人类活动净氮输入时空变化特征及其影响因素——以香溪河流域为例

为了阐明人类活动对三峡库区第一大支流香溪河流域氮输入的影响程度,基于人类活动净氮输入（NANI）模型估算了2001~2015年间香溪河流域乡镇水平的人类活动净氮输入,分析了氮输入的主要来源及其动态变化.结果表明：时间尺度上,香溪河流域人类活动净氮输入（NANI）因氮素施用的变化而呈现先上升后下降最后上升的趋势,但2015年相对2001年的NANI下降了143kg N/（km²·a）;空间尺度上,香溪河流域NANI整体呈现北低南高的分布格局,其中NANI输入强度差异较大的区域主要有昭君镇、峡口镇和黄粮镇.从人类活动净氮输入的组成上来看,氮肥施用仍然是最主要的来源（40.06%）,其次为大气氮沉降（29.98%）和食品/饲料净氮输入（27.75%）,作物固氮仅占净氮输入总量的2.21%.香溪河流域的NANI与人口密度和耕地面积比例极显著相关（P<0.001）;而NANI与河流氮输出的相关性不显著,香溪河流域河流氮输出占NANI的比例仅为24.28%.因此,可以通过减少氮素施用降低流域尺度氮素净输入量,但该流域NANI与河流氮输出无直接的响应关系.     

Pilot-scale experiments on multilevel contact oxidation treatment of poultry farm wastewater using saran lock carriers under different operation model

A pilot-scale multilevel contact oxidation reactors system, coupled with saran lock carriers,was applied for the treatment of poultry farm wastewater. The removal efficiencies of CODcr, ammonia, and the total nitrogen as well as the elimination performance of CODcr and total nitrogen along the three-level contact oxidation tanks under six designed operational models were investigated. Based on the performance of the nitrogen removal of the saran lock carriers and the distribution of anoxic–aerobic interspace under the suitable operation model, the mechanism of nitrogen removal of the system was also explored. The results revealed that the intermittent aeration under parallel model is the most suitable operation model, while the removal efficiencies of CODcr, ammonia, and the total nitrogen were 86.86%, 84.04%, and 80.96%, respectively. The effluent concentration of CODcr,ammonia, and the total nitrogen were 55.6 mg/L, 8.3 mg/L, and 12.0 mg/L, which satisfy both the discharge standard of pollutants for livestock and poultry breeding industry(GB18596–2001) and the first grade of the integrated wastewater discharge standard(GB 8978–1996). Moreover, the mechanism for the nitrogen removal should be attributed to the plenty of anoxic–aerobic interspaces of the biofilm and the three-dimensional spiral structure of the saran lock carriers, where the oxygen-deficient distribution was suitable for the happening of the simultaneous nitrification and denitrification process. Therefore, the multilevel contact oxidation tanks system is an effective pathway for the treatment of the poultry farm wastewater on the strength of a suitable operation model and novel carriers.     

颗粒物分界层Mie散射激光雷达识别的sigmoid算法

基于成都市2013年6月~2015年5月期间由Mie散射激光雷达探测的大气消光系数廓线资料,发现混合层以上在颗粒物消光和分子消光之间一致存在一个S型的过渡区,利用sigmoid函数对此分布形态进行模拟,通过计算该函数上下曲率最大点所在的高度,据此提出了颗粒物分界层Mie散射激光雷达识别的sigmoid算法.针对该算法模拟效果的分析表明,颗粒物分界层过渡区附近大气消光系数理论廓线和实测廓线保持了高度的相关性,二者在春夏秋冬四季的相关系数（R）分别为0.9971±0.0052、0.9935±0.0167、0.9979±0.0038和0.9990±0.0021（均通过α=0.05的显著性检验）.基于sigmoid算法计算的颗粒物分界层过渡区与成都市温江站探空资料得到的逆温层之间存在很好的对应关系.     

土地承载力研究范式的变迁、分化及其综论

基于Kuhn范式理论,将现有土地承载力研究成果显化、梳理为4种主要研究范式,即基于限制因子的研究范式、基于多因素综合的研究范式、基于参照区的研究范式、基于生态足迹的研究范式。以范式应用的时代背景、空间尺度为着眼点,对各类范式进行综合比较,结果显示：基于限制因子的土地承载力研究范式起源最早、发展最为成熟,基于多因素综合、基于参照区、基于生态足迹的3种研究范式,均是以前者为基础,按照不同的方向分化而成;范式分化的原因在于时空条件的变化所引致的亟需解释、解决的现实问题的变化。范式本身并无优劣之分,但有其独特的适应性：基于限制因子、基于生态足迹的两种研究范式适用于全球及国家等大尺度土地承载力问题,且发展较为成熟,其成果具有较强的理论和实践指导意义;基于多因素综合及基于参照区的两种研究范式适用于市县等中小尺度,但其研究较为薄弱,所得的承载力分值、承载力相对值对区域土地管理实践的指导价值有限。当前,市县等中小尺度土地承载力研究亟需加强,其指导实践的有效性与可操作性亟待大幅度提高。     

