三维超声阵列风速风向测量方法

针对传统时差法测风精度受超声波传播时间测量精度直接影响的问题,提出了一种基于空间超声波传感器阵列及波束形成算法的三维风参数测量方法。使用一种新的一发多收的空间超声波传感器阵列结构,利用波束形成算法空域滤波,实现了增强期望信号、抑制干扰、提高测风精度的效果,仿真实验结果表明:在信噪比为5 dB时,所提方法几乎能达到100%的测量成功率,且信噪比越大,测量成功率越高,均方根误差越小。搭建了硬件实验平台对所提测风方法进行实验验证,结果表明:在允许结构误差和设备误差的前提下,所测风洞中的风速为6.363 7 m/s,与机械式测风仪所测结果6.443 m/s仅相差0.079 3 m/s,初步验证了所提方法的工程可行性。所提方法可为测风方法的探索提供一种新思路。

基于CiteSpace的农村生活污水处理研究进展与趋势可视化分析

农村生活污水处理是农村人居环境整治的重点任务之一。本研究基于CiteSpace对2000—2020年Web of Science(WOS)数据库中农村生活污水研究领域的研究论文进行科学计量可视化分析。结果表明,在国际上,近5年农村生活污水领域研究论文累积发表186篇,数量呈持续增长趋势,正处于“成长期”,受到国内外学者的重视。基于关键词出现频率的共现与聚类分析可得,该领域研究进程中的高频关键词为“constructed wetland”“performance”“removal”“system”“nitrogen”,中国知网中文文章的高频词研究内容与其一致,主要热点话题为“nitrogen removal“”constructed wetland“”water quality”。对农村生活污水研究关键词从时区角度分析,并结合文章引用、关键词(包括)突发检测,发现农村生活污水未来研究将聚焦在利用人工湿地、土壤渗滤系统去除污染物,优化与研发农村生活污水处理工艺(植物、温度、组合工艺等),同时需加大污水沉积物的研究力度。本研究分析了农村生活污水处理领域可视化的进展和发展趋势,预测了该领域未来的研究方向,为推进农村环境污染治理提供了理论依据。

新冠肺炎疫情对农村人居环境整治的影响

新型冠状病毒肺炎(COVID-19,简称“新冠肺炎”)疫情的发生,影响了我国经济水平较低、环境管控力度较薄弱的农村地区的发展.通过对新冠肺炎防疫过程与农村人居环境整治工作间的相互关系进行剖析,探究新冠肺炎疫情防控对农村人居环境整治的主要影响.结果表明,农村垃圾堆积、污水处理不当、厕所粪污无害化处理不达标以及基础设施建设不完善等农村人居环境薄弱环节,存在形成病毒传播扩散途径的风险.而交通运输限制虽然有效抑制了新冠肺炎疫情扩散,但也致使农村人居整治工作延滞.同时,新冠肺炎疫情的传播扩散在短期内限制了农民行为活动,降低了群众对农村人居环境整治工作的热情.据此,建议应健全农村人居环境整治制度,完善整治工程技术,从而在有效管控新冠肺炎疫情传播的同时,更好地推进农村人居环境整治,提高农民生活质量,为疫情过后恢复农民生活、农业生产以及农村发展打下坚实的基础.

