日本城市有机废弃物甲烷发酵资源化系统案例分析及最新研究进展

为建设可持续发展社会,日本近年来大力推动甲烷发酵以实现城市有机废弃物的减量化和资源化。首先介绍了日本城市有机废弃物资源化的2个实用案例,长冈市厨余垃圾沼气发电中心和丰桥市生物质资源利用中心的设计和运营状况。两者的长期稳定运行及产能效果验证了甲烷发酵技术在城市有机废弃物减量化和资源化上的可行性。其次,为了应对社会发展趋势和城市有机废弃物处理的技术需求,介绍了日本有关厨余垃圾、污泥以及废纸（城市有机废弃物的3大组分）的单独发酵及共发酵的部分研究成果。此外,简要介绍了应用厌氧膜生物反应器（AnMBR）进行相关高效甲烷发酵的最新研究成果。并根据实用案例调查和实验研究结果,以100万人口城市为例,对城市有机废弃物的各种甲烷发酵系统的产能效果进行了模拟概算。     

附着在不同微塑料表面的藻类结构与群落组成

选取水环境中常见的4种微塑料介质（聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET））和一种自然介质（鹅卵石）进行野外生物膜的培养,以探究不同类型介质表面附着的生物膜的表观结构和藻类群落组成的差异特征.结果表明,鹅卵石与微塑料介质上的生物膜的形貌结构及藻类含量与组成特性均存在一定差异：在微塑料介质表面附着的藻类叶绿素a浓度普遍低于自然介质.实验进一步发现,不同的微塑料类型同样会对生物膜藻类含量以及功能特性存在一定影响：PET片上附着的藻类叶绿素a浓度最高（613.7μg/L）,PP片上最低（492.5μg/L）;然而,PP片上藻类的光合作用最大量子产量最高（0.443）.以上结论说明微塑料会改变附着藻类的生长情况和初级生产力,进而可能影响生物膜在水体中的碳循环过程,对水体净化及污染治理产生一定影响.     

基于最大熵模型的福建省红树林潜在适生区评估

本研究利用生物气候、地形、底质类型、海温等环境因子和红树林分布数据建立了福建省红树林分布模型,基于最大熵方法分析了福建省沿岸红树林潜在适生区的空间分布.根据模型输出结果对福建省红树林的生境适宜性进行了评估,识别了影响红树林分布的关键环境因子及其适生值区间,并通过空间叠加分析获取了福建省红树林保护与修复的优先区与空缺区域.结果表明,影响福建省红树林适生区分布格局的主要环境因子包括海表温度、气温和降水等,福建省红树林潜在适生区主要位于沙埕港-三沙湾-兴化湾沿岸、泉州湾-厦门湾-九龙江口沿岸、漳江口-东山湾沿岸等地,其中最优适生区面积约为91km².全省共识别出8处红树林保护与修复的优先区域,现存红树林保护率约为64.4%,保护修复空缺主要出现在沙埕港、三沙湾、罗源湾、福清湾等处,研究结论可为未来福建省红树林保护和修复行动提供科学参考.     

