Conceptual Models as Hypotheses in Monitoring Urban Landscapes

Many problems and challenges of ecosystem management currently are driven by the rapid pace and spatial extent of landscape change. Parks and reserves within areas of high human population density are especially challenged to meet the recreational needs of local populations and to preserve valued environmental resources. The complex problem of managing multiple objectives and multiple resources requires an enormous quantity of information, and conceptual models have been proposed as tools for organizing and interpreting this information. Academics generally prefer a bottom-up approach to model construction that emphasizes ecologic theory and process, whereas managers often use a top-down approach that takes advantage of existing information to address more pragmatic objectives. The authors propose a formal process for developing, applying, and testing conceptual models to be used in landscape monitoring that reconciles these seemingly opposing perspectives. The four-step process embraces the role of hypothesis testing in the development of models and evaluation of their utility. An example application of the process to a network of national parks in and around Washington, DC illustrates the ability of the approach to systematically identify monitoring data that would both advance ecologic theory and inform management decisions.     

碳中和时代下我国能量自给型污水处理厂发展方向及工程实践

基于碳中和背景及污水处理可持续、低碳运行理念,分析了我国污水处理厂不同水质、工艺类型、规模等条件下的能源消耗及能源回收特点,提出了以“碳改向技术+低耗高效复合脱氮技术+污泥厌氧共消化技术+污水热能回收技术+节能降耗技术”的污水处理新模式是实现我国能源自给型污水处理厂的关键,并提出我国污水处理厂实现碳中和应分为“完全能源自给”及“能源供应工厂”两个目标.此外,对基于此背景下建设的北京某再生水厂的理论能源自给情况进行了分析,结果表明,通过节能降耗、引入外源有机物、污水源热泵回收等措施,北京某再生水厂能源自给率由12.2%分别提高至17.1%、21.6%、84.7%.     

农业土地利用转变对土壤团聚体组成及碳、氮含量的影响

为探究农业土地利用转变对土壤团聚体组成、稳定性及有机碳（SOC）、全氮（TN）含量变化的影响,选取玉米地、玉米地转变为姜地、稻田和稻田转变为姜地4种农业土地利用类型为研究对象,对土壤水稳性团聚体的组成、稳定性及SOC、TN含量进行测定与分析.结果表明： ①玉米地转变为姜地后,>0.25 mm粒级的大团聚体减少21.48%（p<0.01）,>0.25 mm稳定性团聚体的含量（DR_0.25）显著降低53.39%;稻田转变为姜地后,大团聚体差异不显著,<0.053 mm粒级的粉黏团聚体增加8.93%（p<0.01）;冗余分析和相关分析表明,土壤含水量是团聚体组成和 稳定性的重要影响因素;②玉米地转变为姜地后,0.25~1 mm粒级团聚体中SOC、TN含量分别减少52.68%、50.98%,粉黏团聚体（<0.053 mm）中SOC和TN含量增加约2倍（p<0.01）;稻田转变为姜地后,>0.25 mm的大团聚体和0.053~0.25 mm的微团聚体中的SOC、TN含量均减少（p<0.05）,其中,大团聚体碳氮比与团聚体组成和稳定性存在相关关系（p<0.05）;③所有处理均为大团聚体SOC、TN贡献率最高,转变后的姜地较玉米地、稻田的土壤粉黏团聚体的SOC、TN贡献率显著增加,尤其是较玉米地的粉黏团聚体SOC、TN贡献率增加3倍（p<0.01）;④平均质量 直径（MWD）和几何平均直径（GMD）与大团聚体的SOC、TN含量呈显著正相关（p<0.05）,分形维数（D）与MWD及1~2 mm粒级大团聚体的SOC、TN含量呈显著负相关（p<0.01）,DR_0.25与大团聚体的SOC、TN含量呈显著正相关（p<0.01）.总体上,玉米地和稻田两种用地转变为姜地后,土壤团聚体的组成发生较大变化,团聚体稳定性变化虽不显著,但大团聚体中SOC、TN含量降低,粉黏团聚体中SOC、TN含量增加.本研究的开展对农田科学管理和可持续生产具有重要的指导意义.     