好氧-厌氧两相堆肥过程中抗生素耐药基因的变化特征及影响因素研究

针对堆肥处理过程中抗生素耐药基因(antibiotic resistance genes,ARGs)去除效率不高、诱导潜在致病菌传播扩散等环境安全问题,采用好氧-厌氧两相堆肥处理猪粪、秸秆,探讨ARGs丰度及微生物群落的变化特征,并明确影响ARGs相对丰度变化的关键因子.结果表明:与单一好氧相比,好氧-厌氧两相堆肥能更有效地降低部分ARGs及潜在致病菌的相对丰度,其中ermB、tetK的相对丰度分别降低了39.68%、72.19%,假单胞菌属(Pseudomonas)、梭菌属(Clostridium_sensu_stricto_1)的相对丰度分别降低了96.09%、90.07%.主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)及冗余分析(Redundancy analysis,RDA)得出,微生物群落和环境因子均显著影响ARGs相对丰度的变化(P<0.05),贡献率分别为82.0%、71.2%.其中,梭菌属(Clostridium_sense_stricto_1)、黄杆菌属(Flavobacterium)、尿素芽孢杆菌属(Ureibacillus)和海洋杆菌属(Oceanobacillus)是影响ARGs相对丰度变化的主要微生物菌属;温度、电导率、含水率和pH是影响ARGs相对丰度变化的关键环境因子,贡献率分别为22.0%、16.7%、16.2%和15.0%.研究显示:与好氧堆肥相比,好氧-厌氧两相堆肥能更有效地去除ARGs,并抑制潜在致病菌的繁殖扩散,从而减少环境风险;然而部分ARGs和潜在致病菌仍存在增殖现象,因此亟需进一步优化好氧-厌氧两相堆肥工艺.

畜禽环境中抗生素的去除及其风险评估

抗生素作为饲料添加剂广泛应用于畜禽养殖业,造成养殖环境抗生素大量蓄积,尤其是在畜禽粪便中,长期的积累不仅污染养殖场内土壤环境,残留的抗生素还会随畜禽粪便进入周边水体及农田环境,威胁农作物及人体健康。目前,国内相关研究主要集中在抗生素的降解工艺及降解规律方面,而对其去除效率的影响因素及风险评价研究相对较少。笔者综述了国内外抗生素的降解转化及去除方式等的研究进展,并概述了抗生素在畜禽环境中的生态风险评估的研究现状,为抗生素的高效去除、风险预估及畜禽粪便资源化安全利用提供理论基础和技术支撑。

多介质土壤渗滤系统去除农村污水中典型污染物的研究进展

多介质土壤渗滤(multi-soil-layering,MSL)系统作为低成本、易维护的农村污水处理技术成为新发展趋势。本文梳理了MSL系统的常见类型与运行原理,阐述了MSL系统去除农村污水中典型污染物的效果及其影响因素,从经济、社会与环境效益角度对MSL系统的应用现状与前景进行了评估,分析了其处理农村污水的优劣势与限制因子。指出应进一步优化MSL系统工艺,深入探究该系统对典型污染物的去除机制,加大其对抗生素耐药基因等新兴污染物的去除研究,为农村污水的高效处理与利用提供理论基础与技术支撑。

农村固体废弃物中抗生素及耐药基因的赋存及风险管理

全球范围内抗生素抗性的传播扩散严重威胁人类健康。固体废弃物中的生活垃圾、污泥和畜禽粪便是抗生素及耐药基因的重要储库。针对新型环境污染物抗生素和耐药基因,综述了农村固废中抗生素及耐药基因的赋存和传播扩散,阐述了农村固废中抗生素及细菌耐药的生态风险、控制管理和消除方法,并结合目前抗生素及耐药基因的污染状况,对今后研究重点进行了展望。

三格化粪池在我国农村改厕中的应用现状及模式类型

三格式户厕是我国农村改厕推荐模式之一,三格化粪池是三格式户厕的核心组成部分,也是当前我国厕所革命推进过程中应用最广的粪污处理设备。本文基于三格化粪池在我国农村改厕中的应用情况,分析了三格化粪池在实际应用中存在的常见问题,明确了当前粪污资源化利用与达标处理技术类型的适应范围和优缺点,最后对农村三格化粪池技术进行了展望,旨在为三格化粪池模式建设提供技术指导,为进一步优化粪污利用技术、规范改厕工作提供理论参考。