中国淡水生态系统甲烷排放基本特征及研究进展

本文基于中国境内的湖泊、水库、河流等淡水系统CH₄排放研究的相关成果,对203个湖泊（595个样点）、46个水库（221个样点）、112条河流（441个样点）,总计1257个样点的CH₄通量数据进行统计分析,探讨了中国淡水系统（湖泊、水库、河流）CH₄排放的一般特征,总结了当前研究进展,并进一步估算和评估了中国淡水系统CH₄排放总量水平.结果表明：1）中国湖泊CH₄排放通量平均为（1.17±1.87） mg/（m²·h）,蒙新湖区（（3.84±0.57） mg/（m²·h））和东北湖区（（2.62±3.54） mg/（m²·h））较高,青藏湖区（（1.94±4.13） mg/（m²·h））次之,东部湖区（（0.81±0.90） mg/（m²·h））较低,云贵湖区（（0.19±0.26） mg/（m²·h））最低;湖泊CH₄排放通量呈显著的纬度模式,高纬度地区湖泊CH₄排放高于低纬度地区;2）水库CH₄排放通量（（1.25±1.78） mg/（m²·h））与湖泊相似,水库消落带较高的排放通量（（4.34±4.45）mg/（m²·h））对水库CH₄排放具有重要贡献;3）河流CH₄排放（（0.82±1.14） mg/（m²·h））略低于湖库,长江水系CH₄排放通量（（0.98±2.38） mg/（m²·h））和黄河水系（（0.85±0.75） mg/（m²·h））相近,高于海河水系（（0.54±0.93） mg/（m²·h））,辽河、珠江水系研究较少,数据变异性极大;4）受降水、温度、径流稀释等影响,淡水系统CH₄排放呈显著的季节变化,其中湖库排放夏季高于秋季,冬春季较低,而河流则春秋季高于夏冬季;5）基于外推法估算全国湖泊、水库、河流CH₄排放总量分别约为0.96,0.29,0.76Tg/a,相当于全国湿地系统排放的75%.由于较大的时空变异性以及监测数据分布的不均匀性,目前估算存在较大的不确定性,但淡水系统CH₄排放在全球气候变化中的贡献仍不容小觑.     

游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化研究

短程硝化反硝化工艺为解决人工快渗(CRI)系统脱氮效率低的弊端提供了新思路,通过适宜的调控方法启动短程硝化是实现该工艺的关键。为此,考察了游离氯和湿干比对CRI系统内氮素污染物转化的影响,分析了不同阶段的菌群活性和结构特征,探究了游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化的可行性。结果表明,连续添加3 mg/L游离氯23 d后NO2--N积累率稳定在70%左右,亚硝酸氧化菌(NOB)的活性将受到严重抑制且难以在短期内恢复。此时调节湿干比为1∶5,NH_4~+-N平均去除率、NO_2~--N平均积累率分别升高至97.41%、94.80%,成功启动短程硝化。16S rRNA高通量测序结果表明,CRI系统内氨氧化菌(AOB)的主要类型为Nitrosomonas、Nitrosovibrio,NOB的主要类型为Nitrospira。CRI系统短程硝化启动成功后,AOB的相对丰度由启动前的4.21%增加到6.69%,而NOB的相对丰度由4.34%降低到0.17%。因此,游离氯联合湿干比调控能选择性抑制NOB活性和促进AOB增殖,可为CRI系统启动短程硝化提供一种可行的新方法。     

纤维增强气凝胶复合材料高温结构转变及热稳定性研究

目的研究高温受热条件下纳米复合隔热材料的结构转变特征及热稳定性。方法采用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪及热重仪等检测方法。结果纤维增强气凝胶材料从室温到650℃存在连续的质量损失,从室温到放热前,质量损失为1.66%;365℃开始出现放热,温度升至398℃时达到峰值,整个放热过程对应质量损失约为1.3%;从435℃放热结束开始到650℃的质量损失为1.46%。经过400℃热处理后,试样比表面积从268m~2/g增加到437m~2/g;当试样热处理温度达到600℃时,试样的比表面积明显随之降低至198m~2/g。结论 SiO_2气凝胶复合材料以无定形结构为主,存在少量的二氧化钛晶体。在400℃左右,SiO_2气凝胶结构中硅甲基Si—CH_3发生氧化,产生明显的放热峰,之后硅羟基Si—OH之间发生缩聚反应,使600℃热处理后气凝胶中Si—O—Si网络骨架强度有所提高。未处理的纤维增强气凝胶材料试样上气凝胶纳米颗粒构成的块体较为良好地包裹在玻璃纤维表面,而经过600℃的高温热处理1 h后,块体气凝胶脱离了光滑的纤维表面,气凝胶纳米粒子发生收缩,致使材料比表面积下降。     

