论湖滨带的结构与生态功能

湖滨带作为陆地和湖泊之间的过渡带,是健康湖泊生态系统不可缺少的有机组成部分,属于生态交错带的一种. 明晰湖滨带的结构与生态功能对湖滨带及湖泊的水环境改善与生态修复十分重要. 随着水环境因子的梯度变化,湖滨带的空间结构在横向、纵向和轴向分布上都表现出明显的圈层结构特点. 横向结构由陆向辐射带、水位变幅带和水向辐射带组成;纵向结构由空气、水体、底泥构成;轴向结构则是不同岸段湖滨带的景观变化和层次结构,体现整个湖滨带的全貌和湖滨带类型的组合. 湖滨带的时间结构体现在湖滨带生物及其生境条件随着时间推移的演化规律上,并在“时-空结构”中和人的积极存在紧密联系在一起. 影响时间结构的因素包括生物节律、气候因子、水动力等. 湖滨带在生态环境方面的功能可归纳为6项:污染物截留与净化、捕集和抑制藻类、提高湖滨带的生物多样性、提供野生动植物栖息地、控制沉积和侵蚀、调蓄洪水.      

不同污泥龄膜生物反应器内微生物的群落结构特征

为研究不同污泥龄MBR(膜生物反应器)内的微生物群落结构特征,构建了SRT(污泥龄)分别为10、20、40和80 d的4个平行的MBR,通过PCR-DGGE技术获得各MBR内微生物的DNA指纹图谱,并对条带进行切胶测序. 结果表明,SRT不影响MBR对废水的处理效果,不同SRT下MBR对NH₄+-N和COD_Cr的去除率均能达到90%以上. DGGE结果表明,在运行过程中,各MBR内的微生物群落结构均发生了明显变化,并且不同SRT的MBR内总细菌群落结构变化特征相同;SRT影响同一微生物在各MBR中的出现速率;总细菌Shannon-Wiener多样性指数和丰富度指数均随着SRT的增加而升高,SRT为80 d的MBR内Shannon-Wiener多样性指数最高. 测序结果表明,不同SRT的MBR内的优势种属不同,其中Arcobacter sp.、beta proteobacterium及Thiothrix sp.为不同SRT的MBR中共同存在的关键菌属,对MBR的运行起着重要作用.      

常温厌氧MBR中微生物群落结构与膜污染研究

为考察微生物群落结构与膜污染的关系,在常温下运行厌氧膜生物反应器,并应用末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)技术,对膜丝表面微生物群落结构变化进行了研究,同时考察了微生物群落结构变化与反应器中溶解性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)的关系.结果表明:在常温状态下膜污染周期约为18d,CODCr的去除率约为93%,运行效果稳定;微生物代谢产物的浓度随着微生物种群的演替呈逐渐升高的趋势,加速了膜污染进程;膜压(pTM)处于缓慢上升期时,膜丝表面微生物优势菌群为Raoultella、Owenweeksia hongkongensis,膜压(pTM)处于稳定上升期时,膜丝表面的优势菌群演替为 Delftia acidovorans、Halothiobacillus neapolitanus,最后当膜压(pTM)处于快速上升期时,bp78的微生物成为了膜丝表面的顶级群落.膜压(pTM)处于缓慢上升期和稳定上升期时,膜压(pTM)与微生物群落结构的多样性呈显著正相关;膜污染进入快速上升期时,膜丝表面出现了顶级群落,此时微生物群落多样性明显降低且与膜压升高呈弱相关;膜丝表面微生物群落均匀度随着膜压(pTM)的升高呈现出先增高后降低的趋势,膜丝表面微生物群落经历了不断附着,相互竞争至顶级群落出现的演替过程.     