易腐垃圾处理技术及其效果研究进展

随着易腐垃圾数量的日益增加,其对环境的影响也越来越大。易腐垃圾虽然具有严重的污染特性,但也存在资源化利用的潜力,通过不同的技术对易腐垃圾进行处理,可以减小其所造成的危害,实现对易腐垃圾的资源化利用。本文综述了易腐垃圾传统处理技术(填埋、焚烧、粉碎直排)、生物资源化利用技术(饲料化处理、厌氧发酵、好氧堆肥等)以及目前一些新型处理技术,对这些技术的处理效果、缺陷进行归纳,阐述了技术应用状况,同时分析了垃圾分类对易腐垃圾处理的影响,以期为易腐垃圾处理技术的优化和资源化利用的发展方向提供理论参考。

三格式化粪池出水水质特征及对周边土壤环境的影响

为进一步摸清三格式化粪池对粪污的处理效果及其对周边环境的影响,本文选择了广西壮族自治区典型村,对三格式化粪池第二、三格出水水质特征进行分析,同时采集三格式化粪池周边横向及纵向土壤,探究其理化指标与微生物群落结构的变化规律,从而阐述三格式化粪池产生的环境风险,明确三格式化粪池周边横向土壤与纵向土壤中潜在致病菌变化的关键影响因素。研究发现,三格式化粪池对粪污中的有机质(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的平均去除率分别为66.77%、61.82%和26.64%,然而,三格式化粪池第三格出水中TOC、TP、TN含量仍高达219.0、32.9、226.0 mg·L^(-1),TOC含量超过《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2005)要求。三格式化粪池周边土壤中的TOC、TN、TP的含量随化粪池距离和深度的增加而下降。距离化粪池10 m处表层土壤TOC、TN、TP分别为23.2 g·kg^(-1)、131.0 g·kg^(-1)、72.3 mg·kg^(-1);而40 cm深度土壤TOC、TN、TP值分别为22.9 g·kg^(-1)、89.0 g·kg^(-1)、80.3 mg·kg^(-1)。距离化粪池10 m处表层土壤TOC、TP、TN含量均高于背景土壤中TOC(22.3 g·kg^(-1))、TN(79.9 g·kg^(-1))和TP(71.3 mg·kg^(-1))的含量。PLS-DA分析表明,化粪池出水能够影响周边土壤环境微生物结构与分布,且三格式化粪池出水与周边土壤均检出潜在致病菌。通过Spearman与RDA分析可得,横向土壤的TP是影响潜在致病菌分布的关键环境因素(P<0.01);纵向土壤中,TOC与梭状芽孢杆菌(Clostridiales)、拟杆菌(Bacteroidales)等个别潜在致病菌之间呈正相关关系(P<0.05)。结果表明:三格式化粪池可影响周边土壤的理化性质和微生物群落结构,可能是由于三格式化粪池存在溢漏、渗漏或者在粪污转运过程中的滴漏等,而污染了周边土壤。

含盐农村生活污水灌溉对土壤微生物的影响

为探究农村生活污水中盐分对土壤养分及细菌、真菌的影响,以《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)中含盐浓度标准限值1 g/L为中位数,设置ZCK(0 g/L)、ZRW(raw water)(0.2 g/L)、ZW1(0.5 g/L)、ZW2(0.8 g/L)、ZW3(1.2 g/L)、ZW4(1.6 g/L)、ZW5(2.0 g/L)共7个不同盐分梯度处理试验,并采用高通量测序技术分析土壤细菌及真菌群落微生物组成等.结果表明:①土壤全盐量与土壤总氮、总磷、有机质含量均呈极显著负相关.②灌溉盐度在0~2 g/L内,其中Na+含量与细菌Chao1指数、Shannon-Wiener指数均呈极显著负相关(P<0.01),全盐量、Ca^(2+)含量均与真菌Shannon-Wiener指数、Chao1指数、ACE指数呈显著正相关(P<0.05).③整体来看,土壤细菌以变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)为优势菌门,以Arthrobacter、RB41、Gaiella、Rubrobacter、Sphingomonas为优势属.土壤真菌以子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)为优势菌门,以Mortierella、Neocosmospora、Metarhizium、Chaetomium为优势属.④Mg^(2+)、Cl^(−)为影响土壤40 cm深度处细菌优势菌门的主要盐基离子,其贡献率表现为Mg^(2+)>Cl^(−),真菌优势菌门无显著影响因子.研究显示:高含盐(>1 g/L)会显著降低土壤细菌的Shannon-Wiener指数,显著增加土壤真菌的Shannon-Wiener指数与Chao1指数,并且显著影响土壤细菌群落的相对丰度;含盐生活污水灌溉下土壤细菌功能预测代谢通路多为膜运输、氨基酸代谢、碳水化合物代谢;真菌功能预测多以腐生营养型与病例营养型为主.