腐殖质胶结团聚体对苯酚的富集特征

为探讨不同腐殖质组分团聚体对苯酚富集能力的影响,应用国际腐殖酸协会（IHSS）推荐方法提取腐殖质,以Ca2+、Al3+、Fe3+为桥键离子,制备了高岭石、蒙脱石不同腐殖质组分团聚体,采用平衡吸附法研究了不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集特征.结果表明:高岭石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的饱和吸附量（Q_m）大小依次为FA（富里酸）团聚体[（254.11±5.35）mg/kg] > HA（胡敏酸）团聚体[（186.14±1.61）mg/kg] > HM（胡敏素）团聚体[（120.61±1.67）mg/kg];蒙脱石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的饱和吸附量大小依次为FA团聚体[（418.72±19.14）mg/kg）] > HA团聚体[（290.00±13.06）mg/kg）] > HM团聚体[（160.46±4.92）mg/kg）];高岭石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集系数（ER）大小依次为FA团聚体（2.03±0.07）> HA团聚体（1.91±0.04）> HM团聚体（1.85±0.04）;蒙脱石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集系数大小依次为FA团聚体（2.50±0.10）> HA团聚体（2.45±0.11）> HM团聚体（1.36±0.04）.研究显示,FA团聚体对苯酚的饱和吸附量和富集系数较大,对苯酚的吸附（富集）作用较强,HM团聚体对苯酚的饱和吸附量和富集系数较小,对苯酚的吸附（富集）作用较弱.不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集能力大小表现为FA团聚体> HA团聚体> HM团聚体.因此,FA团聚体可作为控制受苯酚污染场地土壤的首选修复剂.      

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from different soil fractions by persulfate oxidation

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from different soil fractions of contaminated soil was investigated by using activated persulfate oxidation remediation in our research. The results showed that the light fraction, which accounted for only 10% of the soil, contained 30% of the PAHs at a concentration of 4352?mg/kg. The heavy fraction contained more high-molecular-weight PAHs, and the total PAH concentration was 625?mg/kg. After being oxidized, the removal rate of PAHs was 39% in the light fraction and nearly 90% in the heavy fraction. Among the different fractions of the heavy fraction, humic acid contained the highest concentration of PAHs, and consequently, the highest removal efficiency of PAHs was also in humic acid. Compared with the light fraction, the heavy fraction has more aromatic compounds and those compounds were broken down during the oxidation process, which may be the removal mechanism involved in the oxidation of high-ring PAHs. Similarly, the enhancement of C = C bonds after oxidation can also explain the poor removal of high-ring PAHs in the light fraction. These results imply that different fractions of soil vary in composition and structure, leading to differences in the distribution and oxidation efficiencies of PAHs.     

生物炭对三氯生的吸附热动力学研究

以玉米秸秆、皇竹草和花生壳为原料制备成玉米秸秆生物炭(BCcs)、皇竹草生物炭(BCn)、花生壳生物炭(BCps),采用CEC、等电点滴定,表面官能团分析,元素分析、FT-IR、扫描电镜等方法对3种生物炭进行表征,采用单因素静态吸附实验方法考察了生物炭吸附三氯生的主要影响因素.结果表明:CEC和表面官能团数量排序为BCcsBCnBCps,BCcs极性和亲水性更强,孔结构发育更加完善,其次是BCn,BCps的极性和亲水性最弱,孔隙极少.3种生物炭对三氯生的吸附去除率均随着三氯生初始浓度的升高而升高,随着温度的升高而降低,酸性更有利于吸附实验的进行.低离子强度有利于BCcs和BCn吸附三氯生,BCps则相反.在10、25、40℃3种温度下,3种生物炭对三氯生的吸附均更符合准二级反应动力学,Freundilich等温方程和Langmuir等温方程都能描述这3种生物炭对三氯生的吸附行为,吸附反应属于自发、放热反应.吸附机制主要为物理吸附,生物炭与三氯生之间无化学键、配位基交换等强作用力.     

