In-situ synthesis of TiO2 rutile/anatase heterostructure by DC magnetron sputtering at room temperature and thickness effect of outermost rutile layer on photocatalysis

TiO_2 rutile/anatase heterostructure thin films with varying rutile thickness have been in-situ synthesized via DC magnetron sputtering with Ar gas at room temperature. The crystal texture, surface morphology, energy gap and optical properties of the films have been investigated by X-ray diffraction meter, grazing incidence X-ray diffraction meter, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, and UV–visible spectrophotometer, which indicates that the rutile/anatase heterostructure films are successfully fabricated. The further degradation experiments display that the photocatalytic activity can be dramatically affected by the thickness of the outmost rutile layer and the 100 nm thickness exhibits the best performance in all of the TiO_2 thin films. With the increase of the outmost rutile layer, the optical band gap of TiO_2 film displays a systematic decrease slightly. However,the change in photocatalytic activity does not coincide with that in the band gap. The photoresponse and electrochemical properties of the thin films have been characterized to understand the mechanism of the varied photocatalytic activity.     

三江源区生态系统状况变化及其成因

三江源区是黄河、长江和澜沧江的发源地.为研究三江源区生态系统状况变化及其可能成因,利用InVEST（Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）、RUSLE（Revised Universal Soil Loss Equation）和RWSQ（Revised Wind Erosion Equation）模型模拟,结合实地观测数据,系统全面地评估2000年以来三江源区生态系统构成、质量和服务功能变化,并揭示其成因.结果表明:① 2000—2010年三江源区生态系统结构基本稳定.草地退化状况轻微好转,产草量和生产力微弱增加.植被生长季水热条件的改善是促使产草量增加和草地退化态势趋缓的重要原因,同时生态工程的实施也发挥了积极作用.② 2005—2010年局部重点生态工程区的水土流失状况轻微好转,但区域整体好转趋势不明显.土壤中w（有机质）明显增加,但对于土壤保持功能起到关键作用的植被根系层的恢复却比较缓慢,降雨侵蚀力的增强加速了土壤侵蚀过程,生态系统的土壤保持功能基本上没有提高.③ 2000—2013年地表水、地下水资源量和土壤湿度均呈明显增加趋势,水质稳定在GB 3838—2002《地表水环境质量标准》划定的Ⅰ~Ⅱ类.降水量和冰川/积雪融水量增加导致径流量增大,气候变暖引起的冻土退化导致地下水库枯水季径流调节作用增强.④ 生态工程实施后,生物栖息地的生境退化状况轻微改善,野生动物的分布范围和种群数量都有了较为明显的增加.      

哈尔滨市土壤表层重金属污染特征及来源辨析

鉴于确定土壤重金属来源是降低土壤重金属人为输入和控制土壤重金属面源污染扩散的必然要求,以哈尔滨市9个市辖区中4个主要老城区（道里区、道外区、南岗区、香坊区）为研究区,依据标准格网进行土壤样本采集（表层土壤样本307个,深层土壤样本77个）,分析土壤中w（As）、w（Hg）、w（Cd）、w（Cr）、w（Cu）、w（Ni）、w（Pb）、w（Zn）;并利用主成分分析法、地累积指数法和指示克里格插值法,分别对该区不同成土母质区域表层土壤重金属的污染特征和来源进行分析.结果表明:① 哈尔滨市四区表层土壤中As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn主要来源于成土母质,Hg和Cd受人类活动的影响显著.② 以各类成土母质中重金属含量平均值为评价依据,哈尔滨市表层土壤中Hg、Cd表现出较大范围的重金属污染,依据土壤样本所在格网覆盖范围,污染范围分别占研究区的60%、65%.③ Cu、Pb、Zn污染范围小且污染程度低.研究显示,人口集聚、工业发展、交通发达等因素已经造成研究区表层土壤中Hg、Cd、Cu、Pb、Zn不同程度、不同范围的污染,需要合理有效地处理生活垃圾、控制工业和交通排放,以缓解表层土壤重金属污染.      

