Chemistry of atmospheric dust and critical load assessment in Delhi region (India)

This is the first study in the Delhi region that assesses the critical load capacity of soil systems with respect to the atmospheric deposition and air quality, from July to October in 2012. Trend analysis of NO₂ and SO₂ in Delhi, using the Central Pollution Control Board (CPCB) data, showed interesting patterns matching with the trends in vehicular load in the city. This was followed by the calculation of the critical load of atmospheric acidity for sulphur and nitrogen in order to check the vulnerability of the soil systems in Delhi. Here, the steady state mass balance approach was majorly applied and the study conducted in the Agra region was taken as reference. The calculated values of critical loads of sulphur (225–275?eq/ha/yr) and nitrogen (298–303?eq/ha/yr), for the soil system in Delhi, were calculated with respect to three plant species, namely Anjan grass, Hibiscus and Black siris. The present loads of sulphur (PL(S)?=?26.40?eq/ha/yr) and nitrogen (PL(N)?=?36.51?eq/ha/yr) were found to be much lower than their respective critical loads. From the results, it can be concluded that the present loads of atmospheric acidic deposition in Delhi region do not pose any danger of acidification of soil system because it is countered by buffering capacity of soil generated dust. However, considering the pace at which the city is growing, it is likely that in coming decades, the present load will increase and thus the values evaluated in this study are likely to serve as an important reference for future assessment of the pollution scenario in the city.     

Assessment of heavy metal pollution and health risks in a main river in Huayuan County,Xiangxi, Hunan Province北大核心CSCD

To study heavy metal pollution and assess the health risk of river water in Huayuan County, Xiangxi, Hunan Province, 11 water samples were collected from the Huayuan River and Brother Rivers in August and December 2016. Heavy metal (Pb, Zn, Cr, Cu, Fe, and Ni) concentrations were determined from the samples. The health risk assessment model recommended by the U.S. Environmental Protection Agency (USEPA) was applied to assess the health risk of heavy metals in the main surface waters of Huayuan County. The results indicated that the concentrations of heavy metals (Pb, Zn, Cr, Cu, Fe, and Ni) of surface water in the research area were 2.57 × 10-3, 4.66 × 10-4, 1.65 × 10-3, 6.27 × 10-4, 0.19, and 8.50 × 10-4 mg/L, respectively. The health risk of surface waters with heavy metals was high. Therefore, the chemical carcinogenic substance (Cr) health risk index was five or six times higher than that of chemical non-carcinogens (Pb, Zn, Cu, and Ni). The average health risk indices of non-carcinogenic substances were in the order Pb > Cu > Zn > Ni. The correlation and principal component analysis of surface water showed that the six heavy metal elements were composed of three main components in the main surface waters of the county. The first principal component was comprised of Fe and Ni (33.28%), which was mainly from internal pollution. The second component was comprised of Cu and Cr (26.98%), which was primarily due to industrial waste water, rainwater leaching mineral waste produced by heavy metal mining, and smelting enterprises. The third component, resulting from geochemical pollution, was Zn (17.10%). The health risk indices triggered by heavy metal in surface waters was high. Heavy metal pollutants in the research area need to be controlled in the order Cr, Pb, Cu, Zn and Ni. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

稻米来源镉对生长期猪的生长特性及不同脏器组织镉蓄积的影响

环境中的镉污染对动植物及人类都带来了极大的危害。目前,多数镉毒理研究关注其无机状态,而来源于稻米的有机态镉的毒害作用报道较少。为评估稻米来源镉对生长期猪的毒性作用,选用初始体重为30 kg左右的健康生长猪28头,随机分为体重无明显差异的2组,即对照组与稻米来源镉组(试验组),研究稻米来源镉对生长期猪(生长及育肥全阶段)的生长特性及不同脏器组织镉蓄积的影响。结果表明,在生长及育肥阶段,试验组与对照组相比:1)生长特性无显著差异(P0.05);2)育肥期组织游离氨基酸含量,除肌肉中的赖氨酸显著降低外(P0.05),血浆、肝脏、肾脏及肌肉中其他游离氨基酸水平均无显著差异(P0.05);3)心脏、肝脏、脾脏、肾脏、肺脏、胃、小肠、大肠、骨骼中镉蓄积量显著增高(P0.05),而肌肉、血液中无显著差异(P0.05),脂肪、皮中未检出镉。日粮使用大比例镉超标稻米后镉在各脏器和组织中的蓄积规律为肾脏肝脏小肠脾肺大肠胃血液骨头心腿肌背肌脂肪、皮。由此可见,镉超标稻米对生长期猪的生长特性未产生显著的影响,稻米来源镉主要蓄积于肝脏和肾脏,而主流食用组织肌肉和血液中镉的蓄积量较少。     