自然生境中厌氧氨氧化功能微生物生态学研究进展

自然生境中发生的厌氧氨氧化过程是继反硝化和好氧氨氧化后的又一条氮损失途径,对全球生态系统氮循环具有重要意义,但不同自然生态系统中存在不同种类的厌氧氨氧化微生物.通过阐述厌氧氨氧化反应发生的生理机制,并对不同自然环境中发现的厌氧氨氧化功能微生物进行梳理,分析了厌氧氨氧化菌分布的空间异质性成因.结果表明,适量的无机氮可以促进厌氧氨氧化的发生,有机碳含量低和低氧条件更有利于厌氧氨氧化菌的生存且厌氧氨氧化的活性较高,这与厌氧氨氧化菌的化能自养代谢途径有着紧密的联系,低养分条件下反硝化菌的活性受到短暂抑制,促进了厌氧氨氧化的发生.同时,适当的高盐环境会提高厌氧氨氧化活性并促进厌氧氨氧化菌群落结构转变,高盐度环境下Scalindua属占优势,低盐度环境下Brocadia属更占优势.厌氧氨氧化菌对温度变化有很好的适应性,大部分厌氧氨氧化菌（如Scalindua属、Kuenenia属和Brocadia属）对于极端环境均有较强的环境适应性;此外,悬浮颗粒物浓度、含水量等因素也会影响厌氧氨氧化菌的分布及其代谢活性.建议今后从基因组学、蛋白组学和转录组学相结合的角度对自然环境中的厌氧氨氧化菌开展生理生态机理的研究,并探明厌氧条件下Fe3+、Mn4+、SO₄2-等电子受体与厌氧氨氧化过程的生物化学联系,以更好地应用于工程技术研究,并为生态环境修复提供理论依据.      

酸热活化对海泡石吸附水溶液中Cd的影响机制

为增加SP（海泡石）的比表面积并提高其对水溶液中Cd的去除效率,采用HCl对SP进行酸热活化,探索制备HHSP（酸热活化海泡石）最佳的c（HCl）、酸改性时间和热活化温度,并比较SP和HHSP对Cd的吸附动力学和等温吸附特征,通过对吸附前后的SP和HHSP进行SEM-EDS（扫描电镜）、XRD（X射线衍射）和XPS（X射线光电子能谱）分析,以阐明HHSP吸附Cd的微观反应机理.结果表明:0.9 mol/L的HCl改性24 h后,500℃下热活化1 h制备的HHSP吸附性能最佳.准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型均能够很好地描述SP和HHSP对Cd的吸附特征.SP和HHSP对初始质量浓度为50 mg/L的溶液中Cd的去除率在2 h内分别达73.13%和85.96%,在24 h内达到吸附平衡.HHSP的最大饱和吸附量（q_max）为22.147 mg/g,比SP（4.200 mg/g）增加了4.23倍.酸热处理降低了SP的pH和pHpzc（零电荷点）,表明在SP表面吸附活性中心增多.SEM-EDS显示,酸热活化未改变SP的纤维状结构,Cd吸附量由SP的1.57%增至HHSP的2.13%.XPS分析表明,SP和HHSP对Cd的吸附作用包括了表面羟基（-OH）络合作用以及产生CdCO₃、CdCl₂、CdO和Cd（OH）₂沉淀.XRD分析表明,酸改性通过清除SP的CaCO₃成分,比表面积增加,从而增加了HHSP对Cd的吸附量.研究显示,酸热活化可增加HHSP对Cd的吸附效能,为利用HHSP有效控制稻田土壤Cd生物有效性提供了有益途径.      

焦化污染场地土壤多环芳烃的生物强化协同降解工艺研究

以某废弃焦化厂的多环芳烃（PAHs）污染土壤为研究对象,通过耦合表活淋洗、生物降解、化学氧化等技术设计了4种修复工艺,并进行了试验验证。结果表明：针对该实际焦化污染土壤,单一的生物泥浆降解工艺21 d后PAHs可实现58.64%的降解率;采用表活增溶＋化学氧化＋生物泥浆的降解工艺,26 d降解率可达到65.68%,但前置的化学氧化会抑制生物降解效果;采用干筛分+表活分批淋洗+化学氧化的降解工艺降解率可达到85.36%,有效缩短降解时间到13 d内,但土壤中残留的PAHs与土壤颗粒结合紧密,化学氧化降解率仍难以满足大于90%的要求;采用湿筛分+表活分批淋洗+生物泥浆+化学氧化的生物强化协同降解工艺,29 d降解率可达到95.32%,实现了土壤的修复目标。生物强化协同降解工艺路线,综合了多种修复技术的优点,实现了修复技术组合优化,为焦化污染土壤中多环芳烃降解修复提供了可行的工艺路径。