凹凸棒黏土对水体和底泥中Cr (Ⅵ)的吸附

为考察凹凸棒黏土对水体和底泥中Cr（Ⅵ）污染治理与修复效果,通过实验室模拟试验,运用Langmuir和Frundlich等温吸附模型及准一级和准二级动力学模型,研究了天然凹凸棒黏土对水体中Cr（Ⅵ）的吸附特性,并研究了pH对吸附过程的影响及凹凸棒黏土对底泥中Cr（Ⅵ）金属形态的影响,通过XRF（X-射线荧光光谱仪）和SEM（扫描电镜）确定凹凸棒黏土的化学组成和微观形貌结构.结果表明:天然凹凸棒黏土内部呈纤维状且多孔隙,成分中含有铁、铝、钙等元素,吸附后的材料中发现了Cr元素;Langmuir-Frundlich吸附等温模型（R2=0.996）和准一级动力学模型（R2=0.993）较好地拟合了凹凸棒黏土对Cr（Ⅵ）的吸附热力学与动力学过程,动力学模拟的Cr（Ⅳ）平衡吸附量及实测值分别为1.38和1.37 mg/g.溶液pH对Cr（Ⅵ）的吸附具有影响,其最佳pH为3,此时吸附率最高,为85.80%.研究显示,向底泥中添加凹凸棒黏土能促使Cr形态由不稳定态（酸溶态和铁铝还原态之和）向稳定态（可氧化态和残渣态之和）转化,从而达到修复底泥中Cr（Ⅵ）污染的目的.      

北京市燃煤源排放控制措施的污染物减排效益评估

为分析北京市燃煤源排放控制措施的污染物减排效益,基于MEIC（中国多尺度排放清单模型）,采用情景分析法,评估了北京市电厂能源清洁化与末端治理、燃煤锅炉改造和城区平房区居民采暖改造等措施的污染物减排效益.结果表明,相对于无控情景,2013年北京市电厂能源清洁化与末端治理减少PM_2.5、PM₁₀、SO₂和NO_x排放量为1.28×104、2.10×104、5.13×104和4.98×104 t,分别占无控情景的85%、86%、87%、74%;北京市燃煤锅炉改造减少PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO_x排放量为1.09×104、2.68×104、11.64×104和5.81×104 t,分别占无煤改气情景的83%、89%、83%、83%;北京市老旧平房区的居民采暖改造减少PM_2.5、PM₁₀、SO₂和NO_x排放量分别为630、870、2 070和790 t,均占无煤改电情景的8%.研究显示,北京市从1998年开始采取的各种减排措施有效地减少了污染物的排放,对北京市空气质量改善具有重要意义.      

小黑山岛海域网采大型浮游动物群落特征季节变化及其与环境因素关系研究

海岛生态系统是一类特殊的海洋生态系统,本研究关注了小黑山岛海域网采大型浮游动物群落特征季节变化及其与环境因子之间的相互关系。小黑山岛位于山东省的庙岛群岛之中,处于黄渤海分界线之上,本研究基于小黑山岛海域2013~2015年8个航次的现场调查数据,鉴定出浮游动物36种,其中桡足类13种,浮游动物丰度变化范围为1.5~287.5 ind/m3,平均68.4 ind/m3,生物量变化范围为0.3~346.9 mg/m3,平均51.9 mg/m3,Shannon多样性指数变化范围为0.64~2.15,平均1.22,Pielou均匀度指数变化范围为0.41~1.00,平均0.76。主要优势种有中华哲水蚤、强壮滨箭虫等,典范对应分析（CCA）结果显示环境因子中水温（WT）、透明度（Tra）和盐度（Sal）等对浮游动物群落分布影响较大,冬季强壮滨箭虫对桡足类群落特征可能有重要影响。     