太子河河岸带土地利用类型与硅藻群落结构的关系

为了评价河岸带土地利用对河流硅藻群落的影响,于2012年5月对太子河河岸带4种主要土地利用类型(森林用地、森林耕作用地、耕地、城镇建设用地)下38个采样点的硅藻群落和水环境特征进行采样分析. 结果表明:森林用地的指示种为膨大桥弯藻(Cymbella turgida)、优美桥弯藻(C. delicatula)、弧形峨眉藻(Ceratoneis arcus)、Gomphonema trancatum等寡污指示种;耕地的指示种为颗粒直链藻(M. granulate)、库津小环藻(Cyclotella kuetzingiana)、线形菱形藻(N. linearis)、尖布纹藻(Gyrosigma acuminatum)等污染指示种. 聚类分析结果显示,相同土地利用类型区域内,硅藻群落结构特征较为相似. 典范对应分析显示,ρ(COD_Mn)、ρ(SS)(SS为悬浮物)和ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)是影响硅藻群落结构特征的主要水环境因子. 不同土地利用类型区域内硅藻群落结构特征差异显著,其中,森林用地内硅藻生物指数(17.98)和硅藻属数量(17.33个)最高,Shannon-Wiener多样性指数(2.22)和Pielou均匀度指数(0.54)最低;耕地内Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数平均值最高,分别为3.37和0.82;城镇建设用地内物种丰富度(11.00)、硅藻生物指数(9.20)和硅藻平均密度(0.71×104 L-1)最低. 研究显示,不同土地利用类型通过对水环境因子的影响进而影响硅藻群落的变化,其中城镇建设用地面积所占比例较高的河流水环境质量和硅藻群落状况最差;太子河河岸带土地利用类型对河流硅藻群落结构影响显著,并表现出明显的空间异质性.      

我国北方农村生活燃煤情况调查、排放估算及政策启示

北方重灰霾频发时段与集中燃煤在冬季高度重合,引发了对农村散煤严重污染的担忧,但缺乏有力的统计数据支持. 2014年9月,在河北保定开展了当地农村生活能源使用情况入村调查,共获得5个村庄中543户家庭的能源使用数据. 结果表明:①保定农村地区散煤、电、液化气的使用覆盖率均很高,分别达到97%、100%和94%,反映了当前农村居民的能源消费更倾向于商业购置;而木柴和秸杆的使用覆盖率则较低,分别为13%和11%,表明传统的依赖于木柴和秸杆的能源方式已发生了根本改变. ②目前煤炭在农村能源结构中仍居主导地位,占近80%(其中散煤占76%,蜂窝煤占2%),其次为电力(10%)、液化气(5%),秸杆和木柴的比例(小于5%)均较低. ③调查估算,保定农村地区在2013年冬季采暖季(2013年11月─2014年3月)散煤用量超过500×104 t,高于《中国能源统计年鉴(2013)》中河北全省2012年农村散煤的用量(467×104 t),表明现有能源统计体系有待进一步完善. ④保定农村地区散煤的烟粉尘(即PM)和SO₂排放量分别为5.4×104和11.2×104 t,均超过了《中国环境统计年报(2013)》中保定的工业废气和城镇生活领域相应的排放量(甚至超过2个领域排放量之和),表明农村散煤燃烧的排放问题确应引起特别关注.由于农村散煤燃烧排放高度较低,其单位排放对空气污染的贡献要远高于高架源排放,因此,建议国家和地方将农村能源结构调整置于当前能源结构调整计划的最优先领域,采取综合措施,消除农村散煤使用的污染排放,这可能是应对当前冬季灰霾问题的关键举措之一.      

Catalytic activity of noble metal nanoparticles toward hydrodechlorination: influence of catalyst electronic structure and nature of adsorption

In this study, stabilized Pd, Pt and Au nanoparticles were successfully prepared in aqueous phase using sodium carboxymethyl cellulose (CMC) as a capping agent. These metal nanoparticles were then tested for catalytic hydrodechlorination toward two classes of organochlorinated compounds (vinyl polychlorides including trichloroethylene (TCE), tetrachloroethylene (PCE), and alkyl polychlorides including 1,1,1-trichloroethane (1,1,1-TCA), and 1,1,1,2-tetrachloroethane (1,1,1,2-TeCA)) to determine the rate-limiting steps and to explore the reaction mechanisms. The surface area normalized reaction rate constant, k_SA, showed a systematic dependence on the electronic structure (the density of states at the Fermi level) of the metals, suggesting that adsorption of organochlorinated reactants on the metal catalyst surfaces is the rate-limiting step for catalytic hydrodechlorination. Hydrodechlorination rates of 1,1,1-TCA and 1,1,1,2-TeCA agreed with the bond strength of the first (weakest) dissociated C-Cl bond, suggesting that C-Cl bond cleavage, which is the first step for dissociative adsorption of the alkyl polychlorides, controlled the catalytic hydrodechlorination rate. However, hydrodechlorination rates of TCE and PCE correlated with the adsorption energies of their molecular (non-dissociative) adsorption on the noble metals rather than with the first C-Cl bond strength, suggesting that molecular adsorption governs the reaction rate for hydrodechlorination of the vinyl polychlorides.     

