南水北调中线水源地汉江上游流域主要生态环境问题及对策

汉江上游是南水北调中线水源地,流域生态环境建设是保障水源地水质安全的关键.针对上游流域水环境污染、土地利用以及水土流失等重大生态环境问题,结合流域数字高程模型及水质调查对其进行了系统分析.结果表明:(1)丹江流域、库区流域及汉中盆地水质较差,COD<,Mn>和氨氮成为水源区主要污染物;(2)各子流域区植被覆盖占各自面积的71.2%～95.7%,表明流域植被覆盖较好,但沿河岸100 m范围内农业用地占29.2%～43.4%,且多为坡耕地;(3)流域水土流失严重,2000年左右流域侵蚀图显示汉江源头、秦岭南及大巴山北均出现了大片年均侵蚀模数>2 200 t/km2的区域,且有日益增强的趋势.提出加大水环境污染整治力度、加强农业用肥管理及河岸带建设、水土保持建设以及加强流域水环境及水土保持监测和科研工作等对策.     

大冶湖滨岸带重金属水-土迁移特征与风险评价

于2013年3月,采集大冶湖枯水期滨岸带水和表层土壤样品(上层0~10 cm、下层10~20 cm)各20个,并用火焰原子吸收分光光度法测定其重金属(Cu、Pb、Cd、Zn)的含量.结果表明,沿岸水中Cu、Pb、Cd、Zn的平均值分别为7.14、25.94、15.72、37.58μg·L-1,其中Cd超出了Ⅴ类地表水环境质量标准.上下层土壤中Cu、Pb、Cd、Zn的平均含量分别为108.38、53.92、3.55、139.26 mg·kg-1和93.00、51.72、2.08、171.00 mg·kg-1,其中上下层土壤中Cd均远超出土壤环境质量Ⅲ级标准.Pb在土壤和水体中的迁移性较为稳定,而Zn的迁移性受土壤性质及周边环境影响较大.西岸带重金属可迁移性较东岸带大,具有较强的潜在环境风险.Cu、Pb、Cd、Zn均主要以残渣态形式存在.重金属元素整体迁移顺序是:PbCuCdZn,其中Cu、Pb有50%以上可能发生迁移,对环境存在较大的污染风险.通过风险评价指数与潜在风险系数得出Cd为主要污染因子,且上层土壤重金属污染均高于下层土壤.     

鄱阳湖不同区域沉积物细菌群落结构、功能变化及其与环境因子的关系

为了解鄱阳湖湖区内具有不同形态、功能的沉积物微生物群落的空间差异,采用T-RFLP（末端限制性片段长度多态性）和Biolog-Eco微平板法,对松门山（主湖区）、饶河（入湖口）、南矶山（碟形湖）和白沙洲（湖汊）样地表层沉积物进行细菌遗传多样性和微生物代谢功能多样性进行分析.结果表明:鄱阳湖具有不同形态、功能的样地间细菌群落结构及微生物功能多样性存在协同的空间异质性,显示饶河样地与其他样地之间差异显著（P < 0.05）.基于T-RFLP结果,饶河样地与其他样地细菌群落结构的差异主要来源于中等相对丰度（0.20%~2.00%）的TRFs片段.此外,饶河样地微生物代谢活性显著低于其他样地（P < 0.05）,主要是因为饶河样地微生物对多聚物类和碳水化合物类碳源的利用能力显著降低.基于微生物群落与环境因子的冗余分析（RDA）结果显示,营养物质（有机质、TOC、TN）和重金属（Zn）是影响细菌群落结构的主要因子,而水深、pH、速效氮[w（NH₄+-N）、w（NO₃--N）]、重金属[w（Zn）、w（Cu）、w（Cd）]是影响微生物代谢多样性的显著因子.研究显示,重金属（Zn）对鄱阳湖沉积物细菌群落结构及微生物功能多样性具有显著影响.研究结果可为探索大型淡水湖泊底栖微生物群落结构和功能的空间异质性以及探讨微生物群落结构与功能对环境因素的响应提供理论依据.      

