淮北市煤炭开采对生态系统服务胁迫阈值研究

为揭示煤炭资源型城市煤炭开采对生态系统服务胁迫作用的阈值效应,在构建煤炭开采对生态系统服务胁迫阈值模型的基础上,从土地破坏、地下水资源破坏、大气污染3个维度分析估算了淮北市煤炭开采对生态系统服务的胁迫阈值,并探究了1990~2016年该地区煤炭开采对生态系统服务胁迫作用时序变化规律.结果表明：淮北市煤炭开采对生态系统服务的胁迫作用存在显著的阈值效应,其中,土地破坏、地下水资源破坏、大气污染3大胁迫因子的胁迫阈值分别为1803.19hm²、33253.23×10⁴t和888.81×10⁸m³.1990~2016年淮北市煤炭开采对生态系统服务胁迫作用呈现显著的阶段性特征,其中,1990~2009年该地区煤炭开采所造成的土地破坏、地下水资源破坏、大气污染均未超过阈值范围,生态系统服务运行状况良好;但是在2010年之后,由于该地区煤炭开采造成的地下水资源破坏超出阈值范围,从而导致该地区生态系统服务出现恶化趋势,不过2015年以来恶化趋势有所减缓.因此,该地区必须加快绿色矿区建设,加大生态环境治理力度,着力防范煤炭开采对生态系统服务的胁迫作用超出阈值范围,以保障经济增长与生态环境统筹协调可持续发展.     

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.     

植物及土壤碳同位素组成对环境变化响应研究进展

植物和土壤的δ13C（碳同位素组成）能可靠记录环境信息,综合反映植物的生理生态特征以及碳循环过程中的生物化学过程,为人们理解生态系统碳循环提供有用信息.因此,研究植物和土壤的δ13C与环境因子的关系可以揭示生态系统碳循环的格局及其控制因子,进而有效预测全球变化及其对生态系统的影响.对植物和土壤的δ13C以及二者的差值（Δδ13C）与气候因子（如温度、降水量、大气压强等）、土壤因子（如C/N、土壤质地、土壤pH等）的关系进行了综述.现有研究表明:C₃植物的δ13C与降水量、大气压强均呈负相关,与温度的关系非常复杂,而针对C₄植物和在群落水平上开展的研究还较少;土壤δ13C与降水量、土壤C/N、土壤w（粉粒）及w（黏粒）均呈负相关,与温度、土壤pH、土壤w（砂粒）均呈正相关,然而环境因素间的耦合作用使得情况复杂化,多种环境因素的匹配关系究竟如何影响土壤δ13C的机制问题仍有待深入研究;Δδ13C能够更加全面准确地反映土壤碳循环信息,但对其与环境因子关系的研究较少,并且影响Δδ13C的驱动因子及机制也不明确.因此,在土壤-植物体系内,同时在物种和群落水平上,进行植物和土壤δ13C特别是Δδ13C与环境因子关系的研究,能够更加准确地预测和揭示环境变化对生态系统碳循环的影响,这也将是今后该领域的研究重点.      

中国超大城市碳排放达峰的影响因素及组合情景预测——基于门限-STIRPAT模型的研究

城市是中国碳排放的重要来源,而超大城市的碳达峰研究对国内其他城市和全国能否实现碳达峰目标具有重要的现实意义.以北京、上海、广州、深圳、天津和重庆等6个超大城市为研究对象,能源强度为门限变量,建立门限-STIRPAT模型,首先确定6个超大城市碳排放的驱动因素,然后对27种情景下的各城市碳排放达峰进行预测.研究结果表明:①人口、人均GDP和能源强度对各城市碳排放起到正向促进效应,人口的影响效应最大,其次是能源强度,人均GDP对碳排放的影响最小.②能源强度对二氧化碳排放的影响呈阶段性变化特征.③北京、上海和重庆在高能源强度下降率的情景下,已经达峰;天津、除最宽松的高-高-高情景外的广州和深圳会在2030年前实现达峰.如果能源强度以中速率下降,6个城市碳排放不能保证一定能在2030年前达峰.如果能源强度以低速率下降,6个城市均不能在2030年前达峰.本研究有利于明确超大城市碳排放的影响因素,对其他城市尽快实现碳排放达峰具有借鉴意义,为全国实现碳达峰目标提供可行的研究思路.     