概率统计在矿井通风系统可靠性评估中的应用

构建一个随机非稳定地下矿山通风系统,此通风系统有三个机组,机组的随机运行状态构成了一个完整的“系统的概率结构”。对此通风系统的运行状态进行概率统计分析,探讨了该随机系统的特征。由此推导出了通风系统故障的平均时间是一个显式的概率表达式。同时,假设系统失效时间和更换时间符合指数分布的情况下,得出计算系统故障平均时间的一个五阶多项式公式。通过验证,证明了系统故障平均时间的大小依赖于系统维修和更换的比率,而且是检验系统可靠性的重要指标,有利于提高矿山安全水平。     

矿山法双线地铁施工仿真及地表沉降数值分析

研究了左右双线矿山法隧道施工时的短期地面沉降。采用矿山法进行双线掘进,两隧道中心距13.2m,V级围岩CRD法进行施工,两侧隧道断面对称开挖。使用FLAC3D进行沉降分析,该软件能模拟地下隧道的掘进、支护和掌子面支护等。针对某地地质特征进行预测,这些特征是决定地面沉降量的关键因素。通过模拟左右双隧道对称掘进施工的暗挖隧道施工过程,得到了施工时的地面沉降规律,即沉降可分为两个阶段,且第一阶段沉降大于第二阶段沉降。最终为在市内建筑物密集区域修建地铁隧道提供安全可行的方法。     

产业结构调整对山东省碳排放的影响

在全球变暖的背景下,山东作为工业大省,碳排放总量居全国第一。因此,如何通过“转方式、调结构”以控制和减少碳排放是山东省日益紧迫的重大课题。论文采用LMDI分解方法定量分析了1994-2010 年山东省产业结构调整对碳排放的影响,并在此基础上结合LEAP模型预测2030 年之前的产业结构调整对山东碳排放的贡献。得出以下结论：①1994-2010 年产业结构效应为351.39×10⁴ t 标煤,对碳排放增长的贡献度为3.91%;②工业比重上升或下降1 个百分点所对应的CO₂排放量增加或减少78.6×10⁴～83.7×10⁴ t 标煤;③在基准情景和低碳情景下,到2030 年未来产业结构的调整对CO₂ 排放增长的贡献率分别约为-5.3%和-10.4%。这表明,与此前产业结构变动导致碳排放量增加的情形相反,未来产业结构的调整有助于减少碳排放。     

不同电子受体除磷污泥相似性与菌群结构研究

分别以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体,采用3组SBR反应器培养除磷污泥,连续126d的稳定运行表明:以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体除磷污泥对TP平均去除率分别为84.8%, 78.7%, 87.4%,出水TP平均浓度分别为0.758, 0.931, 0.632mg/L.采用高通量测序技术对不同电子受体除磷污泥的相似性与菌群结构进行了研究,结果表明,以硝酸盐,亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷污泥具有近似的菌群结构,与好氧除磷污泥菌群结构差异较大.基于各样品主导OTUs序列的系统发育关系及其比例的分布,主导微生物主要可以分为5个簇.通过序列比对,在97%的序列相似度条件下,种泥中聚磷菌与聚糖菌序列比例为0.716%与0.368%,以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体除磷污泥中聚磷菌与聚糖菌序列比例分别为1.78%, 2.53%, 4.80%与1.44%, 1.32%, 30.9%,厌氧-缺氧条件有利于抑制聚糖菌.亚硝酸盐为反硝化除磷污泥电子受体时潜在公共卫生安全隐患.