生态能质(eco-exergy)在水生生态系统建模和评价中的应用

生态能质(eco-exergy)是指系统从给定状态达到热力学平衡状态所做的功,可以度量生态系统的复杂生物化学组分及生态结构。系统具有的能质越大,有序化程度越高,稳定性也越强。生态能质和比生态能质(specific eco-exergy)指标能够评价水生生态系统健康状况,对水生生态系统演替阶段具有指示作用。本文阐述了生态能质的定义、生态学意义以及生态能质值和权重因子fi值的计算方法。对生态能质作为功能函数在水生生态系统结构动力学模型(structural dynamic models,SDMs)中以及作为生态指标在生态系统健康评价、生态恢复研究中的实际应用进行了总结。最后探讨了生态能质指标的局限性以及未来的发展。此外,文中建议将eco-exergy和specific eco-exergy统一翻译为生态能质和比生态能质。     

滦河流域景观格局变化对水沙过程的影响

以滦河流域为研究区域,基于SWAT模型模拟1976—2012年滦河流域的水沙过程,分析2000年京津风沙源治理项目实施前后流域产水产沙时空格局变化;研究1980—2010年流域景观格局变化特征,揭示景观格局变化的水沙响应;应用Spearman相关分析法分析流域景观格局变化对水沙过程的影响。结果表明:与20世纪80年代相比,2010年流域林地和建设用地增加,其他用地类型减小;流域景观集中程度提高、连通性变优、优势斑块显著、形状趋于规则、多样性减少、破碎化程度降低、景观类型向非均衡方向发展;流域年均地表径流减少9mm,产水量增加5.44mm,产沙减小1.59t/hm~2;地表径流减少区域占全流域89.32%,产水量增加区域占76.71%,产沙量减少区域占93.89%;地表径流、产水、产沙与林地面积呈负相关,产水与草地面积呈正相关,地表径流、产沙与农业用地面积呈正相关;地表径流、产水、产沙与景观形状、Shannon′s均匀度、景观分离度呈正相关,与蔓延度、最大斑块指数呈负相关;产水、产沙与斑块密度和Shannon′s多样性指数呈正相关;工程治理后,流域年均径流量与产沙量显著下降,产水产沙高值区显著缩小,产沙关键区域仍需治理。     

大型底栖动物对河口沉积物的扰动作用

利用微宇宙示踪技术,定量研究了天津北塘河口地区的天津厚蟹、沙蚕、泥螺和青蛤4种底栖动物对沉积物的扰动作用.结果表明：生物扰动对沉积物的分布具有明显影响.不同底栖动物扰动能力不同,对表层沉积物的扰动强度（扩散系数,10^-3 cm²·d^-1）大小依次为：沙蚕（2.95）> 天津厚蟹（1.00）> 青蛤（0.78）> 泥螺（0.35）> 对照（0.05）;对深层沉积物则是天津厚蟹（3.10）>沙蚕（2.33）>青蛤（0.28）>泥螺（0.15）> 对照（0.05）.这种差异主要与不同底栖动物所属的功能群不同有关.底栖动物体积与表层沉积物扩散系数显著相关（P<0.05）,可采用底栖动物体积预测其对沉积物的扰动强度.     

纳米材料在污染水体和土壤修复中的应用

纳米材料由于其特有的理化性质,如强的吸附性能、高的催化效率,不仅克服了传统污染水体和污染土壤修复技术的不足,而且表现出更高的修复效率。因此,利用纳米材料对污染环境进行修复已成为当今环境领域的研究热点。本文对纳米Fe0、表面修饰的纳米材料、纳米螯合剂等纳米材料近几年在污染水体和污染土壤修复中的进展进行了归纳和总结,并且对其在环境科学与工程领域应用的研究重点进行了展望。     

柠檬酸、草酸和乙酸对污泥中镉、铅、铜和锌的去除效果

研究了柠檬酸、草酸和乙酸对污泥中Cd、Pb、Cu和Zn等重金属的去除效果,并分析了污泥中重金属的形态变化和生物有效性.结果表明,随着反应时间和酸浓度的增加,污泥中重金属（Cu除外）的去除率也相应增加.污泥加入柠檬酸溶液反应7 h即可去除污泥中52.0%的Pb和74.2％的Zn, 24 h后可去除76.0%的Pb和92.5%的Zn,草酸和乙酸对重金属的去除率较低.柠檬酸去除的Pb和Zn主要以稳定态存在,并导致污泥中不稳定态重金属的比例上升,其中可交换态重金属浓度有不同程度的增加.虽然有机酸对Cd和Cu的去除率较低,但反应后可交换态Cd和Cu的浓度仍有小幅增加.     

