基于边介数的省域生态廊道构建方法优化

我国城市建设和生态保护工作均对土地资源有大量需求,二者之间的矛盾在经济优先发展区表现尤为明显.为了有效地改善生态环境,管控土地利用并引导其变化发展,需要建设具备不可替代特征的省域生态廊道.最小累积阻力模型（minimum cumulative resistance,MCR）是识别生态廊道最常用、有效的模型,但在应用于省域尺度时,MCR模型识别的潜在廊道路由存在冗余的问题.因此,通过引入网络科学中的边介数指数（edge-betweenness）对MCR模型进行优化,计算潜在廊道路由的边介数指数值,选取出其中最为重要和简明的结构来连通生态源地,即提取潜在路由中的骨干路由（backbone route）和关键战略点（key strategic point）作为不可替代的结构来指导省域生态廊道建设.将优化后的MCR模型应用于广东省,构建了全长5 493 km的省域生态廊道,其中包含生态源地20处,关键战略点11个,骨干生态廊道29条.骨干路由与关键战略点构成的不可替代省域生态廊道（irreplaceable provincial corridor）能够实现"廊道数量和占地面积最少、连通性基本不变"的目标.研究显示,边介数能够对潜在路由进行优化筛选,识别出维护省域生态安全的关键结构;不可替代生态廊道能够指导省域生态规划和土地空间的发展利用,并为更高水平的生态安全环境提供了演进的基础;同时也为土地资源紧张的地区提供了建设生态廊道的参考与依据.      

On-going nitrification in chloraminated drinking water distribution system (DWDS) is conditioned by hydraulics and disinfection strategies

Within the drinking water distribution system (DWDS) using chloramine as disinfectant, nitrification caused by nitrifying bacteria is increasingly becoming a concern as it poses a great challenge for maintaining water quality. To investigate efficient control strategies, operational conditions including hydraulic regimes and disinfectant scenarios were controlled within a flow cell experimental facility. Two test phases were conducted to investigate the effects on the extent of nitrification of three flow rates (Q = 2, 6, and 10 L/min) and four disinfection scenarios (total Cl₂=1 mg/L, Cl₂/NH₃-N=3:1; total Cl₂=1 mg/L, Cl₂/NH₃-N=5:1; total Cl₂=5 mg/L, Cl₂/NH₃-N=3:1; and total Cl₂=5 mg/L, Cl₂/NH₃-N=5:1). Physico-chemical parameters and nitrification indicators were monitored during the tests. The characteristics of biofilm extracellular polymetric substance (EPS) were evaluated after the experiment. The main results from the study indicate that nitrification is affected by hydraulic conditions and the process tends to be severe when the fluid flow transforms from laminar to turbulent (2300<Re<4000). Increasing disinfectant concentration and optimizing Cl₂/NH₃-N mass ratio were found to inhibit nitrification to some extend when the system was running at turbulent condition (Q = 10 L/min, Re = 5535). EPS extracted from biofilm that was established at the flow rate of 6 L/min had greater carbohydrate/protein ratio. Furthermore, several nitrification indicators were evaluated for their prediction efficiency and the results suggest that the change of nitrite, together with total organic carbon (TOC) and turbidity can indicate nitrification potential efficiently.     

Chemical characteristics of road dust PM2.5 fraction in oasis cities at the margin of Tarim Basin

In order to understand the compositions characteristics of particulate matter with aerodynamic diameter less than 2.5 μm (PM_2.5) fraction in road dust (RD_2.5) of oasis cities on the edge of Tarim Basin, 30 road dust (RD) samples were collected in Kashi, Cele, and Yutian in the spring, 2018, and RD_2.5 was collected using the resuspension approach. Eight water-soluble ions, 39 trace elements and 8 fractions of carbon-containing species in PM_2.5 were analyzed. Ca²⁺ and Ca were the most abundant ions and elements in RD_2.5 (7.1% and 9.5%). Cl^- in RD_2.5 was affected not only by attributed to saline-alkali soils in oasis cities of the Tarim Basin and dust from Taklimakan Desert but also by human activities. Moreover, the organic carbon/elemental carbon (OC/EC) ratio indicated that carbon components in RD_2.5 in Cele town mainly come from fossil fuel combustion, while those in Yutian and Kashi mainly come from biomass combustion. It is noteworthy that high Ca in RD_2.5 was seriously affected by anthropogenic emissions, and high Na and K contents in RD_2.5 could be derived from soil and desert dust. It was estimated that Cd, Tl, Sn and Cr were emitted from anthropogenic emissions using the enrichment factor. The coefficients of divergence (COD) result indicated that the influence of local emission on road dust emission is greater than that of long-distance transmission. This study is the first time to comprehensively analyze the chemical characteristics of road dust in oasis cities, and the results provides the sources of road dust at the margin of Tarim Basin.     

