毕节喀斯特石漠化治理生态农业模式构建

喀斯特石漠化已成为岩溶山区生态建设和社会经济可持续发展的重大障碍，受到各级政府、专家学者的高度重视和广泛关注。以贵州省毕节市老街村喀斯特石漠化土地利用为例，采用实地调查的方法获取研究数据，分析了研究区石漠化土地利用存在问题。在此基础上，遵循石漠化治理与产业化相结合原则、市场导向原则、替代产业培育原则、适地适种原则等喀斯特石漠化治理的一般原则；优化土地利用格局，设计由坡地保土耕作、桑草养殖、桑药种植、乡土廊道树篱、封山育林多种技术措施配套集成的综合治理方案，并通过与农村能源建设结合，构建桑草药粮种植＋蚕猪养殖＋沼气的生态农业发展模式，探索喀斯特石漠化区生态修复的有效途径。     

小麦-玉米轮作体系农田氮素淋失特征及氮素表观平衡

连续6年采用渗漏计法研究了不同施氮处理下陕西关中小麦-玉米轮作区农田土壤90 cm深度处氮素(N)淋失特征和土壤-作物体系氮素表观平衡状况.结果表明:该地区农田氮素淋溶主要发生在降雨量较多的玉米季,且集中在8月和9月.监测期内,TN和NO-3-N年平均流失量分别为2.72~23.07 kg·hm-2和1.53~18.72 kg·hm-2,年流失率分别为0.65%~3.44%和0.82%~3.32%,且年总氮、硝态氮流失量均随年施氮量增加呈指数增加.氮素淋失形态中,NO-3-N比例较高,可占总氮淋失量的56.00%~81.00%,且随着氮肥用量的降低,其占总氮淋失量的比例也随之减小.可见,施氮量的大小在一定程度上会影响淋失液中各形态氮的比例.氮素表观平衡结果显示,随着施氮量提高,氮素在土壤中的残留和表观氮盈余均呈现指数增加趋势.长期施氮条件下,土壤-作物体系氮素表观损失率的幅度为32.60%~55.20%,土壤表观残留率为-0.17%~8.20%.多年监测结果表明,优化施氮模式下,作物不仅可以获得较高的产量和氮肥利用率,农田氮素淋失量也大幅降低,在节约肥料资源的同时减轻了潜在的环境风险.     

水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究

超声波辐射能够破坏蓝藻气囊,在水处理工艺中达到强化蓝藻混凝沉淀的效果.然而不适当的超声处理会进一步破坏蓝藻细胞,导致胞内毒素大量释放,加重水质污染负荷.本研究为获得水质安全的超声波强化混凝沉淀蓝藻水处理方法,采用频率40~120 k Hz的超声波辐射蓝藻水,考察处理后蓝藻混凝沉淀去除效果及藻毒素释放情况.结果表明,频率68~120 k Hz、能量密度59.1~186.4 W·L-1的静态超声波作用10~15 s后进行混凝沉淀,藻类去除率达98%以上,且频率越高效果越好;然而各频率静态超声波作用5 s以上均会导致藻细胞内藻毒素释放.采用内衬吸声棉及动态超声方式,频率120 k Hz、能量密度38.5~196.6 W·L-1超声波作用7.5~30 s后,可避免胞内藻毒素释放,且能去除水中溶解性藻毒素18.7%~30.7%,混凝沉淀后藻类去除率97.0%以上,其它有机物也降低.     

太原市土壤重金属污染空间分布及评价

以太原市土壤作为研究对象,系统研究了太原市城市土壤及工业区土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的污染水平和分布,并对污染状况进行了评价.研究表明,太原市土壤中重金属的含量分别为Cr:35.35—848.80mg·kg-1,Ni:4.00—99.57 mg·kg-1,Cu:4.89—266.99 mg·kg-1,Zn:45.16—677.01 mg·kg-1,As:0.66—35.46 mg·kg-1,Cd:nd—1.00 mg·kg-1,Pb:15.61—1240.41 mg·kg-1.其中城市土壤重金属含量较低,工业区土壤重金属含量较高,受到多种重金属的复合污染.以土壤环境质量国家二级标准值作为评价标准,用单项污染指数和综合污染指数对太原市土壤重金属污染进行评价,结果显示太原市大部分城市土壤未受7种重金属污染,只有6.7%的地区处于轻污染水平;工业区土壤污染严重,污染程度从高至低为化工厂(重污染)热电厂(重污染)化肥厂(重污染)第一电厂(中度污染)建筑工地(中度污染)焦化厂(轻污染).7种重金属在太原市土壤中的空间分布规律不同,且均与工业区分布相关,工业区是太原城市土壤重金属污染的重要来源.     