太行山脉不同量级降雨侵蚀力时空变化特征

基于太行山脉及其周边地区76个气象监测站点1954-2016年逐日降雨数据,建立了基于不同量级侵蚀性年降雨量模拟年降雨侵蚀力的简易模型,并采用气候倾向率、小波周期分析、重心模型、Co-Kriging插值、Mann-kendall非参数趋势检验以及突变分析等方法,分析了不同量级降雨侵蚀力时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）太行山脉地区年降雨侵蚀力简易模型为y=0.182x₁^1.095+5.463x₂^0.982+9.401x₃^1.017+15.258x₄-26.753,且多年降雨侵蚀力呈小幅上升趋势,10年间上升了2.4 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,同时存在约20年的主周期和6年的小周期变化,并在1996年发生显著突变;中雨和大雨侵蚀力63年间均呈上升趋势,而暴雨和特大降雨侵蚀力呈下降趋势;春秋两季主要受中雨和大雨侵蚀力的影响,而夏季则主要受特大降雨侵蚀力的影响。（2）太行山脉地区各量级降雨侵蚀力最大值主要分布于太行山脉东南部以及五台山地区,最小值主要分布于地区的东北部;运用重心模型发现各量级降雨侵蚀力重心在春夏季节整体向东部以及东北部地区进行迁移,而秋冬季节则向南部以及西南地区迁移,形成一个循环,且与冬夏季风的控制时间相符。（3）太行山脉地区不同量级降雨侵蚀力与侵蚀性降雨量均呈显著正相关（P<0.01）,大雨和特大降雨侵蚀力分别与纬度、海拔呈显著负相关（P<0.05）,这主要与副热带高压移动、地形、海拔以及自然地理环境等因素有关。     

基于破产模型的新增建设用地指标分解方法——以湖北省枣阳市为例

传统新增建设用地指标分解方法存在测算指标时视角单一和分解指标时行政力量干预严重等问题。基于公平和效率的思想引入破产模型,以湖北枣阳为研究对象,运用6种破产模型解对其新增建设用地指标进行分解,并创造性地运用有向图博弈理论对各种分解结果进行比较分析。研究结果表明：（1）比例法则和Piniles法则符合“公平优先”主张,适用于在经济相对发达的发展阶段和地区应用均衡发展策略;（2）限制均分损失法则和Talmud法则符合“效率优先”主张,适用于在经济相对落后的发展阶段和地区应用非均衡发展策略;（3）限制平等法则和限制均分收益法则适用于有发展条件的贫困地区应用重点扶持的发展策略。新方法不仅有效规避了传统方法存在的问题,还为发展策略选择提供了多种方案。     

TAGE:一种新的大气污染物来源及输送情况的网格化分析方法

提出了一种新的大气污染物来源及输送情况的网格化分析方法.首先,不依赖于排放源清单,而是以预设的网格化排放源来运行空气质量模型,得到排放源的污染影响因子.然后,结合污染物监测数据,构建排放源总合排放强度求解方程组,并利用遗传算法进行求解.最后,基于排放源的污染影响因子和总合排放强度,计算出排放源的污染贡献占比,从而完成对大气污染物来源及输送情况的网格化分析.这一方法的提出,为缺少准确排放源清单情况下大气污染状况的分析与治理,提供了新的思路.利用此方法,对北京市、石家庄市、保定市2017年10~12月期间PM_2.5的来源及输送情况进行了验证性实验.     