新冠肺炎疫情期间我国居民佩戴口罩防护行为研究

口罩作为阻隔病毒传染的物理方式之一,其能阻断病原体经飞沫传播,同时具有双向隔离保护作用.佩戴口罩对于公众防范新型冠状病毒（2019-nCoV）感染的风险和维持人体基本健康具有重要意义.为了解新型冠状病毒肺炎（COVID-19,简称“新冠肺炎”）疫情期间我国居民佩戴口罩的行为模式特征,基于新冠肺炎疫情期间我国人群环境暴露行为模式调查,分析全国31个省（自治区、直辖市）居民在新冠肺炎疫情期间佩戴口罩的行为特征,并探讨不同潜在风险人群佩戴口罩行为模式的差异性.结果表明:①在新冠肺炎疫情期间,我国人群外出佩戴口罩的比例在99%以上,显著高于非疫情期间的口罩佩戴率（16.05%）,其中,医务人员以及与人群广泛接触群体的口罩佩戴率最高（100%）.②居民以仅佩戴医用外科口罩、仅佩戴一次性使用医用口罩以及佩戴医用外科口罩和一次性使用医用口罩3种模式为主,占31种口罩佩戴模式的60%以上.③新冠肺炎疫情期间,不同职业人群、不同所属人群以及不同疫情地区人群佩戴口罩的比例均存在显著差异.④新冠肺炎疫情期间,我国居民佩戴口罩的更换频次多为累计使用时长4 h更换一次和累计使用时长24 h更换一次.⑤人群外出佩戴口罩的比例随新冠肺炎疫情严重程度的升高而增加.尽管新冠肺炎疫情分布特征和管控措施存在差异,但居民佩戴口罩行为均表现良好,其中居住地不存在疑似病例的人群比居住地存在疑似病例的人群的口罩佩戴率更高,说明人群佩戴口罩行为与疫情的发展可能存在一定的相互作用.研究显示,新冠肺炎疫情期间我国人群佩戴口罩这一防护行为总体执行较好.      

新冠肺炎疫情期间我国居民洗手行为研究

直接接触和飞沫传播等方式是新型冠状病毒传播的主要途径,合理的洗手行为是切断暴露途径和降低病毒感染风险的有效防控措施,对于新型冠状病毒肺炎（COVID-19,简称“新冠肺炎”）疫情的防控具有重要的作用.该研究于2020年2月25日—3月14日,采用电子问卷的方式调查了覆盖我国31个省（自治区、直辖市）1 728个县（区）18岁及以上的居民,收集共计8 330名成人的洗手情形及洗手时长等信息,分析不同暴露情景下的洗手行为及其影响因素.结果表明:女性、城市地区居民在洗手比例和洗手时长上均分别高于男性、农村地区居民.人群在一般暴露情景下的洗手比例较高,而对于病毒感染风险较高的暴露情景（如咳嗽或打喷嚏后、接触他人后等）的洗手率（分别为73.6%和83.9%）排名靠后,说明人群对病毒的传播途径和防护措施有待深入理解;在洗手时间上,根据WHO规定的洗手时长标准（20 s）,仅有41.7%的人群洗手时长合格（大于20 s）,城区居民洗手时长的合格率（42.0%）显著高于农村地区（39.7%）;总体上,具有外出经历的人群洗手比例较未曾外出的人群高,新冠肺炎疫情期间居住地是否存在新冠肺炎疑似和确诊病例显著影响居民的洗手行为,但是疫情最严重的地区居民的洗手时长合格率（37.2%）最低,反而疫情最轻的地区居民的洗手时长合格率（43.6%）最高,说明居民的洗手行为可能受疫情等多方面的影响.研究显示,相比于非疫情期间而言,疫情期间我国居民洗手行为发生率提高,洗手时长合格率提高,但是仍然水平偏低.应提高居民洗手行为意识,科学地执行洗手这一防护措施,相关政策制定以及个人防护应当进一步关注和重视洗手行为的防疫作用.      

