煤炭开采对生态系统功能的胁迫作用:模型·实证

为研究煤炭开采对生态系统功能的胁迫作用,基于系统动力学原理构建一般情况下煤炭开采对生态系统功能胁迫作用的系统动力学模型,分析不同情境下煤炭开采对生态系统功能的胁迫作用特征,并以淮河流域典型煤炭资源型城市——淮南市为例进行实证研究. 结果表明:煤炭开采对生态系统功能有胁迫作用,政府是重要影响因素;不同情境下煤炭开采对生态系统功能的胁迫作用不同,表现为情境一(理想状态)<情境二(良性状态)<情境三(一般状态)<情境四(停滞状态)<情境五(糟糕状态);生态治理投资系数和煤炭开采技术投资系数的比值越大,则煤炭开采对生态系统功能的胁迫作用越小. 实证结果通过有效性检验,表明该研究建立的系统动力学模型具有可靠性. 当前淮南市生态治理投资和煤炭开采技术投资的比值为0.511,表明淮南市生态系统功能系统和煤炭开采系统处于一般状态. 研究显示,政府在维持生态系统功能稳态中发挥着一定作用. 煤炭开采对生态系统功能的胁迫作用特征:当生态治理投资系数和煤炭开采技术投资系数的比值为0时,生态系统功能系统和煤炭开采系统处于糟糕状态;当比值为(0,1)时,处于一般状态;当比值为1时,处于良性状态;当比值大于1时,两大系统进入理想状态.      

我国中部六省CO2排放动态变化趋势

探讨区域CO₂排放的长期变化趋势对制订碳减排政策和实现减排目标具有重要意义,为此,根据IPCC指南,测算了2000—2012年我国中部六省(安徽省、山西省、河南省、湖北省、湖南省和江西省)的CO₂排放量及其排放强度;借助DEA(data envelopment analysis)-Malmquist指数模型,从CO₂排放量、生产总值、资本存量、能源消费总量和劳动力5个方面,对中部六省的动态CO₂排放效率进行了全要素分析.结果表明:①中部六省的CO₂排放总量由2000年的6.74×108 t升至2012年的20.24×108 t,年均增长1.12×108 t.②中部六省CO₂排放强度由2000年的3.41降至2012年的1.74,年均下降5.5%.受地区能源产业结构的影响,山西省CO₂排放强度峰值高达11.40,减排压力与其余五省相比更为艰巨.③动态CO₂排放效率均值为1.054,呈稳步提升趋势,技术效率进步指数年均值为1.051(>1),对CO₂排放效率提升起到了拉动作用,而技术效率变动指数和规模效率指数的年均值均为0.999(<1),拉低了中部六省的CO₂排放效率.研究显示,中部六省CO₂排放量增速虽呈逐年下降趋势,但增长态势在短期内仍无法改变.CO₂排放与地区所处经济发展阶段关系密切,其排放效率的提升主要依靠技术水平的进步、低碳管理方法的推广和规模经济的发展.      

安徽省城镇化效率与生态环境质量耦合协调时空演化

研究城镇化效率与生态环境质量耦合协调关系,有助于探寻两者之间本质联系,可为区域协调发展提供科学依据。本研究通过构建综合评价体系,测度安徽省各地级市的城镇化效率和生态环境质量水平,并借助耦合协调度和空间自相关模型,分析安徽省城镇化效率和生态环境质量耦合协调水平以及空间格局特征。结果表明:① 2005-2020年安徽省城镇化效率均值由 0.937上升至 1.055,有效决策单元数量占比77.3 %,空间上呈现以合肥、铜陵为中心向西北-东南方向辐射的特征;②安徽省生态环境质量指数总体呈波动上升的发展趋势,指数均值从0.217上升至0.413,且具有“南高北低”的空间分布格局;③安徽省城镇化效率与生态环境质量的耦合度和耦合协调度均呈现上升趋势,耦合度处于耦合阶段,协调度以中度协调类型为主,但城市间差异明显,制约了区域整体的协调发展;④耦合协调度在空间上表现出较强的正相关性,高-高和低-高集聚区集中在安徽省南部地区,低-低集聚区则分布在北部地区。为促进区域城镇化效率与生态环境质量两系统协调发展,政府未来应因地制宜制定发展策略,贯彻绿色发展理念,积极推动产业转型,通过优化资源配置促进区域良性发展。     

