污泥基生物炭结构的共焦显微拉曼技术应用

采用共焦显微拉曼光谱仪探索不同热解温度(500~900)℃条件下所制备的污泥基生物炭结构变化的表征方法.结果表明,拉曼信号的荧光干扰与生物炭的理化特性有较强的相关性.随着热解温度升高,拉曼漂移系数减小,这与污泥基生物炭挥发分含量、H/C和O/C比变化趋势一致.其中,漂移系数与挥发分含量和H/C的相关性指数分别是0.97和0.94,其变化规律可用来准确评估生物炭挥发分含量和H/C的变化.同时,生物炭在拉曼光谱中的特征峰强度比D/G随着热解温度升高而增强,代表了污泥基生物炭无序化程度增加的过程.谷区域(V)与D峰强度比IV/ID随热解温度升高而减小,表明具有缺陷的稠合芳环结构的比例增加;另外,经分峰拟合后得到的ID1/IG1变化较小,而ID2/IG2呈增加趋势,证实了小分子侧链基团断裂形成的化合物部分沉积在炭表面,形成缺陷和非晶结构;IG1/IG2随着热解温度升高而减小,表明了炭基材料键角有序与无序比随着热解温度的升高而降低.因此,拉曼光谱可用于表征污泥基生物炭的微观结构变化,反映其结构演变规律.     

中原城市群区域碳储量的时空变化和预测研究

为了有效评估中原城市群碳储量,运用灰色预测模型获取动态碳密度数据,结合Dyna-CLUE模型和InVEST模型,动态评估2005~2030年土地利用变化下不同情景的碳储量演变特征,以及城市发展对碳储量的影响.结果表明,2005~2020年中原城市群碳储量分别为1689.59×10⁶t、2035.36×10⁶t、2066.34×10⁶t和2093.05×10⁶t,呈现持续增加趋势;2030年经济发展情景、生态保护情景和经济生态协调发展情景下碳储量分别为2162.45×10⁶t、2179.39×10⁶t和2174.28×10⁶t,经济发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.碳储量变化与土地利用面积变化密切相关,主要表现为耕地面积的下降导致其碳储量减少约250×10⁶t,林地面积的扩张导致其碳储量增加约103.4×10⁶t,建设用地的扩张导致其碳储量增加约87.77×10⁶t;耕地和草地面积与总碳储量呈较弱的负相关关系,林地、水域、建设用地和未利用地面积与总碳储量呈较强的正相关关系.2005~2030年中原城市群30个城市的碳储量分别为11.38×10⁶t~214.24×10⁶t,碳储量的变化反映出城市土地碳排放在2030年之前已经达到峰值,且经济生态协调发展情景可能更适合未来城市发展的目标.     

不同氧化还原条件下土壤中Cd/Zn/Cu共运移特征及数值模拟

以重金属离子镉（Cd）、锌（Zn）、铜（Cu）为研究对象,通过室内土柱混合置换实验和数值模拟方法,分析了5种不同氧化还原电位（E_h）对Cd、Zn、Cu在土壤中运移的影响.结果表明,不同E_h下,Cu的竞争吸附能力均大于Cd和Zn,移动性较小;并产生了“滚雪球效应”,导致出流液中Cd和Zn的浓度大于输入浓度.与原土相比,E_h的增加或降低均促进了Zn、Cd的迁移速率,但对实验周期内回收率的影响不同;E_h的增加促进了Cu的迁移.两点非平衡模型（TSM）和单点非平衡吸附模型（OSM）较好地模拟了重金属的迁移,且进一步表明了土壤对重金属的吸附受吸附反应速率的限制（f<0.7）.在复合污染土壤评价和防治中,不仅要考虑E_h的影响,还要关注由竞争吸附所产生的浓度叠加效应,避免低估重金属的污染风险.     

纳米零价铁耦合黏土修复污染土壤的研究进展

黏土负载型nZVI具有低成本、易制备、环境相容性好、综合性能优越的特点.本文在归纳nZVI改性策略的基础上,比较了黏土种类对nZVI形貌和性能的影响,提出了理想黏土载体的优选顺序,分析了复合材料的铁含量、比表面积、nZVI尺寸等与去除性能之间的关系,对nZVI耦合黏土在修复土壤重金属、卤代有机物、硝酸盐、新型污染物等方面的研究进行了总结,并概述了nZVI技术在土壤修复中的负面效应,最后对nZVI耦合黏土修复污染土壤的未来方向进行了展望.     