基于无人机高光谱遥感在太湖蓝藻水华监测中的一次应用

采用机载高光谱视频相机,在4个季节对太湖蓝藻进行7次、18个架次的有效拍摄。对拍摄到的高光谱影像进行辐射定标、几何拼接等预处理后,提取不同浓度蓝藻和水草等其他物体的高光谱数据,发现不同浓度的蓝藻光谱在680 nm后表现出较大差异。采用主成分分析（PCA）对高光谱数据降维后,结合k-近邻（kNN）分类算法,可实现对蓝藻的精准定位。定性识别结果经光谱预处理后,采用连续投影算法（SPA）进行特征波段提取,发现蓝藻光谱的季节差异主要表现在450 nm~570 nm和760 nm~910 nm波段。     

电场作用对不同藻菌体系处理猪场废水的强化机制研究

为解决猪场废水高色、高浊、高盐的水质特征对藻菌微生物体系处理效果的限制作用,采用电场处理与多种不同微藻/细菌(活性污泥)微生物体系处理相结合,考察了电场对微生物处理猪场废水的效果和生长状况的影响和作用机制.同时,通过对比微藻、微藻-活性污泥、活性污泥3种微生物体系对经电场处理养猪沼液中污染物去除效果及微生物生长情况,考察了电场处理对微生物处理效果的影响和作用.结果表明：电场对养猪沼液色度和浊度均有较好的去除效果,去除率分别为90.43%、99.69%;电场处理后的沼液再进行微生物处理可取得更优的处理效果,微生物对总氮和总磷的去除率最高分别为70.65%、67.30%.此外,微藻-活性污泥共生体系在污染物去除效果和生长状况方面均优于单一微生物体系.微藻-活性污泥体系最终叶绿素a含量为接种时的7.65倍,活性污泥生物量为接种时的1.51倍,远高于单一微生物体系.说明电场处理与微藻-活性污泥生物处理相结合,可以有效提高污染物去除效果,同时获得更多有价的生物质资源,实现更为可观的经济价值,具有广阔的应用潜力和发展前景.     

基于数值模拟与资料同化探究长三角地区冬季PM2.5污染过程的气象影响

细颗粒物(PM_2.5)累积主导着长三角地区冬季空气污染,其中,气象要素具有重要的作用.本文结合WRF-Chem模式和WRF-FDDA技术,针对2019年1月12—16日发生在长三角地区的一次典型PM_2.5污染过程进行数值模拟分析.通过敏感性试验,量化分析地面气象因素（温度、风速、相对湿度）对该地区PM_2.5浓度的影响,并利用对自动气象站观测资料的四维资料同化试验,探究气象场改进对PM_2.5模拟的改善.模拟结果表明,长三角地区PM_2.5污染受气象条件影响程度较为显著,PM_2.5浓度与风速和温度呈显著负相关,与相对湿度呈正相关.水平风速减少40%、温度增加3℃、相对湿度增加20%分别造成了+4.68%、-2.82%与+2.2%的PM_2.5浓度变化.而同化气象资料显著地改善了模拟的气象场精度,其均方根误差（RMSE）统计项中相对湿度减小9.68%,温度减小1.02℃,风速减小0.35 m·s^-1,这也使得PM_...     