反硝化生物滤池出水SMP对Cu2+的螯合特性

该文以不同碳源反硝化生物滤池(DNBF)出水可溶性微生物产物(SMP)为对象,研究不同温度和pH条件下SMP对Cu~(2+)的螯合能力。结果表明,SMP螯合Cu~(2+)的过程符合Langmuir、Freundlich和Temkin吸附等温曲线;在温度为35℃和pH为5时,以乙酸钠为碳源的DNBF出水中SMP螯合Cu~(2+)的能力最强,最大吸附量为0.574 g/g。采用冷场发射式扫描电镜、傅里叶红外光谱仪和三维荧光光谱仪等表征SMP,显示SMP与Cu~(2+)作用前后的形貌特征发生了明显变化。SMP与Cu~(2+)发生螯合作用主要依赖于蛋白质、多糖和腐殖质中富含的-COOH、-NH2和-OH等官能团。     

巢湖杭埠-丰乐河汞的污染特征及生态风险

通过对水样、沉积物和背角无齿蚌中汞含量的测定,研究杭埠-丰乐河汞的污染特征,并利用单项污染指数法、地累积指数法评估了汞的生态风险.结果表明：水样总汞的浓度为0.04～0.20μg/L（均值为0.10μg/L）,H5、H9、F2、S4和S5处水样中汞含量超过地表水Ⅲ类限值.沉积物中汞、甲基汞含量分别为29.13～251.49μg/kg（均值为65.42μg/kg）和0.22～3.31μg/kg（均值为0.68μg/kg）,H5、H9和F2处沉积物中汞为轻度污染,S4、S5为偏中度污染,工业排污是主要污染来源.背角无齿蚌中汞、甲基汞含量分别为101.34～171.15μg/kg（干重）和54.22～89.63μg/kg（干重）,均符合GB18406.4-2001中汞的限量要求.背角无齿蚌对汞和甲基汞均有明显的富集,其组织对汞的积累也具有明显选择性（浓度高低依次为：外套膜 > 内脏 > 腮和肌肉）.背角无齿蚌中汞含量与水和沉积物中汞含量相关性良好,表明背角无齿蚌作为指示生物其生物监测结果可进一步验证水和沉积物中的汞污染水平.     

高瓦斯易自燃工作面高抽巷瓦斯抽采与采空区遗煤自燃相互影响研究

为了实现瓦斯与煤自燃两大灾害的联合防治,首先对布置高抽巷条件下瓦斯与遗煤自燃多因素相互影响关系进行了理论分析和归纳总结。结合淮南潘二煤矿11223高瓦斯易自燃工作面,建立了带有高抽巷的物理模型,利用UDF编译了本煤层与邻近层瓦斯涌出源项、采空区三维孔隙率和低温条件下煤氧化反应氧气消耗速率。在此基础上,分析了高抽巷布置参数和抽采参数以及工作面风量对高抽巷瓦斯抽采效果和采空区自燃带分布相互影响的规律。结果表明,当工作面风量为2 000 m3/min,高抽巷布置在顶板上方40 m时,高抽巷瓦斯抽采浓度和纯量分别达32.3%和29.07 m3/min,占总瓦斯涌出量的69.71%,同时能满足实际防火的要求。研究结果可为类似条件下高抽巷最佳施工与抽采参数提供借鉴。     

基于间隔偏最小二乘法短程硝化反硝化中无机盐氮的近红外光谱

采用序批式活性污泥反应器(SBR)研究短程硝化反硝化系统中稳定条件下无机盐氮的变化规律,利用小波去噪法对无机盐氮的近红外光谱进行预处理,并用间隔偏最小二乘法(iPLS)建立无机盐氮含量的校正模型(iPLS模型).结果表明:小波去噪法对原始光谱中的部分噪声进行滤除,从而提高了模型的精度.采用最小二乘法对预处理后的光谱进行建模,优选出最佳波长区间并将光谱划分为20个子区间,优选出的氨氮特征波数为8243~8663cm-1,亚硝酸盐氮特征波数为4000~4420cm-1.所建模型对氨氮、亚硝酸盐氮校正时的相关系数(rc)分别达到0.9582、0.9544,校正均方根误差(RMSECV)分别为0.0321、0.0406;预测时的相关系数(rp)分别为0.9184、0.8816,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.0790、0.0451.采用实际污水为原水时校正模型对氨氮、亚硝酸盐氮预测的相关系数(rp￠)分别为0.9190、0.8739,预测均方根误差(RMSEP′)分别为0.0578、0.0229.模型对氨氮和亚硝酸盐氮的预测总体效果较好.用小波去噪和最小二乘法建立模型不仅能有效减少建模所需变量数、缩短运算时间,而且模型预测精度较高,为无机盐氮的快速测定提供了一种可行的分析技术.     

