陆地生态系统碳水通量特征研究进展

CO₂/H₂O通量特征对于揭示微尺度生态系统的区域碳循环规律及机制具有重要意义。陆地生态系统作为全球生态系统重要组成部分,其CO₂/H₂O通量变化深刻影响着全球碳循环和水循环平衡。本文综述了碳通量、水汽通量的研究方法,归纳了各类研究方法的研究进展,评述了各类方法的优势与不足。总结了我国包括森林、草地、农田、荒漠等不同陆地生态系统碳通量和水汽通量的最新研究进展,对碳通量和水汽通量的影响环境因子进行了总结分析,最后从模拟尺度以及影响因子角度,分析了目前碳水通量研究存在的问题难点及未来发展趋势。     

Diel and seasonal variation of methane and carbon dioxide fluxes at Site Guojiaba, the Three Gorges Reservoir

In order to investigate the CH4 and CO2 fluxes across the water-gas interface and identify their controlling factors, four diel field campaigns and one monthly sampling campaign during June 2010-May 2011 were carried out at a site near the Three Gorges Dam, China. The averaged CH4 and CO2 fluxes across the air-water interface from the site were much less than those reported from reservoirs in tropic and temperate regions, and from the natural river channels of the Yangtze River. CH4 Fluxes at the site were very low compared to most other reservoirs or natural lakes. One of the most important reasons may be due to the oxidation of CH4 in the water column owing to the great water depth and high DO in water in the Three Gorges Reservoir. The averaged monthly CH4 and CO2 fluxes at the site during the observation year were 0.05 mg/（m^2·hr） and 104.43 mg/（m^2·hr） respectively with the maximum occurred in July 2010. The monthly CO2 fluxes during the observation year were positively correlated to the surface water temperature, and negatively correlated to the air pressure and the surface water pH. The CO2 flux showed a positive correlation with DOC to some extent, although not significantly, which indicated that allochthonous organic C was a major source of CO2 and biogeochemical processes in this reservoir were C-limited. The significantly positive correlation between the reservoir outflow and the seasonal gas flux indicate the disturbance condition of the water body dominated the seasonal gas emission.     

香溪河秋季水-气界面温室气体通量日变化观测及影响因素分析

采用通量箱-气相色谱法对三峡水库香溪河库湾秋季水-气界面温室气体(CO2、CH4、N2O)交换通量进行了连续24 h昼夜观测.结果表明,水-气界面CO2、CH4、N2O的释放通量具有明显的日变化特征:水体除去下午17:00及凌晨05:00吸收CH4外,其余时刻均向外界大气排放CH4,且在凌晨01:00达到排放高峰.CO2和N2O通量的变化规律一致,两者全天均表现为向大气释放;且CO2和N2O通量的昼夜差异较大.CO2白天释放通量范围在20.1～97.5 mg.(m2.h)-1之间,夜间释放通量范围在32.7～42.5 mg.(m2.h)-1之间.N2O白天释放通量范围在18.4～133.7μg.(m2.h)-1之间,夜间释放通量范围在42.1～102.6μg.(m2.h)-1之间.通过相关性分析,秋季香溪河水-气界面CO2交换通量与风速呈显著正相关,与pH值显著负相关,与Chl-a有一定相关性;CH4交换通量与气压有一定的相关性;N2O交换通量与pH值显著正相关.     

重力出流式膜生物反应器的膜通量及膜污染控制研究

采用新型的重力出流式膜生物反应器(MBR)处理生活污水和垃圾渗滤液,考察了其在长期运行过程中膜通量的变化规律及其影响因素.结果表明,该MBR能够在较低液位水头(8.5～15.0 kPa)的作用下连续出水,并获得较高的膜通量.处理生活污水时,平均膜通量为11.2 L·(m²·h)^-1;处理垃圾渗滤液时,平均膜通量为6.4 L·(m²·h)^-1.研究发现,污泥浓度对膜通量影响大小与曝气强度有关.当曝气强度小于400 m³·(m²·h)^-1时,膜通量随着污泥浓度的升高显著下降;当曝气强度大于400 m³·(m²·h)^-1时,膜通量几乎不受污泥浓度和曝气强度的影响.对膜的化学清洗试验表明,NaOH+NaClO溶液清洗效果最佳,膜通量可恢复至初始通量的85%以上.进一步研究表明,混合液中高浓度的溶解性胞外聚合物是MBR处理垃圾渗滤液时膜通量较低的主要原因.     

长江溶存氧化亚氮的分布与释放

于2008年1月对长江宜昌到徐六泾段干流以及部分湖泊和支流入江口进行了调查,并于2007年6月到2008年5月对长江徐六泾进行了逐月调查,采样测定了长江溶存N2O的浓度并选择合适的模型估算了其释放通量.结果表明,2008年1月长江表层河水中N2O的平均浓度为(22.0±3.5)nmo·lL-1,均处于过饱和状态,平均饱和度为180%±33%,长江向大气释放N2O通量平均为(13.7±14.6)μmol·m-·2d-1.冬季长江溶存N2O的分布规律为下游溶存N2O浓度高于中游,支流及湖泊高于干流.长江徐六泾段河水中N2O全年平均浓度为(19.4±7.3)nmol·L-1,呈现明显季节变化特征.长江徐六泾段河水中N2O平均释放通量为(43.9±24.9)μmol·m-2·d-1,夏季最高可达80.7μmol·m-·2d-1.初步估算出长江每年向大气释放N2O-N的量为12.0Gg·a-1,约占整个中国N2O排放量的1.1%.而长江输入东、黄海N2O-N的年通量为0.5Gg·a-1,对长江口及其邻近海域N2O分布及氮的生物地球化学循环有重要影响.     