天山北坡经济带土壤重金属来源及污染评价

为定量识别与评价天山北坡经济带中奇台、吉木萨尔、阜康等地区土壤重金属来源与生态风险,对该区域171个表层土壤中Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As和Cd7种常见重金属的含量进行测定.运用统计学方法、主成分分析、正定矩阵因子分解（PMF）与潜在生态风险指数进行重金属污染程度评价以及来源分析.结果表明,研究区土壤Zn、Cu与Cr之外,Pb、Hg、As和Cd分别超过了新疆土壤背景值4.1、2.0、8.0和48.0倍;与国家土壤重金属风险筛选值相比,Zn、Cr和Hg浓度在安全范围内,Cu与Pb有少部分样点污染较严重,超出筛选值,As与Cd平均值分别超出筛选值的3.09倍与19.17倍.污染来源分析结果显示研究区土壤中的重金属元素主要来自于燃煤源、交通运输、大气降尘、农工业排放和自然因素.生态风险评价结果分析表明,Zn、Cu、Cr和Pb处于轻微风险状态;Cd处于极高风险水平;73.68%的Hg处于中等风险,18.71%处于高风险;43.86%的As生态风险处于中等风险,51.46%处于高风险.综合潜在生态指数介于472~2575.69,Cd对综合潜在生态指数贡献率达到了89.24%,其次是As与Hg,表明研究区Cd对土壤生态环境危害很大,As与Hg也需要特别引起重视.     

Grazing greatly reduces the temporal stability of soil cellulolytic fungal community in a steppe on the Tibetan Plateau

Excessive livestock grazing degrades grasslands ecosystem stability and sustainability by reducing soil organic matter and plant productivity. However, the effects of grazing on soil cellulolytic fungi, an important indicator of the degradation process for soil organic matter, remain less well understood. Using T-RFLP and sequencing methods, we investigated the effects of grazing on the temporal changes of cellulolytic fungal abundance and community structure in dry steppe soils during the growing months from May to September, on the Tibetan Plateau using T-RFLP and sequencing methods. The results demonstrated that the abundance of soil cellulolytic fungi under grazing treatment changed significantly from month to month, and was positively correlated with dissolved organic carbon (DOC) and soil temperature, but negatively correlated with soil pH. Contrastingly, cellulolytic fungal abundance did not change within the fencing treatment (ungrazed conditions). Cellulolytic fungal community structure changed significantly in the growing months in grazed soils, but did not change in fenced soils. Grazing played a key role in determining the community structure of soil cellulolytic fungi by explaining 8.1% of the variation, while pH and DOC explained 4.1% and 4.0%, respectively. Phylogenetically, the cellulolytic fungi were primarily affiliated with Ascomycota (69.65% in relative abundance) and Basidiomycota (30.35%). Therefore, grazing substantially reduced the stability of soil cellulolytic fungal abundance and community structure, as compared with the fencing treatment. Our finding provides a new insight into the responses of organic matter-decomposing microbes for grassland managements.     

我国冶炼厂周边土壤重金属污染现状与风险评价

有色金属冶炼是土壤严重污染的主要原因之一,对土壤生态及人体健康产生了潜在的不利影响。为研究我国各冶炼场地土壤重金属污染现状,通过查阅国内外相关文献（2001—2021）,收集国内各个地区冶炼场地的最新污染数据,运用内梅罗综合污染指数,地质累积指数法及人体健康风险评价,对我国冶炼厂土壤重金属（Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As、Ni）的污染现状进行了综合评价。结果表明：除Cr外,冶炼厂周边土壤中其余重金属的总平均浓度均超过相应的风险筛选值,其中Cd和Pb的超标倍数为109.29、20.43,严重超标且污染严重地区主要分布在福建、广西、贵州、湖南等省区。健康风险评价结果表明：Pb与As均对儿童具有较高的致癌和非致癌风险,且南方大部分地区和辽宁省的健康风险高于北部和西北部,应当引起重视。     