水稻秸秆生物炭中铜和镉的形态分布及释放特性

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省贵溪铜冶炼厂周边九牛岗污染区和中国科学院鹰潭红壤生态实验站清洁区种植的水稻秸秆制备生物炭（分别记为“九牛岗生物炭”和“红壤站生物炭”）,分析两种生物炭中Cu、Cd的含量及其化学形态分布,考察不同固液比及pH对生物炭中Cu、Cd浸出的影响.结果表明:九牛岗生物炭中Cu、Cd的总量（以w计）分别为119.99、3.83 mg/kg,显著高于红壤站生物炭（19.50、0.96 mg/kg）.尽管九牛岗生物炭中w（酸溶态Cu）、w（酸溶态Cd）显著高于红壤站生物炭,但在形态分布上,九牛岗生物炭中Cu、Cd主要为相对稳定态（可氧化态和残渣态）,二者占比分别为80.3%、76.7%,高于红壤站生物炭（二者占比分别为53.2%、48.0%）.高固液比和低pH可有效增加两种生物炭中Cu、Cd的浸出毒性,其中,九牛岗生物炭在固液比为1:20和1:60时,浸出液中ρ（Cu）、ρ（Cd）均超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅱ类标准限值.动力学及累积释放试验表明,两种生物炭中的部分Cu、Cd可在短时间内迅速释放而后逐渐平稳并有上升趋势,且九牛岗生物炭中Cu、Cd释放量显著高于红壤站生物炭.研究显示,来自污染区水稻秸秆生物炭中的Cu、Cd活性显著高于清洁区生物炭,具有更高的环境风险.      

洞庭湖区南汉垸水体浮游植物群落结构特征及其影响因素

环境要素的变化对浮游植物的群落结构和功能具有重要影响.为揭示洞庭湖南汉垸湖区浮游植物群落结构特征及其影响因素,分别于2017年11月（关泵封水期）和2018年6月（开泵放水期）在洞庭湖区典型堤垸——南汉垸进行了采样调查,并对调查区域内的浮游植物及主要水环境因子进行了系统监测和分析.结果表明:①调查期间共检出浮游植物8门62属,主要隶属于绿藻门（Chlorophyta）、硅藻门（Bacillariophyta）和蓝藻门（Cyanophyta）,浮游植物分布表现出较为显著的时间差异性,11月浮游植物的丰度为8.34×106~3.02×108 L-1,6月为1.13×106~2.04×107 L-1.②Shannon-Wiener多样性指数（H'）介于1.10~3.24之间,Margalef丰富度指数（d）介于1.42~6.40之间,Pielou均匀度指数（J）介于0.48~0.87之间,多样性评价表明,南汉垸整体上介于轻污染与β-中污染之间,局部采样点为α-中污染.③PCA（主成分分析）结果表明,ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（NH₄+-N）为南汉垸水体的主要污染因子.④RDA（冗余分析）结果表明,南汉垸浮游植物群落结构分布与pH、ρ（NH₄+-N）及ρ（TN）呈正相关,与WT（水温）呈负相关.研究显示,南汉垸水体介于轻污染与β-中污染之间,营养状态及浮游植物群落结构在时间上差异较大.      

长江中下游环境DNA宏条形码生物多样性检测技术初步研究

长江生物多样性在人为影响下面临严重威胁,物种监测是生物多样性保护的基础,为完善长江水生态监测体系,实现高效无损伤的物种监测,在长江中下游干流3个江段（新滩、安庆和芜湖）采集水样,建立长江水样环境DNA宏条形码物种检测体系并评估其有效性.结果表明:①长江中下游环境DNA宏条形码检测到32个物种,包括20种鱼类、1种水生哺乳动物（长江江豚）和11种陆生动物,其中鱼类物种包括鲤形目、鲇形目、鲈形目和鲱形目,其种数占鱼类总种数的比例分别为60%、25%、10%和5%.②长江中下游渔获物中资源量居首位的鲤形目在环境DNA调查中序列数最多,占鱼类总序列的96.2%,其次为鲱形目（占比为3.5%）,鲇形目和鲈形目占比较低,分别为0.2%和0.1%,4个类目序列相对丰度与渔获物种资源量组成差异较大.③环境DNA调查次数约占传统渔获物调查次数的几十至几百分之一,采样时间不足努力量最少的渔获物调查的1%,检测到的鱼类种数为传统调查总数的31%~49%.④安庆采样点位于长江中下游长江江豚密度最高的江段,其环境DNA检出率和序列相对丰度在3个采样点中均最高.研究显示:长江水样环境DNA包含水陆复合生态系统的生物多样性信息,利用水样环境DNA宏条形码可检测不同类群的水生和陆生物种;对于鱼类物种检测,环境DNA宏条形码比传统调查方法效率更高,可对传统调查结果进行补充;环境DNA宏条形码生物多样性检测主要受分子标记体系和核酸序列数据库限制,获取全面的物种多样性和资源量信息需要对检测分析方法进行进一步完善.      