基于Box Behnken设计的煤导热系数分析与预测

为研究分析水分、固定碳及密度3个因素对煤导热系数的影响,选取多个矿井不同煤质的煤作为实验煤样,使用NETZSCH LFA457型激光导热系数测试仪进行测定,并引入二次响应曲面试验设计思想,采用Design Expert软件进行煤质指标的Box Behnken试验设计,按设计表筛选实验数据,构建了导热系数多因素、多水平影响下二次回归响应曲面模型,并对不同采样地点的煤导热系数进行了分析与预测。结果表明:二次回归方程P值小于0.000 1,极显著,失拟项为0.072 4,不显著,回归方程具有统计学意义;当水分在0.9%~10.9%,固定碳在49.3%~83.6%,密度在1.2~1.92 g·cm³之间,对煤的导热系数一次项影响程度为密度>固定碳>水分;二次项影响程度为固定碳和密度>水分和密度>水分和固定碳,且固定碳和密度之间存在交互作用,水分和密度、水分和固定碳之间无交互作用;应用响应曲面模型预测的煤导热系数误差为4.3%,满足精度要求。     

大豆传统产区种植结构变化及影响因素的定量化评价——以黑龙江省嫩江县为例

东北地区,特别是黑龙江省是中国传统的大豆产区,其近年的种植结构变化导致国内大豆产量大幅度减少,而进口量持续增加,并已成为全球第一大豆进口国。为探究大豆传统产区种植结构变化现状及主要影响因素,论文以黑龙江省嫩江县为研究区,解译遥感影像分析其种植结构的演变过程,并以农户大豆种植意愿为因变量,对影响因素进行定量化评价。研究结果表明：1）2000年以来,研究区种植结构发生了较大调整,2000-2007年间,第四积温带大豆种植面积大幅度增加;2007-2014年第四、五积温带玉米种植面积大幅度增加,达到17.4×10⁴ hm²,且有继续北扩趋势,而大豆北扩东移,2014年在粮食作物总播种面积中的比重较2000年减少27个百分点;2）目标价格政策对农户大豆种植意愿的影响度最大,达18.89%,其次大豆市场价格和轮作种植的影响度均达18.54%,大豆总投入的影响度为13.82%,其他因素影响度均在10%以下。国产大豆的竞争优势在于“非转基因”和“食用蛋白豆”,国家除了在政策上扶持大豆生产外,更重要的是要鼓励相关企业生产多样化的“非转基因”大豆制品,并严控转基因大豆进入食品领域,使加工企业和豆农获得合理溢价,通过市场机制提高大豆传统产区豆农的生产积极性。     

中国西北旱区农业水土资源利用情景潜力研究

西北旱区水土资源供需矛盾突出,同时作为该区农业生产的瓶颈因素,决定该区经济社会生态可持续发展,因此有必要开展西北旱区农业水土资源相结合的空间情景潜力研究。论文采用水土资源匹配指数计算分析了西北旱区现状年（2010年）农业水土资源的匹配状况,采用农业水土资源利用潜力估算方法计算了西北旱区2020、2030年RCP 8.5和RCP 4.5两种情景下的农业水土资源利用潜力,实现了西北旱区农业水土资源利用潜力的可视化表达。结果表明：2020和2030年RCP 8.5和RCP 4.5排放情景下,相对于2010年,西北旱区各省2020和2030年的总农业水资源量和种植面积均减小。西北旱区6省份2020和2030年两种情景下整体综合效益和整体潜力值均为正,表明各省种植结构整体得到了优化。2020年RCP 8.5和RCP 4.5情景下,西北旱区农业水土资源利用潜力分布范围分别在-0.10×10⁴~0.83×10⁴元/hm²之间和 -1.20×10⁴~0.97×10⁴元/hm²之间;2030年RCP 8.5和RCP 4.5情景下,农业水土资源利用潜力分布范围分别在-0.39×10⁴~2.17×10⁴元/hm²之间和-0.36×10⁴~1.66×10⁴元/hm²之间。     