近18年长江干流水质和污染物通量变化趋势分析

长江是我国第一大河,2000年以来长江流域水环境形势发生了巨大变化,长江水质现状及其变化和原因备受关注.采用水质、水量、污染物通量、污染负荷等多要素综合分析方法,研究了近18年长江干流水质和污染物通量的时空分布、变化趋势及原因.结果表明:①宜宾以下长江干流总磷浓度高于金沙江;从源区至入海口,长江干流氨氮浓度总体呈沿程上升趋势.②2011—2013年是长江干流水质重要转折期.2003—2010年,长江下游江段氨氮浓度总体呈明显上升趋势,2013—2018年大幅下降,下降约65%;2012—2018年,长江干流大部分江段总磷浓度呈明显下降趋势,其中上游下降最大,为45%~60%;2003—2018年,长江干流高锰酸盐指数、重金属和石油类污染均明显减轻.③2000年以来,长江水量未有明显增大或减小趋势,但输沙量大幅下降.总磷年通量与年径流量密切相关,年内丰水期总磷通量较高.2001—2006年宜昌断面、汉口37码头断面氨氮年通量大幅下降;2013—2018年,大通断面氨氮年通量呈明显下降趋势.④2018年,大通断面总磷、氨氮年通量分别约为9.37×104和21.47×104 t.总磷汇入量中游强于下游,氨氮汇入量下游强于中游.上游向下游磷的输送由21世纪初以颗粒态为主转变为2017—2018年以溶解态为主.⑤长江下游江段氨氮浓度和大通断面氨氮年通量的显著下降,以及长江整体石油类超标率大幅下降均主要归因于水污染防治;长江干流大部分江段总磷的明显下降主要归因于随泥沙汇入水体磷的减少,以及长江流域水污染防治.研究显示,近18年来长江干流污染物浓度、时空特征、输送形态发生了巨大变化.      

控制稻田甲烷排放的农业管理措施研究

１９９０～１９９２年连续３ａ,对北京和南京具有代表性稻田进行了甲烷排放通量测定。结果表明,甲烷排放日变化规律受土壤理化性质、农业管理措施、气候变化等影响而变化,在下午１５:００～１８:００出现高峰值￣(１－６),甲烷排放季节变化规律在分蘖期和孕穗期两次出现高峰。采取不同的农业管理措施对稻田甲烷排放的影响显著:间歇灌溉对烤田后的稻田能降低甲烷排放又可增加水稻产量;南方地区垅作栽培有利于减少冬水田甲烷排放,北方地区旱种可减少甲烷排放;有机肥能促进甲烷排放,稻田分蘖期和孕穗期施用硫酸铵和尿素能抑制甲烷排放。      

西北地区戈壁和绿洲风蚀起沙(尘)的研究

利用敦煌地区戈壁和绿洲的观测资料,分析了两种地表下春季的风蚀起沙(尘)情况.研究表明,在自然状态下,由于地表土壤的粒子尺度分布特征、植被覆盖度及地表土壤水分含量等下垫面特征不同,绿洲地表风蚀起沙的临界摩擦速度要大于戈壁地表,其垂直尘粒通量(风蚀起沙率)比戈壁地表小将近一个数量级;但考虑人为的翻耕作用时,绿洲地表风蚀起沙的临界摩擦速度可能会减小一半以上,其垂直尘粒通量也将增加大约一个数量级,甚至比戈壁地表还要大.     

增压风机入口烟道磨损优化分析

冲刷磨损是目前工业系统运行的主要问题之一。本文通过对电厂增压风机前的一段双入口烟道进行了CFD分析,通过增加导流板来减小系统的压力不平衡性,改善颗粒对烟道的磨损,考察了不同粒径的灰分颗粒对烟道和导流板磨损趋势,为实际工程中的防磨措施制定提供参考。     

Effect of coagulation pretreatment on the fouling of ultrafiltration membrane

The purpose of this study is to understand the effect and mechanism of preventing membrane fouling, by coagulation pretreatment, in terms of fractional component and molecular weight of natural organic matter （NOM）. A relatively higher molecular weight （MW） of hydrophobic compounds was responsible for a rapid decline in the ultrafiltration flux. Coagulation could effectively remove the hydrophobic organics, resulting in the increase of flux. It was found that a lower MW of neutral hydrophilic compounds, which could remove inadequately by coagulation, was responsible for the slow declining flux. The fluxes in the filtration of coagulated water and supernatant water were compared and the results showed that a lower MW of neutral hydrophilic compounds remained in the supernatant water after coagulation could be rejected by a membrane, resulting in fouling. It was also found that the coagulated flocs could absorb neutral hydrophilic compounds effectively. Therefore, with the coagulated flocs formed on the membrane surface, the flux decline could be improved.