大宝山矿水外排的环境影响:Ⅱ.农业生态系统

大宝山外排酸性矿水对周边农村地区农业生态系统具严重的负面影响，表现在：农田所用的灌溉水酸度很强，灌溉水中多种重金属含量高于国家农田灌溉水质标准，其中Cd超标约16倍；土壤严重酸化，pH值可低至3．9，总实际酸度平均达47mmol／kg，比水溶性酸度高147倍，表明由矿水带进土壤的无机酸通过土壤的缓冲作用暂时转化为非水溶态并在土壤中累积；土壤重金属含量超标，以Zn、Cu和Cd为甚；粮食和果蔬等作物重金属污染严重，其中尤以Cd最为突出，最高可超标近150倍。     

Conjunctive Vadose and Saturated Zone Monitoring for Subsurface Contamination

A comprehensive subsurface monitoring program should include contaminant detectors in both the vadose and saturated zones. Vadose zone detectors can provide an early warning of an impending groundwater contamination problem, and also yield information relevant to placing groundwater monitoring wells. Moisture probes, gas monitoring wells, and pore-liquid samplers deployed in the vadose zone complement groundwater detection wells. The objective(s) of a monitoring program, spatial-scales, and hydrogeology are important considerations for designing subsurface monitoring networks. Often, these networks are used to detect potential releases or characterize existing contamination beneath land-based waste storage facilities. A case study in Santa Barbara, California, U.S.A., illustrates the utility of vadose zone monitoring in characterizing a gasoline contamination problem and guiding the placement of groundwater monitoring wells.     

修复富营养化水体的潜流湿地中微生物生物量特征

构建了水平潜流芦苇人工湿地,在固定水力负荷条件下,对富营养化污水进行了近2年的修复处理.分别在第2年的1、5、8和10月份在湿地前、中、后部不同深度处取基质样品,采用氯仿熏蒸法测定了微生物生物量.结果表明,湿地基质微生物碳(MB-C)、微生物氮(MB-N)和微生物磷(MB-P)基本遵循前部大于中部大于后部和上层大于下层的规律.微生物量1、5月份大于8、10月份.考察了基质微生物量与同期湿地氮磷去除效率的关系,结果显示,湿地基质微生物量与TN去除率相关性不显著;MB-C与TP以及MB-N、MB-P与TP去除率呈显著负相关,r分别为-0.98(P<0.05)和-0.99(P<0.01).在人工湿地中,微生物量本身参与到系统中氮素、磷素的循环转化,成为一个动态活性营养库,可以被植物利用,在每个生长年内随植物生长和温度变化而波动,在本试验条件下,第2年MB-C、MB-N和MB-P平均分别为85.0-160.6、16.3～34.9和3.12～5.77μg·g-1.湿地微生物量和氮磷净化能力的变化特征是温度、微生物、植物、基质以及酶等因素综合作用的结果.     

基于马尔可夫的地面控制井下安全阀可靠性评估

为保障地面控制井下安全阀系统的安全运行，防止系统发生故障，建立了井下安全阀可修复系统的马尔可夫模型；针对系统设备构成复杂及共因故障等问题，基于β因子模型描述共因失效，同时将模型划分为3个独立模块，通过克罗内克积方法合并，评估系统可靠性；参照OREDA可靠性数据，定量求解井下安全阀系统可用度、可靠度以及稳态指标，研究模型中状态转移概率对系统稳态可用度的影响。研究结果表明:井下安全阀系统的可用度随时间增长而迅速到达稳态值；系统检修周期应小于2.5 a；根据可靠性分析结果，运营方应考虑系统经济与可靠性间的博弈关系，合理优化系统冗余结构与维修周期管理，防止井下安全阀系统失效。     

Come hybrid or high water: Making the case for a Green–Gray approach toward resilient urban stormwater management