乌兰布和沙漠不同灌丛土壤颗粒多重分形特征及其与有机碳分布的关系

w（SOC）（SOC为土壤有机碳,soil organic carbon）及其分布状况显著受到土壤PSD（particle-size distribution,粒径分布）和有机质相互胶结方式的差异影响,而w（SOC）可反映土壤结构优劣程度,表征土壤肥力状况及碳库饱和度.以乌兰布和沙漠沙冬青、花棒、猫头刺、白刺和梭梭灌丛下0~100 cm深度风沙土为研究对象,通过野外分层采样与室内测试,采用多重分形理论探讨土壤特性和w（SOC）分布特征及其相互关系,反映土壤结构及肥力状况.结果表明:① 不同灌丛下的土壤均具有良好的分形特征,并且灌丛可通过降低风速,使≤ 50 μm的优质颗粒在周围表层土壤沉降,而优质颗粒数量与w（SOC）、D₀（粒径分布范围）及D₁（分布均匀程度）极显著正相关（P < 0.01）,与D₁/D₀（分布离散程度）极显著负相关（P < 0.01）;② 各灌丛下w（SOC）的大小关系与D₁、D₀相似但与D₁/D₀完全相反,即w（SOC）可表征PSD状况进而反映土壤结构优劣程度,并且在沙冬青灌丛的>20~30、>60~80 cm土层出现两次峰值,分别为11.958、11.928 g/kg;③ 对D₀的扩大及D₁/D₀的降低程度以沙冬青灌丛最为明显,但对D₁的降低程度则以花棒灌丛最为明显.研究显示,多重分形理论可很好地描述乌兰布和沙漠风沙土性质,并且适生灌丛中沙冬青及花棒可更好地改善土壤颗粒及SOC特征,故可通过种植二者局部改良土壤及增加碳库饱和度.      

膜生物反应器降解对氨基苯磺酸的性能及微生物群落特征

为研究MBR(膜生物反应器)降解SA(对氨基苯磺酸)的性能,构建一套连续流MBR,针对ρ(SA)为25 mg/L的模拟废水进行处理,并通过高通量测序对MBR运行过程中微生物群落特征变化进行生物学层面的分析.结果表明:经过31 d的启动驯化后,SA基本可以完全降解,COD_Cr、NH₄+-N、TN和TP的去除率分别为87.63%±5.95%、91.94%±8.80%、32.38%±11.6%和85.69%±13.82%.对驯化及稳定运行阶段的污泥进行微生物菌群分析结果表明,在“门”水平上主要的微生物菌群为拟杆菌门、变形菌门和绿弯菌门,其中拟杆菌门是处理含SA废水的优势菌群.在“科”水平上,噬几丁质菌科、腐螺旋菌科、红环菌科、丛毛单胞菌科和拜叶林克氏菌科为主要的微生物菌群,随着反应器的长期驯化和运行,噬几丁质菌科逐渐成为反应器中优势菌群.研究显示,MBR对SA、COD_Cr、NH₄+-N和TP都有很好的去除效果,拟杆菌门和噬几丁质菌科分别为处理SA的优势“门”和“科”.      

环渤海海洋产业绿色GDP核算

绿色GDP核算是反映经济-环境系统交互作用,继而进行综合计量的重要工具.以可持续发展为主题,借鉴联合国环境经济核算方法,以环渤海地区为研究区,选取数据可得性最好的2013年为核算期开展GGOP(海洋产业绿色GDP)核算研究,并以辽宁、河北、天津和山东4个省级行政区为研究单元进行拆分.结果表明:2013年环渤海地区GOP(海洋产业生产总值)约为1.97×1012元,GGOP约为1.84×1012元,占GOP的93.44%,资源耗减、生态系统破坏、环境损失和环境活动分别扣减了GOP的2.54%、0.16%、1.70%和2.15%.环渤海地区2013年的渔业没有造成资源耗减,而对海洋油气资源的开采造成的资源耗减损失约为5.02×1010元.通过围填海造成的生态系统破坏损失约为3.11×109元.环渤海地区海洋产业污染物产生的虚拟成本约为3.36×1010元.国家和省级海洋部门对渤海的环境管理活动支出约为4.42×109元;环渤海地区海洋环境和资源利用投入研究经费约3.81×1010元.环渤海各省市中,辽宁省扣减比例为5.30%,其中环境损失占扣减总值的44.77%;河北省与辽宁省相近,扣减比例为5.04%;天津市扣减比例最大,为13.09%,其中资源耗减占扣减总值的69.74%;山东省扣减比例为4.34%,其中环境管理活动支出占扣减总值的50.82%.研究结果扩展了绿色GDP核算方法的适用范围,探索了绿色核算在海洋经济中的核算方法和核算技术,有助于环渤海各省市海洋经济发展调控政策的制订.      

