一种城市综合承载力双向复合动态评价方法及实证研究

随着城市的发展,其对资源、生态环境、基础设施、社会经济等各种承载的需求同步增长,单一承载力逐渐无法满足对城市发展可持续状态的综合全面评估.城市综合承载力是社会、经济、环境、资源协调作用和协调程度的具体表征.综合承载力与人口规模、社会经济活动发展带来的压力之间存在动态互动关系,只有承载力和压力维持动态平衡,才能实现城市系统的可持续发展.本文通过构建城市双向复合动态可持续评估方法,量化负向城市压力(UP)和正向城市综合承载力(UCCC)及其二者之间的复合动态关系,结合层次分析法和蒙特卡洛模拟,从经济、资源、社会三方面构建评价指标,综合考虑各影响因素的不确定性和相互作用,实现逐个单点时间城市综合承载力的概率分布模拟,进而通过复合动态关系判断模型实现单个区域单点时间的可持续发展状态的判断.最后,以广州市为例,对所提出方法进行应用.结果表明,2004—2016年,广州市的综合承载力和城市压力相互协调、相互适应,城市发展整体呈可持续状态.但2012年以来资源环境承载力有一定的下降,尤其是水资源承载力和大气环境承载力下降,需要引起重视.     

基于信息熵的乡村生产空间系统演化及其可持续发展能力

乡村生产空间系统演化是乡村生产空间系统内部及其与外部系统间进行物质、能量和信息交换的表征或结果,这一结果的优劣是实现系统可持续发展的内生物质基础与保障。以重庆市为研究区,以2001-2015年为研究时段,基于信息熵,从支持型输入熵、压力型输出熵、氧化型代谢熵、还原型代谢熵四个方面构建乡村生产空间系统演化指标体系,揭示乡村生产空间系统的演变规律和可持续发展能力,探析乡村生产空间系统熵变与可持续发展能力之间协同演化过程中的相关关系,设计乡村生产空间系统优化路径。结果表明：（1）2001-2015年重庆市乡村生产空间系统熵流为0.017~-0.049,熵产生为0.204~0.059,均呈下降趋势,乡村生产空间系统的协调性和活力得以增强;总熵变为0.221~0.010,呈相同趋势,乡村生产空间系统有序度不断提高,总体上向健康水平发展。（2）2001-2015年重庆市乡村生产空间系统可持续发展能力得分为1.285~2.803,呈上升趋势,系统可持续发展态势良好,并不断向可持续方向演进。（3）可持续发展能力得分与支持型输入熵、还原型代谢熵正相关,与压力型输出熵、氧化型代谢熵负相关,与熵流、熵产生和总熵变负相关。     

Formation and transformation of schwertmannite in the classic Fenton process

The massive amount of sludge generated by the classic Fenton process, which has often been hypothesized to consist of ferric hydroxide, remains a major obstacle to its large-scale application. Therefore, reutilization of Fenton sludge has recently gained more attention.Understanding the formation, transformation, and properties of Fenton sludge combined with the stages of the Fenton reaction is pivotal, but not well illustrated yet. In this study,SEM-EDS, FT-IR, XRD, and XPS were applied to study the morphology, crystallinity,elemental composition, and valence state of Fenton sludge. The authors report that schwertmannite and 2-line ferrihydrite were generated and transformed in the oxidation phase and the neutralization phase of the Fenton process. SO_4~(2-) in the solution decreased by8.7%–26.0% at different molar ratios of Fe(II) to H_2 O_2; meanwhile, iron ion precipitated completely at pH 3.70 with the formation of schwertmannite containing sulfate groups in the Fenton sludge. The structural sulfate(Fe-SO_4) in schwertmannite was released from the precipitate with the addition of OH-, and the production of Fenton sludge decreased with increasing pH when pH 3.70. Goethite was found to form when the final p H was adjusted to 12 or at a reaction temperature of 80°C. Moreover, the possible thermal transformation to goethite and hematite indicated that Fenton sludge can be reused as a raw material for synthesizing more stable iron(hydro)oxides. The results provide useful insights into the formation and transformation of Fenton sludge, with implications for regulating the crystal type of Fenton sludge for further reuse.     