淮南市城区地表灰尘重金属分布特征及生态风险评价

城市地表灰尘中重金属会对人体健康和生态环境产生危害,为研究城市中不同功能区地表灰尘重金属的含量和潜在生态危害水平,以典型煤炭资源型城市淮南市的地表灰尘为研究对象,采集工业区、商业区、交通区、文教区、居住区和公园绿地等6种功能用地共40个点位的地表灰尘。采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）和DMA-80直接测汞仪测定Zn、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni、Co、V、Hg的含量,分析其在不同功能区地表灰尘中的分布特征、相关性及可能的来源;并应用潜在生态危害指数法对重金属在不同功能区的潜在生态危害进行评价。结果表明：1）淮南市地表灰尘中 Zn、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni、Co、V、Hg的平均质量分数分别是202.59、74.63、62.74、110.69、0.57、35.82、12.18、50.95和0.105 mg·kg-1,其中Zn、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni、Hg的平均含量分别是淮南市土壤背景值的3.47、3.17、2.04、1.21、9.50、1.12、2.56倍,是中国土壤背景值的2.73、2.87、2.78、1.81、5.88、1.33、1.62倍。2）9种重金属中,Zn和V的含量在不同功能区分布相对均匀,其他重金属在不同功能区含量均表现出较明显的空间异质性。3）不同功能区中,Zn、Pb、Cu、Ni、Co、V、Hg的平均含量在工业区最高,Cr 和 Cd 的平均含量在交通区最高。4）不同重金属的相关性表明,Zn、Pb、Cu、Cd、Ni 等5种元素有同一来源,Co 和 V 有同一来源。5）单项潜在生态危害系数大小为 Cd〉Hg〉〉Pb〉Cu〉Ni〉Co〉Zn〉Cr〉V。不同功能区9种重金属复合生态危害均处于强生态危害水平（300≤RI〈600）,其中工业区和交通区潜在生态危害水平最高。     

水库泄洪闸下溪流深潭氮磷营养盐滞留特征及动力学模拟

为解析水库泄洪闸下溪流深潭氮磷营养盐滞留特征,选择NaBr为保守示踪剂,分别以NH₄Cl和KH₂PO₄为添加营养盐,在合肥板桥河源头溪流开展野外示踪实验,据此估算氨氮（NH₄⁺）、磷酸盐（PO₄^3-）营养螺旋指标,识别主流区和暂态存储区NH₄⁺、PO₄^3-滞留贡献水平,模拟深潭地貌的氮磷吸收动力学特征.结果表明,深潭具有较好的氮磷滞留潜力,且对PO₄^3-的滞留潜力超过NH₄⁺;暂态存储区对NH₄⁺的滞留贡献率平均为91.49%,表明NH₄⁺滞留主要发生在暂态存储区;主流区对PO₄^3-的滞留贡献率平均为96.09%,意味着主流区是PO₄^3-滞留的主要场所;Michaelis-Menten（M-M）方程可以较好的模拟深潭氮磷滞留动力学效应,模拟得到的最大吸收速率U_max-NH₄、U_max-PO₄均值分别为0.48、0.08 mg·m^-2·s^-1,半饱和常数K_m-NH₄、K_m-PO₄均值分别为0.26、0.19 mg·L^-1.     

钙镁离子对垃圾渗滤液处理中微生物降解有机物的作用

钙离子和镁离子是微生物生命活动中必须的元素,但适量的钙镁离子对微生物才能产生有利影响,垃圾渗滤液中存在不同浓度的钙镁离子,因此,研究钙镁离子对垃圾渗滤液处理中微生物降解有机物的影响具有重要意义。该研究采用直接均分射线法设计3种不同钙离子和镁离子配比(L1、L2、L3);采用BiPhasic函数拟合试验数据绘制浓度和效应之间的关系曲线,并利用等效线图模型分析钙镁离子对垃圾渗滤液厌氧生物处理中微生物降解有机物的作用关系。结果表明,不同浓度配比的钙镁离子对微生物降解有机物的作用效应均表现为低浓度促进而高浓度抑制的特点,且当钙镁离子混合物浓度低于858 mg/L时,促进效应随钙离子含量增加而增大,当钙镁离子混合物浓度高于858 mg/L时,抑制效应则随钙镁离子混合物浓度及作用时间的增加而增大。等效线图模型分析表明,当钙镁离子配比为L1时,钙镁离子对微生物降解有机物的作用关系为协同作用;当钙镁离子配比为L2、L3时,钙镁离子对微生物降解有机物的作用关系均随着作用时间和作用效应的增加由协同作用过渡到部分加和作用,最终转变为拮抗作用。不同浓度配比的钙镁离子混合物对厌氧微生物降解有机物作用效应均具有时间依赖性。