黄河三角洲典型地区耕地土壤养分空间预测

掌握土壤养分的分布特点是实现养分优化管理的重要基础。论文选择黄河三角洲典型地区山东省垦利县为研究区,通过田间采样与实验室化验分析获取了1 278个样本（0~20 cm）的土壤碱解氮、有效磷、速效钾数据。在经典统计分析的基础上,用地统计学方法分析了土壤养分的空间变异特征,并拟合了养分的变异函数模型。利用普通克里格法（OK）、反距离权重法（IDW）、泛克里格法（UK）、径向基函数法（RBF）和局部多项式法（LP）5种方法进行空间插值,并采用独立数据集验证对插值结果进行精度评价,进而分析了各养分空间分布规律。为深入探索各方法的适用性规律,基于AN数据设计了离散、随机、聚集3种空间分布模式的数据,利用各模型的自动优化进行试验,对比分析了不同插值方法在土壤养分空间预测中的自适应性。结果表明：1）研究区碱解氮、有效磷、速效钾均为中等强度的空间变异和中等程度的空间自相关,其变异函数模型分别为球状模型、指数模型和球状模型,决定系数依次为0.951、0.892和0.787;2）在空间分布上,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与地形和土地利用类型等有关,西南部地势较高,以水浇地和旱田为主,东北部沿黄农田受黄河淡水影响,耕地质量较好,而中部地区地势低平,以水田为主,养分含量偏低;3）相对于块金系数/基台值,Moran’s I是更为稳健有效的衡量土壤养分空间自相关性的方法;4）论文认为,空间分布模式、样本量、空间自相关性和空间聚集程度（最近邻比）均影响插值精度。在离散模式下,各方法自适应性均较差;在随机模式下,IDW与RBF自适应性优于OK和LP;在聚集模式下,各方法自适应性与样本量和空间自相关性有关,直至样本足够多时,4种插值方法精度接近。论文探明了研究区主要土壤养分的最佳插值预测方法,分析了土壤养分的变异特征和空间分布规律,为黄河三角洲典型地区耕地土壤养分利用管理和农业可持续发展提供了理论依据。     

气候变化和人类活动对武江流域年径流及最大日流量影响的定量分析

针对气候变化与人类活动对流域年径流及最大日流量变化影响的定量识别问题,以华南湿润区武江流域为例,分别采用HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）模型和敏感性系数法,从日和年尺度定量模拟和评估气候变化与人类活动对流域年最大日流量和径流变化的影响过程及贡献率。结果表明：HIMS模型在武江流域适用性良好,日尺度模型率定期和验证期的纳西效率系数分别为0.85和0.77,水量平衡误差绝对值分别为3.1%和3.3%;两种方法均表明气候变化是引起流域年径流量增加的主要因素,人类活动导致了流域径流量的减少,但贡献率较小。气候变化与人类活动导致了流域年最大日流量的增加,气候变化对年最大日流量增加的贡献率为94%,而人类活动的贡献率则为6%。相较于年均径流量,气候变化对年最大日流量的影响更为显著。     

牛粪-化肥配施对水稻田氮磷迁移转化的影响

在控制外源N输入量相同的前提下,通过田间小区实验,探讨有机肥与化肥不同施用量（牛粪施用量：5,10,20t/hm²）对稻田田间土-水界面氮磷迁移转化特征的影响.结果表明：控制稻田水中NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和TP输出的最佳时期分别为施肥后的第5,30,7,20d,且TN和TP浓度随时间变化符合单指数衰减方程（0.7444≤R²≤0.9724;1.1×10^-6≤F≤0.0055）.采用牛粪部分代替化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田退水中TN、TP输出负荷（41.8%、36.0%、64.3%;20.3%、39.1%、48.9%）,还可以降低稻田水中N/P,降低水体富营养化风险.同时,牛粪的施用可提高土壤中脲酶和磷酸酶的含量,促进氮磷向植物可吸收形态转化.综合经济成本和生态效益核算,采用10t有机肥代替无机肥的处理是相对经济环保的施肥方法,该施肥方式下,氮磷年输出负荷分别为17.70,1.26kg/hm².     

基于SADA的最小(大)化超标区布点方法在环境监测中的应用

二次布点是在已有监测数据基础上增加监测点进行监测,决策者常常需要通过结合二次布点和原有监测数据,使插值估算的浓度超标区域最大化或最小化。较详细地介绍了SADA软件最大(小)化超标区域布点法,结合沈阳市区PM10超标区域研究为实例,验证了该方法的显著效果并与随即布点法进行了分析比较。