Transformation of sulfamethazine during the chlorination disinfection process: Transformation, kinetics, and toxicology assessment

Various disinfection byproducts(DBPs) form during the process of chlorination disinfection,posing potential threats to drinking water safety and human health. Sulfamethazine(SMT),the most commonly used and frequently detected veterinary antibiotic, was investigated in detail with regard to its transformation and kinetics in reactions with free available chlorine(FAC). Using liquid chromatography coupled to quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry, several DBPs were identified based on different confidence levels, and a variety of reaction types, including desulfonation, S–N cleavage, hydroxylation, and chlorine substitution, were proposed. The kinetic experiments indicated that the reaction rate was FAC-and pH-dependent, and SMT exhibits low reactivity toward FAC in alkaline conditions. The DBPs exhibited a much higher acute toxicity than SMT, as estimated by quantitative structure activity relationship models. More importantly, we observed that the FAC-treated SMT reaction solution might increase the genotoxic potential due to the generation of DBPs. This investigation provides substantial new details related to the transformation of SMT in the chlorination disinfection process.     

厦门市陆地生态系统空气负离子服务能力评估

为探讨厦门市陆地生态系统负离子的服务能力及其影响因素,以生态系统产生的有益于人类身心健康的空气负离子个数为表征指标,改进了空气负离子服务评估方法,基于空气负离子监测数据计算了厦门市空气负离子服务功能量,并分析了厦门市空气负离子的时空变化规律及其影响因子.结果表明:厦门市2015年空气负离子服务功能量为1.37×1025个,单位面积负离子服务功能量为0.8×1016个/m2.从行政分区来看,同安区空气负离子服务功能量最大,约占厦门市总量的56.5%;从生态系统类型上看,森林生态系统空气负离子服务功能量最大,约占厦门市总量的86.6%.厦门市空气负离子日浓度存在明显的"波峰"与"波谷",波峰主要分布01:00-07:00之间,波谷主要分布在12:00左右;厦门市空气负离子浓度存在明显的季节性变化特征,夏季生态系统空气负离子平均浓度为2 437个/cm3,约为春季的2倍;不同生态系统空气负离子浓度存在明显差异,如森林远大于草地、耕地等生态系统;对于大多数生态系统类型而言,空气负离子浓度主要受到温度和湿度的影响,表现为随着温度的升高而降低、随着湿度的升高而增加.研究显示,厦门市森林生态系统的空气负离子服务能力最强,乔木绿地空气负离子服务能力大于灌木、草本绿地,城市森林、乔木绿地面积越大,为人类提供的空气负离子服务越大.      

南京市水环境承载力动态变化研究

为揭示区域水环境承载力动态变化特征,以南京市为例,从社会经济、水资源和水生态环境3个子系统选取18个指标,构建水环境承载力评价指标体系并确定各指标权重,利用模糊综合评价模型对水环境承载力进行评价,并通过障碍度模型诊断影响水环境承载力的障碍因素.结果表明:①2006-2016年南京市水环境承载力综合评分值从0.345 0增至0.470 0,整体呈上升趋势.②子系统评分值差异较大.水生态环境子系统评分值波动起伏但总体水平较高,年均评分值为0.615 1;社会经济子系统评分值从0.427 6逐年增至0.635 6.二者为承载力的提升奠定了基础.水资源子系统评分值低于0.200 0,极大地制约了南京市水环境承载力的发展水平.③从障碍度分析来看,人口密度、水资源开发利用率、人均水资源量及水功能区水质达标率是水环境承载力的主要障碍因素;就子系统而言,水资源子系统的障碍作用最为显著.研究显示,人口密度偏大、水资源供需矛盾及水功能区水质达标率偏低等是制约南京市水环境承载力的关键因素,也是提升南京市水环境承载力的重点.      