黄海-西北太平洋表层海水Hg的形态研究

于2015年3月29日至5月6日乘东方红2号从青岛前往西北太平洋,采用现场测定与室内分析结合的方法分析了黄海到西北太平海域表层海水中Hg形态及分布特征,以认识黄海到西北太平洋海水Hg的含量及区域Hg的迁移。黄海-西北太平洋表层海水中总汞（THg,total mercury）变化范围为0.11~2.50 ng/L,平均为0.75±0.51 ng/L,THg的含量呈近海高大洋低;表层海水中活性汞（RHg,reactive mercury）范围为0.10~1.45 ng/L,平均为0.33±0.24 ng/L,RHg/THg平均为48.4%,海水中RHg与水温呈显著性正相关（r=0.494*,P=0.045）;表层海水中溶解性气态汞（DGM,dissolved gaseous mercury）的含量为11.7~105.7 pg/L,平均浓度39.6±22.9 pg/L。海水中DGM与气温呈显著正相关（r=0.633*,P=0.011）,与风速呈显著负相关关系（r=-0.660**,P=0.006）。从黄海到西北太平洋DGM含量逐渐升高,其日变化呈现白天高夜晚低的趋势,主要受光照的影响。     

黄、东海海域浒苔时空分布变化特征研究

选取黄海、东海海域为研究区域,以MODIS遥感影像数据为数据源,计算了研究区的比值植被指数,利用动态阈值分割和ArcGIS空间分析方法获取了2008~2015年浒苔发生初期空间分布特点、漂移路径、空间分布和聚集度变化特征等信息。结果表明:1）浒苔最初于五月中旬到六月上旬期间出现在江苏盐城市北部和长江口附近海域。2）随着浒苔的生长和爆发,浒苔均会先向西北漂移至苏北外海海域,然后再进入黄海。其漂移路径具有明显的年际变化特征。3）在生长过程中,浒苔斑块空间分布状态整体由南向北生长、汇聚和扩张,少部分年份会出现整体漂移现象。4）进入治理期后,覆盖密度不断减小直至浒苔完全消失。通过该研究可以更好地了解浒苔灾害发生和发展规律,为其有效治理提供技术支持。     

我国海水养殖业氮、磷产出量的初步评估

为了解我国海水养殖业的自身污染状况,本文利用2014年全国海水养殖产量及主要养殖生物产污系数等数据对我国海水养殖活动氮、磷的产出量进行了初步评估。结果显示,全国海水增养殖区氮、磷年产出量分别达到29.3万t和9.7万t。其中,投饵性养殖生物（鱼类、甲壳类等）总氮、总磷产出量分别达到3.9万t和0.6万t,非投饵性养殖生物（滤食性贝类）总氮、总磷产出量分别达到25.4万t和9.1万t。与全国陆源污染物排海量相比,海水养殖总氮、总磷产出量分别约占江河总氮、总磷排海量的10.0%和36.1%;同时,海水养殖总氮、总磷产出量已分别超过排污口氨氮、总磷的排海量,分别约为二者的5.6倍和7.2倍。因此,海水养殖自身污染已成为我国近岸海域重要污染源之一,应引起相关部门的足够重视。     

渤海湾天津近岸海域化学需氧量的分布特征、影响因素及与富营养化的关系

本文根据2014年春季（5月）、夏季（8月）、秋季（10月）天津近岸海域18个站位的海水质量监测数据,分析了海水中化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）的时空分布特征和海域富营养化状况,研究了COD与营养状态质量指数（NQI）的关系,浅析了赤潮生消过程中COD浓度的变化。结果表明,夏季COD高于春季和秋季,季节性差异显著;COD基本呈现近岸高外海低、南部高北部低的趋势;NQI指数的变化范围为1.68~12.50,平均值为4.46,富营养化严重;COD与NQI指数具有显著正相关性,一定程度上可以反映海域富营养化状况;COD与赤潮生物密度、Chl a呈极显著正相关关系,在反映赤潮生消过程中有重要作用。