120 years or more of unsustainable urban development has damaged the natural environment and disrupted essential ways to stabilize water body overflow and even mitigate pluvial flooding. In light of catastrophic flooding that has occurred globally, a renewed commitment to transforming built surfaces and incorporating more green infrastructures (GIs) has emerged. In fact, one could argue that an overcommitment to GI is being touted in the literature, but largely disconnected from more real-world possibilities, considering all things. In this commentary, we make the case that as cities transition from development patterns of the past and even considering climate-induced storm characteristics of the future, a hybridized solution (e.g., Green–Gray) should be considered. Smaller approaches to urban greening have been implemented in areas that need larger-scale restorations, thus proving to be insufficient. Likewise, the uncertainty surrounding rainfall and storm events has forced us to be more strategically balanced in our efforts to achieve resilience in our stormwater infrastructure. Hybridized solutions that include a diverse set of systems, anchored in local conditions, position us best for effective urban stormwater management. In the absence of such solutions, runoff volumes will continue to rise, flooding will prevail, and disenfranchised communities will remain disproportionately impacted by these impacts of urbanization.     

外源氮输入对不同土地利用排水沟底泥反硝化和N2O排放影响

农田排水沟通过底泥硝化-反硝过程可消纳部分农业面源氮.水稻、蔬菜和水果是太湖地区种植业的主要土地利用类型,各种植区排水河沟密布,且不同种植区沟道接受外源氮差异明显,直接影响沟道消纳氮能力.分别采集太湖地区果园、稻田和菜地种植区排水沟道沉积物,设计上覆水N0、N1、N2、N3和N4这5个外源NO-3-N输入梯度,净氮输入量分别为0、0.5、1.0、5.0和10 mg·L~(-1),开展室内培养试验,研究外源氮输入对不同土地利用区排水沟道底泥反硝化和N2O排放的影响.结果表明,外源氮输入激发了排水沟底泥反硝化作用,3条沟道底泥反硝化速率均随上覆水NO-3-N输入浓度增大显著增大(P0.05),底泥累积反硝化量与输入NO-3-N浓度呈显著线性正相关关系(R20.75);除菜地外,沟道底泥N2O排放速率和累积排放量随外源NO-3-N输入浓度增大均无显著增大趋势(P0.05).在无外源氮或低外源氮输入时(N0和N1),果园、菜地和稻田种植区3种沟道之间底泥反硝化和N2O排放累积损失氮量的差异不显著(P0.05).随NO-3-N输入浓度增大,特别是高外源氮输入(N3和N4)条件下,果园和稻田排水沟道底泥反硝化消纳氮量显著高于菜地沟道底泥反硝化损失氮量(P0.05),而菜地排水沟底泥N2O排放损失氮量显著高于其它2条沟道底泥的N2O排放损失氮量(P0.05).排水沟底泥有机碳矿化速率与反硝化损失速率成正相关关系(n=15),微生物矿化(CO2-C)作用促进了沟道底泥硝化反硝过程.     

植被恢复背景下黄河中游及6个典型流域蒸散发及其组分变化格局

植被变化可通过改变下垫面条件的方式,调节植被蒸腾与土壤蒸发的分配比例,进而影响区域乃至全球水循环过程。自20世纪90年代以来,我国开展了大规模的植被恢复工程,全国植被覆盖度得到了极大提高,其中尤以黄河中游最为显著。以黄河中游6个典型植被恢复流域为研究对象,利用PML_V2模型和水文气象数据,验证了该模型模拟植被快速变化环境下的蒸散性能,并分析了2003—2018年间植被恢复工程背景下,黄河中游蒸散发（ET）及其组分（植被蒸腾Ec,截留蒸发Ei,土壤蒸发Es）的时空变化格局。结果表明：（1）对比流域水量平衡ET与PML模型结果,发现该模型在黄河中游具有较好的适用性（NSE >0.6）。（2）Ec对ET的分布格局起着主导作用,蒸散发及其组分的空间格局由夏季风作用下的植被空间分布所控制。Ec与ET的空间分布格局较为相似,Es与其相反。ET、Ec、Ei均呈显著增加趋势,Es则呈显著减小趋势,尤以流域中下游最为明显。（3）植被恢复背景下,黄河中游典型流域的蒸散发及其组分发生了明显的变化。相较于所在流域,流域中植被恢复区ET、Ec、Es、Ei分别偏高2.20%、5.86%、0.86%、7.44%,速率分别偏高-0.51 mm/a、0.55 mm/a、-1.11 mm/a、0.05 mm/a。     