黄土残塬区不同种植类型下耕地土壤肥力与经济效益耦合关系研究

塬地农田作为黄土高原地区发展种植业的最佳区域,近年来由于人类对农业种植类型的不合理选择,使得该区域土壤保肥持水的水平降低,且已对作物生长及农业经济发展产生严重威胁,故本文旨在研究该区域不同种植类型下耕地土壤肥力和经济效益耦合关系,从而选取合适的种植类型。本研究选取晋西南塬地4种典型样地类型（玉米、棉花、马铃薯、荒地）为研究对象,对2019年、2020年全生育期（3—10月）土壤肥力及产值产量进行测定,基于实验数据采用耦合协调度模型综合分析各作物种植下肥力、经济效益状况及耦合协调度。结果表明：（1）不同种植类型下土壤肥力有显著差异,其中马铃薯种植下土壤肥力最高;（2）不同生育期土壤肥力变化有异,除土壤含水量外各肥力指标在快速发育期含量最高而生长中期显著降低,土壤含水量在快速发育期含量最低;（3）各土壤肥力指标含量在20—40 cm土层较高,土壤含水量在0—20 cm土层含量较低;（4）各种植类型下经济效益排序为棉花＞马铃薯＞玉米＞荒地,其中棉花经济效益分别为马铃薯、玉米和荒地的1.17倍、1.36倍和3.40倍;（5）马铃薯种植下耦合协调度最高,棉花和玉米次之,荒地最低。综上,马铃薯种植对肥力改善具有重要意义,而以经济创收为目的的优势种植类型为棉花。农业的可持续发展要求经济创收和地力保护相协调,本研究表明马铃薯为晋西南黄土残塬区兼顾经济增长和农业环境保护的最佳种植类型,应积极推广种植。以上各作物类型种植下在快速发育期应及时灌溉以减小水分对肥力改善和作物产量的限制。该研究对黄土残塬区耕地种植类型的合理选择、科学施灌及促进农业可持续发展等具有重要意义。     

侵彻引信用磁电传感器的输出特性仿真分析

目的 解决侵彻引信用磁电传感器在不同侵彻环境下输出特性难以预知的问题,掌握不同结构参数对传感器输出的影响。方法 基于一种新型磁电传感器的结构原理,提出一种联合仿真研究方法,研究过程分为2部分,一部分是利用ADAMS软件进行磁电传感器惯性系统的力学特性仿真,另一部分是利用COMSOL软件进行传感器机电转换元件的磁电特性仿真,仿真模型的输入是战斗部在穿靶过程中的过载信息。通过磁电传感器在多次冲击加载试验中获取的实测数据,对仿真模型的仿真结果进行验证。改变仿真模型的相关参数,模拟并分析传感器结构对仿真输出特性的影响。结果 仿真穿靶时间的平均绝对误差约为138 μs,穿靶时刻仿真电压值的平均相对误差约为5.9%。在给定力学环境的前提下,侵彻引信用磁电传感器中的线圈与磁铁的相对高度会影响输出信号的正负、幅值以及波峰出现的时间,线圈匝数、线圈与磁铁之间的间隔仅对信号的幅值产生影响。结论 仿真误差在可控范围内,验证了联合仿真模型的正确性与该研究方法的可行性。该仿真模型可以为侵彻引信用磁电传感器的设计提供指导,并为后续进一步验证侵彻引信起爆控制系统的性能工作提供了新的思路。     

多尺度分割与特征优选下的盐碱地提取

土地盐渍化作为一种土壤灾害,严重制约着社会经济与农业的发展。对盐碱地进行实时监测,可为盐碱地的评价改良提供科学依据。由于盐碱地的信息复杂、提取精度不高,因此本文以高分六号（GF-6）卫星遥感影像为数据源,采用分形网络演化算法（fractal net evolution approach,FNEA）进行影像对象的多尺度分割,从面向对象的角度减少高分影像分类结果中的椒盐噪声问题,通过计算图像对象的局部方差和变化率来确定适宜的盐碱地分割尺度。利用基于特征选择的相关性算法（correlations-based feature selection,CFS）与Relief F算法分别对由光谱、纹理、形状、遥感指数构成的初始特征空间进行特征优选,精简特征子集,解决特征数量冗余问题,以此来优化随机森林对盐碱地提取精度。结果表明：CFS约简后的特征子集更小,精度更高,说明在盐碱地提取过程中,筛选特征数目能够减小冗余数据对提取精度的影响。CFS优化后的随机森林对盐碱地的提取效果较好,该方法总体分类精度达到83.7%。