符合准一级反应动力学,在催化剂投加量为1.2g/L,PMS的浓度为4mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为60min的情况下,浓度为30mg/L的RBK5的降解效率可达到91%,此时RBK5的降解速率常数也达到最高值0.023min^-1.此外,通过加入自由基淬灭剂甲醇、叔丁醇和硝基苯判断了Fe₃O₄@α-MnO₂/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性物种为SO₄^-·.