安徽铜陵铜尾矿硫形态及硫同位素分布特征

分析讨论了安徽铜陵水木冲S和SP剖面尾矿砂的理化指标、硫形态变化和硫酸根硫同位素组成与分布特征.结果显示：S和SP剖面整体呈酸性,pH值为2.59~6.12和3.50~6.27,由下而上有明显的降低趋势;Eh随剖面由下至上明显升高,范围为66~457和-37~307mV;酸可挥发性硫（AVS）含量为0~62.36和0~3.44mg/g,黄铁矿硫（CRS）含量为0.70~32.30mg/g和0.17~5.39mg/g;AVS与CRS的变化趋势基本一致,随剖面自下而上减少,且AVS先于CRS被氧化.2个剖面元素硫（ES）含量为0~8.83和0~3.62mg/g,随深度变化无明显规律.硫酸根硫（SO₄^2--S）含量为8.44~66.34和8.48~29.87mg/g,自下而上呈降低趋势,且分别在剖面的氢氧化物薄膜层（11.5~16.5cm和18~54cm）出现高值区.2个剖面总硫（TS）含量为9.18~109.69和12.38~37.72mg/g,表层由于淋滤含量较低,底层变化则不大.位于斜坡上的SP剖面TS及各形态硫含量均低于S剖面,表明淋滤对硫含量影响更明显.硫酸根硫同位素δ³⁴S为-3.32‰~13.43‰和-3.08‰~1.80‰,S-9硫酸根δ³⁴S为13.43‰,指示其来自于伴生硬石膏,其余层位δ³⁴S偏负且变幅较小,指示其硫酸根主要来源于硫化物的氧化.     

Development of a model to simulate soil heavy metals lateral migration quantity based on SWAT in Huanjiang watershed, China

Lateral transportation of soil heavy metals in rainfall events could significantly increase the scope of pollution. Therefore, it is necessary to develop a model with high accuracy to simulate the migration quantity of heavy metals. A model for heavy metal migration simulation was developed based on the SWAT(Soil and Water Assessment Tool) model. This model took into consideration the influence of soil p H value, soil particle size, runoff volume, sediment amount,concentration of water-soluble heavy metals dissolved in runoff and insoluble absorbed to the soil particles. This model was reasonable in Huanjiang watershed, Guangxi Zhuang Autonomous Region, south China, covering an area of 273 km~2. The optimal drainage area threshold was determined by analyzing the effects of watershed subdivision on the simulation results to ensure the simulation accuracy. The main conclusions of this paper were:(1) watershed subdivision could affect simulation migration quantity of heavy metals;(2) the quantity of heavy metals transported by sediment accounted for 97%–99% of the total migration quantity in the study watershed. Therefore, sediment played the most important role in heavy metal migration;(3) the optimal drainage area threshold percentage to ensure high simulation accuracy was determined to be 2.01% of the total watershed;(4) with the optimal threshold percentage, this model could simulate the migration quantity of As, Pb and Cd accurately at the total watershed and subwatershed level. The results of this paper were useful for identifying the key regions with heavy metal migration.     

中国典型城市PM2.5浓度时空演绎规律及影响因素分析

为探讨空气中ρ（PM_2.5）的空间集聚特征和气候、大气成分变量对空气中ρ（PM_2.5）的影响,利用首批纳入PM_2.5监测的74个城市的ρ（PM_2.5）数据计算Moran's I指数,并选取其中38个典型城市进行计量分析.在基于引力模型的空间权重矩阵基础上,构建面板数据SDM（空间面板杜宾模型）.结果表明:ρ（PM₁₀）、ρ（SO₂）、ρ（CO）、ρ（O₃）、RH（relative humidity,相对湿度）与城市ρ（PM_2.5）呈正相关,而T（temperature,温度）和WS（wind speed,风速）与城市ρ（PM_2.5）呈负相关;ρ（PM₁₀）、ρ（CO）、RH是位于前3位影响城市ρ（PM_2.5）的关键性因素,其总效应分别为0.720 1、0.241 7、0.133 9.地理上邻近城市ρ（PM_2.5）具有明显的外部空间溢出效应,即邻近城市ρ（PM_2.5）每增加10百分点,将导致该地区ρ（PM_2.5）增长6.12百分点.300 km左右是保证PM_2.5区域"联防联控"最佳效果的最大门槛距离,超过该门槛距离,区域"联防联控"的力度和效果会随着距离的增加而逐渐减弱;当门槛距离大于500 km时,ρ（PM_2.5）的空间自相关性不显著.气候变量中,RH和ρ（PM_2.5）呈同方向变化,而T、WS与ρ（PM_2.5）呈反方向变化.研究显示,关注单一地区或单一因素（气候或大气成分）均不能有效控制PM_2.5污染,在保持经济稳定增长的前提下,各地治理PM_2.5应从调整产业结构、优化能源结构、完善防控机制等多个维度共同推进,促使经济增长方式早日从"粗放型"向"集约型"转变.