长江三角洲水田保护性耕作制度的碳收集效应估算

耕作制度对农田土壤有机碳的稳定和积累作用显著,探讨耕作制度演变下农田土壤碳库动态,将有助于农田土壤碳收集的技术选择及政策制定。利用已发表的田间定位试验数据,构建不同耕作制度下长江三角洲水田耕层土壤有机碳密度的估算模型。依据该区近20多年来耕作制度演变动态,对保护性耕作制度的土壤碳收集效应进行了初步估算。结果表明,油菜面积的扩大、小麦的少免耕和作物秸秆的还田分别约增加土壤耕层有机碳0.94 Tg、2.76 Tg和3.95 Tg,其中以麦稻复种转向油稻复种的单位面积碳收集效应为最高。最后,就碳收集效应估算的方法进行了相关讨论,并就土壤碳收集研究和如何提高土壤碳收集潜力提出了一些建议。     

中国碳排放的因素分解模型及实证分析:1995-2004

能源消费是碳排放的主要来源。随着中国经济的快速发展,能源消费的急剧增长以及以煤为主的能源结构在短期内很难改变,因此,碳排放不可避免地会出现一定幅度的增加。本文基于碳排放量的基本等式,采用对数平均权重Divisia分解法（Logarithmic mean weight Divisia method,LMD）,建立中国人均碳排放的因素分解模型,定量分析了1995-2004年间,能源结构、能源效率和经济发展等因素的变化对中国人均碳排放的影响,结果显示经济发展对拉动中国人均碳排放的贡献率呈指数增长,而能源效率和能源结构对抑制中国人均碳排放的贡献率都呈倒“U”。这说明能源效率对抑制中国碳排放的作用在减弱,以煤为主的能源结构未发生根本性变化,能源效率和能源结构的抑制作用难以抵销由经济发展拉动的中国碳排放量增长。     

三峡库区主要森林植被类型土壤有机碳贮量研究

根据全国森林资源清查资料,按主要优势树种和分布面积将三峡库区主要森林植被划分为马尾松针叶林、栎类混交林、灌木林等11种主要森林植被类型。基于196个土壤剖面数据,分析了11种主要森林植被类型下土壤有机碳含量、碳密度大小和分配特征。研究发现,三峡库区主要森林植被类型下土壤有机碳含量和碳密度均存在较大差异,二者总体上都随土层加深而降低。11种主要森林植被类型中以杉木针叶林土壤有机碳密度最大,达16.0 kg/m2,温性松林下土壤碳密度最小,仅为7.9 kg/m2。不同植被类型下土壤有机碳贮量在土层中的分配比例也不同,以灌木林和柏木林土壤碳贮量在土层间的差异最大。11种主要森林植被类型土壤平均厚度为56.3～98.5 cm,其中杉木针叶林土壤最厚,达98.5 cm,灌丛土壤最薄,平均厚度仅56.3 cm。三峡库区11种主要森林植被类型总面积为3 313 251 hm2,土壤总有机碳贮量为 366.36 t,其中0～10、10～20、20～40和＞40 cm土层分别占22.90%、18.36%、28.33%和30.41%。     

Seasonal and spatial variability of Po,U and Pu levels in the river catchment area assessed by application of neural-network based classification

The present study deals with the application of self-organizing maps (SOM) in order to model, classify and interpret seasonal and spatial variability of ²¹⁰Po, ²³⁸U and ^239+240Pu levels in the Vistula river basin. The data set represents concentration values for 3 alpha emitters (²¹⁰Po, ²³⁸U and ^239+240Pu) measured in surface water samples collected at 19 different sampling locations (8 in major Vistula stream while 11 in right or left Vistula tributaries) during four seasons (winter, spring, summer and autumn) in the framework of a one-year quality monitoring study. The advantages of an SOM algorithm, its classification and visualization ability for environmental data sets, are stressed. The neural-network based classification made it possible to reveal specific patterns related to both seasonal and spatial variability. In the middle and upper part of Vistula catchment as well as in the right-shore tributaries, concentrations of ²¹⁰Po and ²³⁸U during summer and winter are the lowest. Concentrations of ²¹⁰Po and ²³⁸U increase significantly during spring and autumn in the Vistula river catchment, especially in the delta of Vistula river. High concentration of anthropogenic originated ^239+240Pu indicates “site-specific” character of pollution in two large left-shore tributaries located in the middle part of the Vistula drainage area. Efficient classification of sampling locations could lead to an optimization of river radiochemical sampling networks and to a better tracing of natural and anthropogenic changes along Vistula river stream.     