修复土地再用生态风险评价方法研究

针对污染土壤的修复技术研究已经取得了很多重要的结果,但是对修复效果的评价研究却相对较少。实际上,在对污染土壤进行物理、化学以及生物修复后,再用前需要根据再用目的对可能残留的污染物或修复剂是否会产生生态安全和人类健康问题进行风险评价。本文着重从修复场地原位观察法、实验室模拟观察法、微宇宙法和现场经验与推导法四方面讨论了如何能够有效、灵敏地诊断污染物对生态系统产生的潜在危害,归纳了生态毒理学实验在评价修复土地再用风险中的作用;并对修复土地再用生态风险评价的发展前景进行了展望,提出了针对性的建议。     

铬渣堆放场地土壤的污染过程、影响因素及植物修复

铬渣堆放场地的土壤污染已成为重要的环境问题之一,并引起广泛关注。为了对铬渣堆场铬污染情况有更加详细的了解,本文对铬渣污染土壤的2个基本过程(铬渣中铬的水平迁移过程与垂直运移过程)、土壤有机质、pH、Eh和含水量、土壤类型及其无机胶体组成以及地下水运动方向等影响其迁移的因素进行了分析。在此基础上,对铬超积累植物的筛选、铬超积累植物的富集机制、铬渣堆场周围污染土壤的植物修复及其机理进行了概述。虽然目前对铬污染土壤的植物修复还处于起步阶段,但利用超积累植物对铬渣污染场地进行修复前景广阔。     

基于时空地理加权模型的中国沿海地区自然资本动态演变与生态补偿

海陆交错地带是经济与生态矛盾最为突出的敏感性地带,明晰沿海地区自然资本动态演变,核算和评估其生态补偿金额对区域可持续发展具有重要意义。采用扩展的三维生态足迹模型,对2009—2019年中国沿海地区自然资本占用情况进行量化,并利用时空地理加权模型进行驱动力因素分析,同时计算各地区2017年生态补偿金额。结果表明：研究期间,中国沿海地区人均生态足迹先升后降,总体增幅为42.4%,人均生态承载力变幅较小,人均生态赤字增幅达51.5%,人类活动对生态环境的胁迫越来越强;足迹深度和足迹广度持续增加,需要近9个沿海地区的自然资本流量才能满足其发展,且需要消耗自然资本存量或引入区域外存量来填补不足;经济发展和产业结构对自然资本利用影响较大且存在时空异质性;生态补偿支付区占比较大且补偿金额差异显著。通过量化沿海地区自然资本利用格局与动态演变趋势,分析其影响因素并进行生态补偿测算,可以为区域生态文明建设和管理提供决策参考。     

BTEX的环境质量标准研究进展

苯系物(BTEX)是苯(benzene)、甲苯(toluene)、乙苯(ethylbenzen)和二甲苯的3种同分异构体(o-,m-,p-xylene)的统称。由于其广泛存在于大气、水和土壤等环境介质中,并对相应的生态系统和人类健康造成威胁,引起了有关部门的高度重视。本文综述了BTEX的环境质量标准研究,通过介绍美国环保局、澳大利亚和加拿大等发达国家以及世界卫生组织、欧盟等国际组织关于BTEX的室内空气、地表水和土壤环境质量标准,并与我国对应标准进行比较,指出我国环境质量标准中存在的一些问题和不足。最后,对今后我国BTEX环境基准的系统研究提出建议。     

抗生素抗性基因连锁传播的侧翼保守元件分析

抗生素在医疗、畜牧和水产养殖业的大量使用造成了环境中耐药细菌和抗性基因的日益增加,也加速了抗性基因在环境细菌间的传播扩散.本研究以环境样本直接提取的总DNA为模板,运用热不对称交错PCR (thermal asymmetric interlaced PCR, Tail-PCR)技术直接扩增抗生素抗性基因上下游序列.通过优化Tail-PCR反应程序,单循环同时扩增出tetW基因的多条侧翼序列,包括6条上游序列和9条下游序列.基于序列的生物信息学分析发现,上游包括一段反向重复序列和已知的一段tetW调节肽序列以及一个已知的插入序列,下游包括一个保守的未知序列和一个开放式阅读框架(the open reading frame,ORF)编码甲基转移酶.结果不仅发现了可能协助tetW基因传播的功能元件,也提供了一个未知侧翼序列高效和便捷的研究方法,即采用Tail-PCR技术,一组样品即能便捷获得多条侧翼序列.