中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响——以呼和浩特-包头-鄂尔多斯城市群地区为例

理解中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响对提高干燥地人类福祉和实现区域可持续发展具有重要的意义。为此,论文以正在经历快速城市化的呼和浩特-包头-鄂尔多斯（呼包鄂）地区为例,从区域、城市和旗县3个尺度上揭示了该地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。首先,量化了呼包鄂地区1990年的生境质量、粮食生产、肉类生产和碳储量4种关键生态系统服务。然后,分析了1990—2013年呼包鄂地区的城市扩展过程。最后,在区域、城市和旗县3个尺度上评价了呼包鄂地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。结果显示,1990—2013年,呼包鄂地区经历了快速的城市扩展过程,城市用地面积从314.22 km²增加到692.10 km²,增长了1.2倍。区域城市扩展过程导致4种生态系统服务均明显下降。其中,粮食生产服务损失最严重,损失量达1.36×10⁴ t,约占1990年全区粮食生产总量的1%。边缘型和飞地型城市扩展对生态系统服务的影响最明显。1990—2013年,边缘型城市扩展导致的粮食生产、肉类生产和碳储量损失量占区域城市扩展过程中各项服务损失总量的比例均超过60%,飞地型城市扩展造成的肉类生产服务损失量大于区域城市扩展过程中该服务损失总量的1/3。边缘型和飞地型城市扩展过程导致的耕地和草地大量减少是造成生态系统服务快速下降的主要原因。因此,建议在呼包鄂地区的城市化进程中应提高城市用地利用率,控制边缘型和飞地型城市扩展,以减少城市扩展过程对生态系统服务的影响。     

生物膜系统中部分反硝化实现特性

以移动床生物膜反应器（moving-bed biofilm reactor,MBBR）为例,考察生物膜系统中部分反硝化NO₂^--N积累特性,并通过耦合厌氧氨氧化验证生物膜系统中部分反硝化耦合厌氧氨氧化（partial denitrification with anaerobic ammonium oxidation,PD+ANAMMOX）工艺的可行性.结果表明,在C/N为3.0,填充率为20%的条件下,经过40 d的富集培养,实现部分反硝化,NO₂^--N积累率达（69.38±3.53）%;接种生物膜NO₃^--N还原酶（nitrate reductase,NAR）活性为0.03 μmol·（min·mg）^-1,NO₂^--N还原酶（nitrite reductase,NIR）活性为0.18 μmol·（min·mg）^-1,富集培养后生物膜NAR活性增至0.45 μmol·（min·mg）^-1,NIR活性降至0.02 μmol·（min·mg）^-1,从酶学角度验证了部分反硝化实现;高通量测序结果显示,Thauera属从0.3%增加至37.27%,在微生物群落中占主导地位,该菌属被认为是部分反硝化过程的主要功能菌.随后与厌氧氨氧化耦合,出水总氮达（6.41±1.50） mg·L^-1,总氮去除率达（88.16±2.71）%,证明了生物膜系统中PD+ANAMMOX的可行性及稳定性.     

镉污染大田条件下不同品种水稻镉积累的特征及影响因素

选取适合当地种植的8个水稻品种为试验对象,开展大田试验,比较不同品种水稻对重金属Cd的积累、吸收和转运特征,筛选出适合当地种植的Cd低累积水稻品种,并分析水稻低累积程度及稳定性影响因素.结果表明：①根据综合积累指数（P_N）评价方法筛选出对Cd综合积累能力低的水稻品种有：川优3203、川优6203、德粳6号和沈优17.②综合考虑稻米Cd含量和产量,适合在该地区种植的水稻品种为川优3203和川优6203,既能安全保障稻米Cd含量,又能保证水稻高产.③川优3203和川优6203在不同pH和不同总镉范围内稻米中Cd含量均显著低于其他品种,且在不同土壤条件下表现得很稳定.④水稻品种的差异对水稻的稻米富集能力有较大的影响,而对水稻茎叶向水稻稻米的转运能力的影响较小;川优3203和川优6203的低富集系数,加之其较低的转运,最终呈现出稻米较低的镉富集能力.⑤相关性分析发现,稻米Cd含量受水稻富集系数影响最大,受根际土壤总Cd含量影响最小.     

武汉集中式饮用水源地土壤重金属的时空分布特征及生态风险评价

研究了武汉市19个集中式饮用水源地土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的时空分布特征,采用单因子污染指数和综合污染指数分析重金属污染程度,利用潜在生态风险指数评价重金属生态风险,通过相关性和聚类分析重金属的来源.结果表明,武汉市中心城区水源地土壤重金属的含量普遍高于远城区,同时长江干流附近的水源地土壤重金属含量普遍高于长江支流.Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的单项潜在生态风险指数平均值均小于40,属于轻微风险程度.Cd的单项潜在生态风险指数平均值在80~160范围内,属于强度风险程度.武汉集中式饮用水源地土壤重金属的综合潜在生态风险指数平均值为142.12,属于轻微风险水平.相关性分析表明,武汉集中式水源地土壤重金属Cu、Pb和Cr来源相似,均与交通有关;Ni、As、Cr和Cu来源相似,均与冶金生产有关;Zn、Hg和Cr来源相似,均与防腐和催化化工有关.武汉白沙洲水厂和堤角水厂周边土壤长期定点监测表明,2017年后武汉集中式水源地土壤各种重金属含量均呈现显著下降趋势,其生态风险在未来将进一步降低.