TiO2电极光电催化氧化处理水体中的蒽

为了探究光电催化体系对水体中多环芳烃（PAHs）的降解效果,采用TiO₂电极在紫外光照射下进行了光电催化氧化处理多环芳烃——Ant（蒽）的研究.分别比较了光电催化（PEC）、光催化（PC）和电化学氧化（EC）体系对Ant的降解效果.并探究了电流密度、初始pH、初始ρ（Ant）和腐植酸（HA）等对Ant降解效果的影响;同时,采用伪一级动力学对降解反应速率进行了拟合分析并对中间产物的含量及Ant的降解机理进行了研究.结果表明:在相同电流密度和反应时间等条件下,PEC体系对Ant的降解率均高于PC和EO体系;电流密度对Ant降解影响不大,在电流密度为0.05 mA/cm2条件下,反应30 min后,Ant的降解率能达到98.5%,体系中中间产物有蒽酮（AT）、蒽醌（AQ）等物质,其浓度呈现先增加后降低的趋势;初始pH对中间产物AQ的生成影响较大;初始浓度对反应速率影响较大,初始浓度增加3倍,反应速率降低了近44%,但Ant的降解率相差不到1%;HA的存在使得Ant降解率降低了7.5%,反应速率降低了近83%.      

接种抗酸化复合菌对餐厨废弃物堆肥酸化缓解及腐殖化的影响

为研究接种抗酸化复合菌(包括假单胞菌、芽孢杆菌、唾液乳杆菌、Dysgonomonas、Aeribacillus pallidus)对餐厨废弃物堆肥过程中有机酸降解、腐殖化进程的影响.以餐厨废弃物和稻壳为堆肥原料,抗酸化复合菌为接种菌,设置T1(接种抗酸化复合菌)和CK(对照)2个试验组,对堆肥温度、pH、DOM(水溶性有机物)、有机酸代谢酶等指标进行了分析.结果表明:抗酸化复合菌能有效缓解堆肥初期酸化抑制作用,使堆肥快速进入高温期且持续时间可达7 d,T1组高温期峰值温度为64 ℃,而CK组仅为59 ℃且高温时间不能持续；堆肥1 d后,CK组pH由初始的5.68迅速降至4.42,下降了22%,T1组pH变化不明显；从蛋白酶种类来看,CK组仅检测到与丙酸、乙酸代谢相关的丙酮酸脱氢酶、乌头酸水合酶,而T1组除上述两种酶外,还检测到乙醛脱氢酶、乙酰辅酶A合成酶和苹果酸合成酶,接种抗酸化复合菌增加了有机酸代谢相关酶种类,并有效缓解了堆肥初期酸化的问题.研究显示,堆肥结束时,T1、CK组DOM中代表胡敏酸类物质的积分标准体积占总积分标准体积的比例分别为57.8%、44.0%,接种抗酸化复合菌系使DOM中腐殖酸比例增加了31.4%,促进了DOM腐殖化,T1组堆肥腐殖质碳相比CK组提高了66.67%,促进了腐殖质合成.      

秦淮河流域城镇用地增长格局及其演化机制

利用四期遥感TM数据和GIS技术，通过分析20年秦淮河流域城镇用地增长格局及其演化机制，为流域综合管理和模拟提供重要参数，研究结果表明：①城镇用地增长显示阶段性和空间的不均匀性，增长拐点发生在1994年和2000年，空间上表现出增长“热极”与“热带”；②城镇用地增长阶段性是经济社会过程及驱动因子演化阶段的反映，回归分析显示城镇用地增长与城镇人口、经济总量及开发区发展相关系数高，这归于1992年开发区创建、投资增加与2000年撤县设区驱动的结果；③城镇用地增长格局变化是社会经济物质载体演化的体现，1992年后开发区成为城镇用地增长首要来源，2000年后东山新市区与大学城成为其增长核心和新形式，机场与高速公路网强化对城镇用地的空间导向。研究结果较客观地刻画了城市化格局与过程的演化规律，参数应用与数据精度的提高是今后研究的重点.     

南水北调工程及其生态安全：优先研究领域

南水北调工程的实施将大幅度增加黄河上游径流量，并同时减少长江尤其是其上游及汉江下游的径流量，从而导致两条主要河流及其支流的水环境改变。中线工程从汉江上游丹江口水库调水，库区上游90 000余km2内的非点源污染和1 300万人口的生活污水处理设施的缺乏对水质将产生重大影响;调水引起水文节律的改变从而对东线沿途的湖泊生态系统产生重大影响;黄淮海平原受水区可利用水量的增加也可能导致该地区的盐渍化。介绍了南水北调工程并讨论了其必要性，提出了工程对生物迁移的影响、水环境及水生态安全、水资源保护的流域生态系统管理和西部退化生态系统的恢复和重建等优先研究领域，并提出结合“中国生态系统研究网络”、“生态环境国家野外科学观测研究站”的建设和长期监测来保障工程生态安全的策略。