虚拟水社会循环视域下的水资源承载力评价

中国水资源短缺且分布不均,水资源利用的矛盾已从供给不足转为承载过度。以“可持续利用”概念为框架,在生态完整、水资源持续有效供给的基础上结合虚拟水社会循环过程,完善水资源承载力评价体系,并对西北地区进行分析评价。结果表明：（1）陕西总体较好,但近十年间呈现不断下降趋势,其中环境压力承压最大;甘肃总体上呈下降趋势,在环境和社会压力方面变化尤为明显;宁夏一直处于濒临或轻度超载状态,通过虚拟水贸易有所缓解;新疆受虚拟水流出影响较大,一直处于濒临或轻度超载状态;青海基本处于承载富余状态。（2）虚拟水贸易对水资源承载力综合压力指数影响较大,结合虚拟水社会循环过程的水资源承载力评价更具有现实指导意义。（3）面对不同水资源禀赋及用水效率的地区,其发展模式可以适当不同,用水效率高的地区可偏发展激进型一些,用水效率低的地区建议更靠近环保激进型一些。     

水土资源匹配视角下中国省域农产品供需平衡分析及其政策启示

粮食安全关系到中国稳定与发展和国际贸易秩序。以省级行政区为基本单位,基于2016—2018年各省份常住人口、农产品消费量、农业数据及相关参数,采用生态足迹和水足迹评价方法,在只考虑食用和再生产消费且不考虑地区耕地质量差异的条件下,核算各省份农产品自给的水土资源需求,评价中国省域水土资源承载力状态。结果显示：（1）中国现有耕地资源总量可满足自身耕地总需求（前者是后者1.81倍）,但省际差异大,东部沿海省市耕地不足。（2）农业可用水资源总量亦可满足农业可持续生产需求,但区域严重不平衡,华北平原与宁夏水资源赤字严重,而青藏高原地区、长江以南省份农业可用水资源丰富。（3）水土资源空间不匹配制约了中国农业的粮食生产潜力,不考虑环境净化用水,水土资源匹配状态可满足全国粮食自给需求;但考虑环境净化用水,中国粮食难以实现自给,承载力赤字达33715.50万人。以资源环境可持续为导向,未来中国应从农业生产布局优化、农业结构调整、农业科技、产业与人口转移、农产品进口和农业国际合作等方面着手,解决中国农产品需求问题。     

面向碳中和的中国低碳国土开发利用

基于IPAT和IBIS模型在预测人为碳排放和陆地生态系统碳汇的基础上,探讨了中国2060年实现碳中和的可行性以及不同土地利用方式承载的碳汇分布。2060年我国人为碳排放预计为0.86 Pg C yr ^-1;IPCC报告中RCP 2.6和RCP 6.0情景的陆地生态系统分别中和33%和38%的人为碳排放。2060年林地、草地、耕地是陆地生态系统碳汇主要贡献者,占93%;与2030年比,在RCP 2.6情景下林地和草地的碳汇贡献分别下降10%和8%,而耕地上升18%;RCP 6.0情景下林地和草地的贡献分别下降7%和2%,而耕地上升4%。但若按2051—2060年间两种情景下的最高年份（2055年）的碳汇计,则分别可以中和65%、82%的人为碳排放。据此,提出为实现2060年碳中和,应以碳承载力为基础,聚焦区域国土空间规划和建设用地开发规模,对土地利用转变进行严格管控,探索制订土地利用碳排放标准。     

污泥基活性炭-甲醇工质对吸附/解吸特性

将市政生物污泥资源转化与吸附制冷能效提升相交叉融合,通过炭素前驱体进行复配、KOH催化炭化及磷酸催化活化相结合的压块炭改进工艺对污泥基活性炭的孔结构进行原位调控,制备了4种新型污泥基活性炭（WNC-4/3/2/1）;对比研究了以污泥炭和甲醇制冷剂为工质对的吸附制冷床的吸附/脱附循环、制冷量及制冷功率变化特性.结果表明： KOH和磷酸浸渍过程可分别促进微孔及中孔结构的发育,WNC-4的总孔、微孔及中孔容积分别达到0.6960,0.1641和0.5319cm³/g.比表面积与孔结构容积水平的同步提升与甲醇制冷剂吸附/脱附量呈良好的相关性（R²>0.90）.基于Langmuir吸附等温模型（R²=0.9939）计算的最大吸附量Q_L^*达到（552.67±23.83）mg/g;基于Sokoda-Suzuki方程计算的40min内的平衡吸附量和脱附量分别为（372.94±9.504）和（412.55±8.309）mg/g.脱附温度为100℃时,WNC-4吸附制冷系统的稳定脱附量、制冷量和制冷功率分别达到（328.81±10.74）mg/g,（300.34±9.81）kJ/kg和（600.68±19.62）kJ/（kg·h）.