基于三维福利的城市生态福利强度及驱动模式——以长三角地区为例

基于2000—2017年长三角城市生态消耗和福利水平,分析生态福利强度时空演化过程及驱动模式。研究发现：长三角地区城市生态福利强度不断降低,多以低强度类型为主,城市生态系统服务的生态效率得以提高;空间演化上表现为外围地市的生态福利强度低于核心地市,较低和低强度类型范围呈现由四周向中心地区蔓延态势,中高强度类型主要分布在资源型、工业密集型地市;驱动因素中资源消耗效应、技术效应及福利效应对城市生态福利强度表现为显著的正向驱动效应,效率效应和经济效应的增强导致城市生态福利强度的降低,环境消耗效应和规模效应驱动作用不显著。据此,城市福利生态强度的驱动模式可划分为单因素支配型、双因素主导型、三因素协同型及四因素均衡型。     

飞灰道路利用的环境风险及其时空分异特性

为在综合考虑长期风化导致的污染物释放变化、区域气候条件差异、以及参数不确定性影响下,精细评估飞灰道路基材资源化利用过程对浅层地下水资源(在饮用水质量方面)潜在风险及其时空分异特性,提出了一种综合的基于风险的方法,可用于评估碱性废料(如焚烧飞灰)部分替代公路垫层材料的回收潜力.将估算源浓度的浸出试验结果与风险评估程序中通常采用的归趋-迁移模型相结合,通过实验室浸出试验模拟未风化和风化条件下的污染物释放,采用Monte Carlo方法模拟参数不确定性对风险的影响,针对不同气候特征对环境风险区域特性的影响进行评估.结果显示:在华北地区典型气候条件下,所识别的7种目标污染物中,Zn、Cd和Pb存在暴露点预测浓度超标的可能,超标概率分别为34%、96%和7%,导致其暴露浓度(以95%分位值表征)均超标,环境风险不可忽视;碳酸化作用会使得部分污染物的溶出特性发生变化,并导致长期风险的变化,具体到碳酸化后的暴露浓度,Cd呈下降趋势,Ni和Zn基本不变或变化较小,Cr、Cu、As明显增加但仍显著低于标准限值,而Pb离子暴露浓度显著增加的同时超标情况从1倍增加到3.5倍,需要引起重点关注;由于降雨等区域差异化参数的影响,不同区域之间风险差异较大,差异最大的干旱区和半干旱区暴露浓度相差近2倍;不同区域超标的共性污染物为Zn和Cd,另外,湿润/半湿润区域还存在Pb暴露浓度超标.     

华北平原节水技术、灌溉用水量反弹效应与地区异质性——基于Malmquist和LMDI指数分析

很多地区节水技术的应用并未带来农业灌溉用水总量的下降。通过应用中国华北平原地级（直辖）市2000—2018年的面板数据,采用Malmquist指数和LMDI指数进行分解,测算出节水技术带来的农业灌溉用水反弹量和预期农业节水量。结果表明：中国华北平原节水技术引起的农业灌溉用水反弹效应均值为15.02%,这表明华北平原整体并未完全达到节水技术应用带来的预期农业节水量。节水技术应用放松了水资源约束,农户会扩大灌溉面积或高耗水高收益作物的种植,从而削弱节水技术的节水效果。黄河区的农业节水反弹效应程度最大,部分地区甚至会造成农业灌溉用水的增加。节水灌溉面积的增加是农业节水反弹效应的直接原因,农田灌溉水利建设投资的增加和水权市场建设的不完善则是根本原因。     