排水管道沉积物控制的研究进展

排水管道沉积物雨天受冲刷而造成的河湖水体污染,已成为当前我国水环境质量持续改善面临的困境之一。深入了解管道沉积物及其沉积机制对水体污染治理至关重要。综述了管道沉积物的形成与特性,微生物或沉积物中胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的主要组分和相关性质对沉积物抗冲刷特性的影响。结果显示:排水管道沉积物主要是由污水携带的固体颗粒发生沉降而形成,主要包含底层粗颗粒沉积物、有机层和生物膜3类。由于沉积物中富含微生物并可分泌EPS,而EPS的黏性能显著增加管道沉积物的抗冲刷性。通过控制或降解沉积物EPS中的多糖组分,可降低沉积物的抗冲刷性能,有望为控制管道沉积物淤积提供新思路。目前国内外控制管道沉积物淤积的方法主要包括离线和在线水力冲刷或机械清淤。今后的研究方向应着力在真实的排水管网中系统地研究沉积物耐冲刷特性及其影响因素,进而提出更为有效的控制技术。     

沉积物原位物理洗脱技术对苦草萌发生长的影响

原位物理洗脱技术是一种应用于修复受污染的沉积物的新兴技术,但沉积物洗脱处理后对沉水植物萌发生长的影响尚不明确。通过模拟原位空气洗脱与原位水力洗脱2种典型原位物理洗脱技术,处理富含有机质的沉积物,研究洗脱对苦草萌发和生长指标的影响,以及洗脱后沉积物的理化性质的变化。结果表明:2种方式洗脱后沉积物中苦草种子的萌发率、萌发速度以及幼苗的株高、鲜质量、根数、叶数等指标均优于未洗组,其中水力洗脱后沉积物中苦草的萌发生长状况最好,萌发率是未洗组的2.9倍,株高和根数分别是未洗组的2.29和4.76倍;物理洗脱后,沉积物中氨氮($NH_{4}^{-}$-N)与酸可挥发性硫化物(AVS)等还原性物质浓度分别下降34.15%~35.19%和7.67%~44.89%,有机质浓度下降70.04%~77.90%,表层(0~5 cm)沉积物由强还原状态(ORP<-350 mV)改善至弱还原状态(ORP为-200~-100 mV);此外,沉积物中大粒径(50~2 000 μm)颗粒占比增至89.02%~92.84%,有利于上覆水中的O₂向沉积物中扩散,促进苦草的萌发生长。原位物理洗脱尤其是水力洗脱后,沉积物的理化条件更有利于苦草的萌发生长。     

基于溶解氧和缺氧时长调控的间歇曝气策略对短程硝化脱氮工艺的影响

短程硝化的实现可推动能源节约型脱氮工艺的应用。通过阐述间歇曝气策略实现短程硝化的机理,分析了应用间歇曝气策略实例中的运行参数,总结了DO协同缺氧时长分别在单独短程硝化工艺、短程硝化-反硝化(PN/D)工艺以及短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺中的影响效果,如对功能菌活性和系统脱氮效率的影响;提出了以功能菌种、污泥存在形式等影响途径作为依据,基于DO协同缺氧时长的调控策略,并对各脱氮工艺中的运行参数进行优化,以期为各工艺系统实现最佳运行效果提供参考。     