g-C3N4/TiO2纳米管阵列光阳极的制备及其光电催化降解邻氯硝基苯

采用阳极氧化-涂覆煅烧法成功制备了g-C₃N₄/TiO₂纳米管阵列（g-C₃N₄/TNAs）光阳极,并通过扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外可见漫反射光谱仪、光致发光光谱仪和电化学工作站等表征分析了g-C₃N₄/TNAs光阳极的形貌、晶形结构、光学特性和光电化学性能.表征结果证实,g-C₃N₄的引入通过缩小禁带宽度扩宽了TNAs的可见光响应范围,提高了光电流密度和光生电子寿命,促进了光生电子和空穴的分离.g-C₃N₄/TNAs光阳极在光电催化体系内对邻氯硝基苯（o-CNB）的降解效率高于其在光催化和电催化体系中对o-CNB的降解效率,且具有良好的稳定性和可重复性.活性物质捕获实验、电子自旋共振测试和能带结构分析表明,g-C₃N₄/TNAs光阳极中TNAs和g-C₃N₄之间存在Z型异质结相互作用机制.在光电催化体系内降解o-CNB的主要活性物质是^?O₂^-、^?OH和光生空穴,而光生电子是次要的活性物质.     

随机价格下杉木人工林的碳汇收益及最优轮伐期确定

发展林业碳汇是应对全球气候变化及实现中国2060年碳中和的重要举措。基于改进的Faustmann-Hartman模型,以中国南方浙江、福建和江西三个省份杉木人工林为研究对象,使用时间序列模型拟合并预测中国碳排放权交易市场的碳汇价格,通过蒙特卡洛模拟确定最优轮伐期及碳汇收益。研究结果表明：（1）依次纳入木材收益、地上生物量碳汇收益和死亡有机质碳汇收益时,杉木人工林的最优轮伐期分别为21.85年、22.98年和22.88年;（2）上述三种情景下,林地期望价值的净现值分别为20408.20元/hm²、24587.29元/hm²和28101.11元/hm²;（3）全面考虑包含死亡有机质碳库在内的林业碳汇效益,能够稳定提高林地所有者收益约7.02%~21.61%。此外,应进一步考虑多轮伐期下税收政策及自然风险等因素对碳汇营林的影响,这是确定最优轮伐期和碳汇收益后续研究值得重视的问题。     

基于函数极值条件下的中国碳达峰碳中和情景分析

基于函数极值条件提出了碳达峰出现时间和需要满足的理论条件,并对主要发达国家作了验证,同时对中国现状做了分析,最后采用了基准和强化两种情景分析了中国实现2030年碳达峰后进入2060年碳中和时期的二氧化碳排放量。研究结果显示：（1）根据IPAT恒等式将碳排放函数分解成人口、人均GDP和碳强度三个因素时,碳峰值出现时间为三个因素年增长率之和由正转负的正数值年度,发达国家的历史数据证实了这一条件。（2）中国三个因素年增长率之和自2003年起已经开始降低,最近几年一直在0.01~0.02徘徊,表明总体上朝着有利于碳达峰的方向发展,同时按照三个因素的预期发展目标计算得出中国2030年碳排放峰值的上限为112.2亿t,若2021—2035年保持相同的人均GDP年均复合增长率,碳强度年均复合增长率的绝对值需要比人均GDP年均复合增长率高0.14个百分点。（3）在能源消费总量逐渐回落的前提条件下,2060年基准情景下非化石能源占比约为65%,产生的二氧化碳量约为31.4亿t,强化情景下非化石能源占比约为70%,二氧化碳排放约为26.6亿t,而碳汇和CCUS等固碳技术还存在不确定性,碳中和任务依然艰巨。实现碳达峰碳中和最终需要控制能源消费,践行低碳消费行为。     