Cr(Ⅵ)对两种黏土矿物在单一及复合溶液中Cu(Ⅱ)吸附的影响

采用批量吸附实验研究了高岭石和蒙脱石两种黏土矿物对Cu(Ⅱ)的吸附,利用各种吸附模型分析了两种黏土矿物对单一Cu(Ⅱ)溶液及Cu(Ⅱ)-Cr(Ⅵ)复合溶液中Cu(Ⅱ)的吸附机制,同时探讨了pH对两种黏土矿物Cu(Ⅱ)吸附的影响,旨在搞清土壤中重金属的环境化学行为并为土壤中重金属复合污染的修复提供依据.结果表明,高岭石和蒙脱石对单一及复合溶液中Cu(Ⅱ)的吸附是一个先快后慢的过程,120 min基本达到吸附平衡;二级动力学方程为描述两种黏土矿物Cu(Ⅱ)吸附的最佳动力学模型(R2>0.983),其次是内表面扩散模型和一级动力学模型.内表面扩散模型和Boyd模型拟合结果均说明发生在矿物边缘和表面的膜扩散作用是影响吸附的限速步骤.高岭石对Cu(Ⅱ)的吸附符合Freundlich方程(R2>0.971),说明高岭石表面有多种能量不一致的吸附位点,即为不均匀表面;而蒙脱石对Cu(Ⅱ)的吸附符合Langmuir方程(R2>0.983),说明其为单层分子吸附,即化学吸附.两种黏土矿物对Cu(Ⅱ)的吸附均随pH的升高呈先升高后下降的趋势,在pH=5.0时达到最大吸附量;且以Q蒙脱石>Q高岭石,Q单一Cu>Q Cu-Cr复合.Cr(Ⅵ)存在会降低Cu(Ⅱ)的吸附,以pH=6.0时Cr(Ⅵ)对Cu(Ⅱ)的吸附影响最小.     

再生水河道浮游微生物多样性季节变化分析:以北运河为例

浮游微生物作为分解者在城市水生生态系统发挥重要作用,但外界环境变化显著影响其在污染物降解和转化过程的作用.以高度人工化的北运河为研究区域,利用16S rRNA高通量测序结果分析了浮游微生物群落结构的季节变化,以揭示以再生水为主要补给水源的城市河道浮游微生物多样性季节变化机制及其与环境因子的响应关系.结果表明,浮游微生物群落多样性和群落结构组成存在显著的季节变化.季节性降雨和再生水补给物理扰动过程引起的水体扩散能力增强是夏季α多样性显著高于春季的直接原因,同时减弱了夏季浮游微生物群落多样性空间分化程度.季节性径流和温度是影响高度人工化城市河道水文水质季节变化的主要原因,由于季节性径流和温度变化引起的ČNO₂^--N和TP变化是河道浮游微生物多样性变化的主要原因.春季季节性断流导致的北运河水体还原性状态,使得春季水体中富集的细菌大都为厌氧菌,如与溶解性有机物降解有关的拟杆菌门（Bacteroidetes）和与反硝化过程有关的纤细菌门（Gracilibacteria）等.而夏季季节性径流和频繁降雨以及河道闸坝、闸门开闭频率增高引起的水体复氧能力增强,一方面显著缓解河道营养物质污染,另一方面使得夏季水体中富集的细菌大多为好氧菌或兼性厌氧菌,如具有嗜高温特性的蓝藻（Cyanobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）等自养微生物,以及在污染物降解转化过程中有重要作用的酸杆菌门（Acidobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）等.研究结果对以再生水为补给水源的城市河道污染治理和生态修复有实际指导意义.     

基于多尺度排列熵和极限学习机的风机叶片覆冰故障检测方法*

针对风机叶片结冰故障检测中状态数据维度高和检测率低的问题,提出1种使用功率数据驱动的多尺度排列熵（multiscale permutation entropy,MPE）和极限学习机（extreme learning machine,ELM）的风机叶片结冰故障检测方法。首先,使用多尺度排列熵提取功率数据的多重尺度特征,得到特征向量;随后,采用极限学习机,结合环境温度,对结冰故障进行检测;最后,通过使用某风电场的数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition,SCADA）对数据进行仿真。研究结果表明:所提方法的故障检测率达到100％,同时虚警率仅有0.14％,表明所提方法在风机叶片的覆冰故障检测中的有效性。研究结果可为风机叶片覆冰故障检测提供1种有效方法。     

张掖城市规划的水资源承载力评价

以张掖市建成区为研究对象,从水资源、环境、社会、经济四个方面构建水资源承载力评价指标体系,运用层次分析法、模糊综合评价法评价现状年（2012年）、近期规划年（2015年）和远期规划年（2020年）的水资源承载力状况.结果表明,影响张掖市建成区水资源承载力最主要的因素是水资源利用率,水资源承载力现状年（2012年）为不可承载,近期规划年（2015年）为差,远期规划年（2020年）为可承载,表明张掖城市水资源规划是可行的.     