不同粒径微塑料对三氯生在热带爪蛙蝌蚪体内积累分布及其生态毒性的影响

三氯生（TCS）作为药物和个人护理品（PPCPs）中常见的抗菌剂,在水环境中存在与聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）复合污染的生态健康风险.本研究旨在探究0.1、5、20 μm PS-MPs吸附TCS在蝌蚪体内累积情况,以及对蝌蚪毒性的作用.结果表明,PS-MPs吸附TCS在蝌蚪体内的积累能力依次为：TCS+5 μm PS组>TCS+20 μm PS组>TCS+0.1 μm PS组,累积量分别为3.27、1.8 mg·g^-1、无累积效应.值得注意的是,蝌蚪经不同粒径PS-MPs（2 mg·L^-1）、TCS（1 μg·L^-1）单独及复合暴露7 d后,各实验组脂质代谢水平均表现出丙酮酸含量增加（p<0.05）、甘油三酯含量降低（p<0.05）的趋势.复合组中TCS+0.1 μm PS组蝌蚪体内丙酮酸（Pyruvate）含量上升水平最显著（p<0.05）;TCS+20 μm PS组蝌蚪体内甘油三酯（TG）含量下降水平最显著（p<0.05）,这可能与脂代谢调控基因ppar-α、cpt1-β表达水平显著提升有关（p<0.05）.此外,PS-MPs、TCS单一和复合暴露 还会增加蝌蚪体内CAT、SOD酶活性.与脂质代谢结果不同的是,复合组中TCS+5 μm PS组蝌蚪体内CAT、SOD酶活性上升最显著（p<0.05）,这可能与调控基因cat、sod表达水平显著提升有关（p<0.05）.研究表明,复合暴露组对蝌蚪生理水平的影响高于单一暴露组,而不同复合处理组对蝌蚪脂质代谢水平和抗氧化水平影响具有差异,该结果可为评估微塑料（MPs）吸附亲脂性污染物对水生动物的毒性效应和生态风险提供 信息和参考.     

民用煤排放PM2.5中碳组分与水溶性离子特征

研究4种典型民用煤燃烧排放PM_2.5中的碳组分以及水溶性离子含量特点,并通过PAM-OFR(潜在气溶胶质量-氧化流动反应器)模拟了大气老化过程(2d)对煤球与烟煤燃烧PM_2.5中碳组分与水溶性离子含量的变化影响。结果表明,烟煤燃放PM_2.5中碳组分含量最高,达到57.96%,其EC含量是其他煤种的4.3~9.6倍。民用煤燃烧产生PM_2.5中水溶性离子以Na⁺与SO₄^2-为主,其在总水溶性离子中占比合计约47%~76%。经历了大气老化试验后,煤球与烟煤燃烧排放PM_2.5中NH₄⁺和NO₃^-离子含量大幅增加,与之相比,TC占PM_2.5比例分别下降了12.03%与19.99%。     

2015—2020年湖北省PM2.5和臭氧复合污染特征演变分析

为揭示湖北省PM_2.5和臭氧(O₃)复合污染演变特征,基于湖北省17个地市的空气质量国控点和武汉市大气超级站组分监测数据,全面分析湖北省17个地市2015—2020年PM_2.5和O₃的时空变化特征及相关关系,探讨PM_2.5和O₃协同效应的成因机理. 结果表明:①2015—2020年,湖北省PM_2.5显著改善,平均降幅为4.7 μg/(m3·a),但冬季负荷仍较高,主要集中于中部地区;O₃污染凸显,平均增幅为3.8 μg/(m3·a),污染集中在4—10月的暖季,东部地区最严重,近两年超标天数已与PM_2.5相当. ②湖北省PM_2.5和O₃关联日趋密切,协同效应显著,日评价指标显示夏季二者呈显著正相关(相关系数为0.57),近两年当PM_2.5浓度≤50 μg/m3时,相关系数高达0.63;冬季PM_2.5浓度与O_x(O₃+NO₂)浓度呈正相关,尤其2020年东部城市二者相关性高达0.46,显示大气氧化性对PM_2.5二次污染的重要性. ③以武汉市为例,归纳PM_2.5和O₃复合污染的成因,暖季低PM_2.5背景下,高温、中等湿度和弱风速的气象条件以及VOCs和NO_x等前体物的高浓度排放,使得受VOCs主控的光化学反应加剧,易造成O₃污染,从而加强PM_2.5二次生成;冬季高的大气氧化性,叠加不利气象条件,促进颗粒物的二次生成,导致重污染时PM_2.5组分以硝酸盐等二次无机组分为主. 研究显示,湖北省PM_2.5和O₃协同控制重点为,在保持现有NO_x控制力度基础上强化VOCs控制,遏制暖季和东部区域O₃浓度上升,加强冬季和中部PM_2.5治理.