以秸秆及植物种子制备的生态修复环保抑尘剂及其应用效果

以农业废弃物秸秆和绿色植物种子为主要原料,辅以少量淀粉、表面活性剂、碱等助剂,研制出一种常温下即可快速配制的生态修复型环保抑尘剂。通过对抑尘剂粘度、渗透性等性能的评价,确定抑尘剂制备原料秸秆、淀粉、表面活性剂和碱的最佳质量比为20∶7∶2∶5。抑尘剂的制备工艺简单、成本低廉,且抗风蚀抗雨淋效果较好。在5级风蚀条件下,抑尘剂的抗风蚀率大于99%。经过中雨 (降雨量20 mm·d⁻¹) 雨淋后,喷洒抑尘剂的壳体依旧紧实,且结壳厚度未发生变化;对喷洒抑尘剂的场地进行生态修复效果表征,场地中所选种子生长茂盛,这表明其修复效果显著。进一步地,便携式风洞(PI-SWERL)测试结果表明,在抑尘剂喷洒60 d后,经过风速17.2 m·s⁻¹的风力侵蚀,抑尘剂的抑尘效率仍可保持在90%以上。本研究可为开发绿色、可持续的抑尘技术提供参考。     

北京市黑臭水体治理的动态遥感监测及影响因素分析

为及时、准确掌握黑臭水体治理进展,基于“北京二号”影像数据和同期的野外综合水体实测数据,采用深度学习算法对黑臭水体进行识别,并引入地理探测器对黑臭水体影响因素进行定量分析。结果表明：基于Faster R-CNN算法的黑臭水体遥感识别,总准确率达到90%左右,短时间内(5~33 h)即可完成北京市建成区黑臭水体的筛查工作;在空间维度上,黑臭水体主要分布在中心城区以外,并在通州区、朝阳区和大兴区较为集中;在时间维度上,专项治理期间(2015—2018年)内,黑臭水体的数量和长度总体趋势都是递减的,但偶尔也有反黑现象;2018年底,在全市建成区范围内,已全面消除黑臭现象;在一年内,第1季度水体环境最好,第2季度次之,第3季度最差,从第4季度开始好转;在北京市大兴区,土壤全氮量(贡献率为32.07%)和周边养殖场排污(贡献率为27.04%)是黑臭水体形成的主要影响因素,高程(贡献率为8%)、土壤类型(贡献率为7.6%)和土地利用类型(贡献率为6.1%)的贡献率较弱。由此可以看出,基于Faster R-CNN算法识别影像中的黑臭水体识别准确率高,可及时、准确地监测城市黑臭水体治理情况,使用地理探测器可定量分析并确定各影响因素的贡献率。本研究成果可为城市黑臭水体的动态监测和治理提供有力的技术支撑。     

基于固态碳源的同步硝化反硝化反应器对海水养殖废水中氮的去除性能

通过批次实验考察了非生物作用下3-羟基丁酸/戊酸酯共聚物(PHBV)的有机碳释放规律;以PHBV颗粒和陶粒作为填料建立了填充柱生物膜反应器,并通过长期(90 d)运行考察了其对海水养殖废水中氮的去除性能。结果表明,非生物作用下PHBV难以向水体中释放有机碳;以PHBV作为固态碳源的生物膜反应器可以实现同步硝化反硝化。反应器运行状态(HRT为2 h)稳定后,氨氮和总氮的去除率分别为(91.8±1.3)%和(87.5±2.2)%,硝化速率和反硝化速率分别为0.11 g·(L·d)⁻¹和0.20 g·(L·d)⁻¹。填充柱沿水流方向可以分为2个区段,0~20 cm柱体内主要进行同步硝化反硝化过程,20~100 cm柱体内主要进行反硝化过程;反应器中微弱的亚硝酸盐积累可以归因于短程反硝化。以上研究成果可以为海水养殖业绿色发展提供参考。