电子垃圾拆解地稻田土壤和稻米中重金属污染评估

As、Cd、Cu、Pb等重金属是废旧电子电器产品(电子垃圾)拆解过程释放的一类重要的有害化学物质.大米是电子垃圾拆解地居民主要的食物,大米中的重金属含量直接关系到当地居民的食品安全和健康风险.本研究测定了广东省清远市电子垃圾拆解地4个拆解点稻田土壤和稻米中As、Cd、Cu和Pb的含量水平,并评估了土壤中重金属的生态风险和当地居民食用大米中的重金属的健康风险.电子垃圾拆解地稻田土壤中As、Cd、Cu和Pb的平均含量分别为8.9~9.4、0.73~1.94、75~195和54~87 mg·kg~(-1),稻米中As、Cd、Cu和Pb的平均含量分别为0.11~0.17、0.11~0.66、7.54~21.6和0.27~0.42 mg·kg~(-1)(以稻米干重计).电子垃圾拆解地土壤和稻米中Cd、Cu和Pb的含量是对照区的2~15倍,但As的含量与对照区无显著性差异.土壤中重金属的生态风险评估结果显示,电子垃圾拆解地稻田土壤中的Cd具有极强生态风险.当地居民膳食暴露风险评估结果提示,电子垃圾拆解地当地居民大米中的Cd和Cu可能存在较高健康风险,且Cd具有较高的致癌风险.     

FeS纳米颗粒修复镉铅铬污染土壤的试验研究

文章利用FeS纳米颗粒对人工配制的高、中、低3种水平的镉铅铬复合污染土壤进行修复,并对氧气和FeS纳米颗粒投加量等关键因素对土壤修复过程的影响进行了探究.结果 表明:氧气对稳定化过程影响不大;对于低浓度污染土壤,土壤中Cr(Ⅵ)含量和浸出液中Cd、Pb、Cr(Ⅵ)、总Cr浓度一般可达标,可不进行处理;对于中浓度污染土壤,当FeS与(Cd+Pb+Cr(Ⅵ))的摩尔比为2:1时,可将土壤中Cr(Ⅵ)含量可降低至标准值以下,但浸出液中的Pb无法得到较好的稳定化,按PO43-与Pb的摩尔比为8∶1复合投加磷酸盐后,浸出液中Cd、Pb、Cr(Ⅵ)、总Cr浓度均可降至标准值以下;对于高浓度污染土壤,当FeS与(Cd+Pb+Cr(Ⅵ))的摩尔比在2∶1及以下时,FeS对土壤中的Cr(Ⅵ)的还原效果存在波动,达标存在难度,与磷酸盐复合投加可有效稳定高浓度污染土壤浸出液中的Cd、Pb、Cr(Ⅵ)和总Cr.经FeS NPs和磷酸盐稳定化处理后,土壤中生成了Pb3(PO4)2、CdS、PbS、Cr(OH)3、[Cr,Fe](OH)3和Fe3(PO4)2等沉淀物,3种重金属形态由可交换态等形态向稳定性较高的残渣态转化,释放迁移到环境的可能性减小,对环境的风险降低.修复后的土壤pH呈弱碱性,利于土壤中Cr(Ⅲ)、Cd和Pb的长期稳定;有机质含量和阳离子交换容量升高;氧化还原电位降低,体系保持还原环境,可有效防止Cr(Ⅵ)的再次氧化.     

检测2,4-D的一次性安培型免疫传感器

2,4-D是广泛使用的除草剂,以2,4-D为检测目标,研究了安培型免疫传感器.首先采用1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)作为交联剂制备2,4-D与BSA以及PLL的偶联物.用结合比1∶16的2,4-D与偶联物制备兔抗血清.免疫传感器的制备包括2个步骤,使用丝网印刷工艺制备一次性碳电极,然后通过戊二醛交联在电极表面固定2,4-D与多聚赖氨酸(PLL)的偶联物.待测水样与2,4-D抗血清和HRP酶标二抗进行间接免疫竞争反应.在HRP酶在邻苯二胺和H₂O₂的共同作用下发生酶促反应,检测还原电流以反映2,4-D的浓度.试验了不同浓度抗血清和酶标二抗对检测信号的影响,结果表明,2,4-D的检测下限达到1.69ng/mL,线性区间1.69～30 000ng/mL,适合饮用水中2,4-D的检测要求.