碳中和趋势下数学模拟在污水处理系统中的发展与综合应用

数学模拟技术在污水处理方面被广泛应用,为了系统总结相关技术,本文回顾了污水处理系统中数学模拟技术的发展历程;综述了活性污泥模型(ASM)与机器学习(ML)在水质预测及参数工况优化领域中的应用;重点探究了污水处理系统中温室气体排放模型,以及多目标优化模型在污水处理系统中温室气体排放(GHG)、出水质量(EQI)和运行成本(OCI)的权衡问题;归纳了数学模拟技术在实现污水厂能量自给与资源回收的应用发展.研究结果表明数学模拟技术能准确预测出水水质、快速优化工艺参数、权衡温室气体排放、出水水质与运行成本之间的关系、以及提高资源回收效率等.因此,数值模拟技术可有效指导污水处理工艺的运行优化以及管理,为污水处理行业减污降碳协同增效提供技术支撑.     

基于光纤分布式测温的污水管道入流识别方法研究

针对排水管网物探检测需断水操作和无法对管道内部实时探查的问题,建立了一种基于光纤分布式测温的污水管道入流诊断方法,实现了无干扰条件下污水管道污水和雨水入流实时监控.采用感温光缆对选择的试验管段开展了时空高精度观测(空间精度1m、时间精度1min),获得了超过118万个管道水温数据.基于解析出的管道水温时空图像,提出了基于水温温差背景噪声值的入流定位方法;确定出无外部入流影响时管道水温空间和时间温差的背景噪声值分别约为±0.2℃和±0.5℃.采用水温图像降噪处理方法,自动识别出污水管道的旱天污水接入和雨天雨水接入事件,与现场调查结果一致.因此,该方法对污水管道入流的动态识别定位具有可靠性.     

资源型城市可持续发展对碳排放的影响研究——基于资源依赖的视角

基于2003~2018年285个地级市的面板数据,首先使用双重差分模型考察《全国资源型城市可持续发展规划(2013~2020年)》(以下简称《规划》)对碳排放的影响;其次,探究该政策通过资源依赖这一路径对碳排放的影响效果;进一步地,基于城市区域和城市规模两个视角分析该政策通过资源依赖影响碳排放的异质性效果;最后,探究《规划》的空间溢出效应.结果表明《规划》显著地降低了资源型城市的碳排放;机制分析表明,《规划》能够通过降低资源依赖进而减少碳排放,且产业结构升级和技术进步对《规划》的碳减排效应起到了正向调节作用;异质性分析表明,《规划》通过降低资源依赖进而促降碳排放的效果在东､中部地区以及大城市更为明显;《规划》对本地及周边地区均具有显著的碳减排效应.本研究对于在双碳目标下实现中国资源型城市的可持续发展具有重要的政策启示.     

天津市减污降碳协同效应评估与预测

为评估和预测天津市减污降碳协同效应,采用减排量弹性系数法评估减污降碳协同效应,基于STIRPAT模型预测天津市“十四五”期间的减污降碳协同效应,并分情景预测天津市2026~2060年的减污降碳协同效应.结果表明：大气污染当量和温室气体的主要排放源均为工业源;2015~2017年天津市减污降碳协同效应系数范围为0.11~0.26,2013~2014年和2018~2020年天津市的减污降碳协同效应系数均小于0;天津市“十四五”期间减污降碳协同效应系数为0.06;各种情景下,2026~2060年天津市减污降碳协同效应系数均大于0.天津市2011~2020年减污降碳协同效应波动变化,“十四五”时期或可进入减污降碳协同增效阶段.天津市要在2026~2060年实现较高水平的减污降碳协同增效,就需要合理控制城镇化率、人口总数和地区生产总值,增加第三产业比重和高技术比重,持续降低能源强度.