高瓦斯孤岛工作面预抽钻孔封孔工艺优化研究

针对王坡煤矿高瓦斯孤岛工作面预抽钻孔封孔质量差、抽采效果不理想的问题,基于围岩裂隙演化钻孔封堵原理,采用数值模拟和现场指标测试相结合的方法对巷道围岩应力场分布进行分析,进而确定了3210孤岛工作面抽采钻孔的合理封孔段深度为距煤壁15 m,并考虑距煤壁3 m范围内煤体破碎严重的问题,将原“两堵一注”封孔工艺优化为“三堵一注”封孔工艺。针对两种封孔工艺开展了现场抽采钻孔封孔试验,在60 d的抽采监测期内,优化工艺试验钻孔的平均甲烷体积分数为47.19%,较原有封孔工艺的平均甲烷体积分数高15.90%。现场试验结果表明,数值模拟与钻屑指标测定法综合确定合理封孔深度是科学有效的,抽采钻孔的封孔质量得到明显改善,抽采效果显著提高。     

锰氧化物负载施氏矿物去除酸性矿山废水中As(III)的性能及机理

施氏矿物是天然的砷吸附剂,但其存在酸性条件下对As(III)吸附性能较弱且无法对As(III)氧化降毒的缺陷. 采用液相沉淀法成功制备出锰氧化物负载施氏矿物(MnO_x@Sch),研究锰负载量、初始pH值和共存离子对MnO_x@Sch去除As(III)的影响,并采用吸附动力学结合XPS、FTIR及TEM等表征探究该过程的机理. 结果表明:在初始pH=3、投加量为0.5 g·L^-1、As(III)初始浓度为1 mg·L^-1的条件下,As(III)与MnO_x@Sch反应后的剩余浓度仅为2.42~3.38 μg·L^-1.MnO_x@Sch去除As(III)受初始pH影响较小,H₂PO₄^-共存时As(III)去除存在明显的抑制作用. MnO_x@Sch 去除As(III)的过程符合准二级动力学方程和颗粒内扩散方程. 液相化学组分和固相产物表征分析显示MnO_x@Sch对As(III)的去除机理可概括为As(III)氧化、静电吸附和络合配位及配体交换. 研究结果可为施氏矿物及其改性材料应用于酸性矿山废水砷污染治理提供理论依据.     

安徽某铁矿排土场废矿石中产酸微生物群落

安徽某铁矿排土场是该铁矿主要的废矿石堆放地.这些露天堆放的废矿石经过长期的氧化,于20世纪70年代在排土场中央形成了一个大型酸水库.此外,在该酸水库周边还存在一些近年形成的小范围酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD).为研究该区域废矿石的产酸潜力及产酸微生物群落,采集了酸水库周边长期堆放的废矿石以及两处新形成AMD周边的废矿石样品共6个,分别为酸水库边1号位裸露1LL,新形成的AMD 5号位旁5J、5Y,6号位旁6-1、6-2和6-3.物化分析表明6个样品酸性均很强,样品1LL的pH最高,也仅为2.77,而其他5个样品的pH均在2.60以下.1LL的电导率为0.32m S·cm~(-1),5号和6号位样品的电导率则高达2.25~7.08 m S·cm~(-1),证明其中含有更高浓度的阴阳离子.1LL中Fe~(2+)的含量为0.80 mg·kg-1,而其它几个样品的含量则为2.91~33.40 mg·kg~(-1),证明1号的样品经过长期的风化,Fe~(2+)基本上已被氧化成Fe~(3+).16S rRNA基因高通量测序表明,5号位和6号位样品中的嗜酸菌主要属于γ-Proteobacteria、Firmicutes、Nitrospira.1号位样品中的嗜酸菌主要属于Actinobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi.5号位和6号位样品含有大量的铁硫氧化菌,如Sulfobacillus、Leptospirillum、Acidithiobacillus,证明其中发生着旺盛的产酸过程;而1号位样品1LL微生物群落相对复杂,但基本不存在铁硫氧化菌,原因可能是酸水库周边长期堆放样品中的铁和硫都已经氧化殆尽,基本上不再产酸.统计学分析结果表明,1号位样品1LL与另外5个样品微生物组成存在明显差异,说明不同物化条件对微生物群落结构有决定性影响.