关于在长江经济带布局以水质改善为目标的流域生态缓冲体系的思考

生态缓冲带能够有效减缓流域内的人类活动或自然过程对水环境和水生态系统的影响.在长江经济带构建流域生态缓冲体系,对长江生态保护修复具有十分重要的意义.讨论了构建流域生态缓冲体系涉及的生态缓冲带位置选择、缓冲体系所占最低面积比率、宽度划定等一些基本的原则要求;利用卫星遥感影像数据,提取各汇水单元的地形特征、土地利用类型特征、土壤类型、土壤侵蚀强度、水文水系等数据,对长江经济带流域生态缓冲体系进行布局.结果表明:①长江经济带内林草地是主要土地利用类型,占区域总面积的62.46%,但是分布很不均匀,主要集中在西部高地和中下游的丘陵地带,在人口密集、农田密集的区域分布偏少;城镇用地主要集中在长江中下游地区.②土壤类型空间差异显著,浙江省、江苏省、湖南省、江西省及安徽省大部分区域的土壤多是黏性比较大,污染物迁移能力较低;而污染物迁移能力较强的砂质土或者土层较薄的山地草甸土主要分布在四川省北部、西北部.水力侵蚀、风力侵蚀和冻融侵蚀均有分布,且以水力侵蚀为主,建议在中度及以上侵蚀强度区域尽量减少污染源,重点布置缓冲带,增加该区域的缓冲力度.③长江经济带范围内可以利用的中小型湿地、小型河流支浜的面积至少有1.4×104 km2,再结合林草缓冲带,就可以形成一个生态缓冲体系.④在土地利用类型分布结果基础上,叠加土壤侵蚀强度和水系分布,将污染源区、中度及以上侵蚀强度区、水体区作为缓冲对象,建立缓冲体系的重点区域,总面积约14.26×104 km2,占长江经济带总面积的6.95%.对照欧美地区的研究,6.95%的缓冲体系面积占比是偏低的,需要在长江经济带开展深入研究来确定适宜的缓冲体系面积比,推进长江经济带流域生态缓冲体系的构建.      

人工智能技术对长江流域水污染治理的思考

随着经济的快速发展和城市化进程的不断加速,促使水污染严重的长江流域需从污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制、水污染监测系统的构建开展水污染治理研究.传统的水污染处理技术存在污染物去除效率预测精度较低、污水优化控制成本较高、水污染监测滞后效应严重的问题.人工智能技术能够有效克服上述问题,因此通过梳理国内外学者利用人工智能技术在污水污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制及水污染监测系统的构建等方面的研究成果,为全面加强长江流域水污染治理能力提供科学可靠的技术指导.结果表明:①利用人工神经网络技术（径向基神经网络、多层前馈网络-人工神经网络、多层感知器神经网络）对污水污染物去除过程进行建模与优化,为精确预测长江流域重金属（Cr、Cu）、营养盐（TN、TP）、持久性有机污染物〔PBDEs（多溴二苯醚）、HCH（六氯环己烷）〕的去除率提供重要参考价值.②采用污水处理的自动控制技术与人工智能技术（递归神经网络、支持向量机、模糊神经网络等）构建污水智能控制系统,为长江流域实现高效节能的污水优化控制提供重要的技术指导.③利用在线监测仪器和人工智能技术（小波神经网络、多元线性回归-人工神经网络、叠层去噪自动编码器等）建立水污染智能监测系统,为解决长江流域水污染监测响应滞后问题提供有力的技术支持.因此,人工智能技术对长江流域提高污水污染物去除率,降低污水优化控制成本,提升水污染监测时效性具有重要的推广价值.