不同盐浓度生活污水对土壤水盐和养分含量及小白菜品质的影响

为探究农村生活污水灌溉对土壤的水盐分布、累积,以及对土壤养分和作物品质的影响,试验以农业灌溉水质盐分标准(GB 5084—2021) 1.0 g/L为中位数设置7个盐浓度污水灌溉处理,分别是CK (0 g/L)、RW(raw water, 0.2 g/L)、W1 (0.5 g/L)、W2 (0.8 g/L)、W3 (1.2 g/L)、W4 (1.6 g/L)、W5 (2.0 g/L),采用室内有机玻璃土柱模拟试验法研究土壤水盐运移特性,结合冗余分析法探讨不同盐浓度污水灌溉下土壤盐基离子与土壤养分、pH值之间的关系,并分析盐分对小白菜品质的影响。结果表明:(1)盐浓度较高的生活污水灌溉会使浅土层土壤含盐量明显积累,土壤盐分呈现出浅层土高于深层土的规律。(2)灌水72天后,不同处理表层土持水率分别为29.50%(RW)、30.17%(W1)、30.24%(W2)、30.98%(W3)、30.85%(W4)、32.07%(W5),而W3、W4、W5处理60~80 cm土层土壤接近饱和,土壤持水率在34.08%~37.84%之间,此时易发生返盐现象。(3)Na^(+)+与TN、NH_(4)^(+)-N、OM呈显著负相关,与NO_(3)^(-)-N、TP呈显著正相关;Cl~-与TN、NH~+-N、NO~--N呈显著正相关,与TP、pH、OM呈显著负相关。随灌溉污水盐浓度增加,土壤有机质含量减少0.99%~33.55%、TN减少7.14%~23.47%、硝态氮增长36.36%~103.41%,TN、NH~+-N、pH值无明显变化。(4)一定盐浓度污水灌溉下小白菜蛋白质含量、维生素C含量、叶宽、鲜重较CK显著减少,可溶性糖及株高显著增加,其中全盐量、Mg^(2+)、Cl^(-)为小白菜品质的主要影响因子。综上,采用农村生活污水进行浇灌,需控制土壤水分过度饱和,以避免土壤积盐、返盐现象发生。长期灌溉以Na^(+)、Cl^(-)为主要盐基离子的生活污水可能对土壤养分及作物带来负面影响。

国外改善农村人居环境及其经验借鉴研究

[目的]农村人居环境整治提升是实施乡村振兴战略的重要内容,对宜居宜业和美乡村建设行动具有重要意义。研究发达国家的农村人居环境改善措施和实践经验,对我国农村人居环境整治提升具有重要的借鉴意义。[方法]文章通过梳理分析国外发达国家改善农村人居环境的发展历程、建设模式以及长效机制等内容,提炼总结国外改善农村人居环境中的先进经验和共性特征,并提出我国农村人居环境整治提升建议。[结果]为改善农村人居环境,构建生态宜居乡村,欧美、日韩等发达国家主要在农村人居环境建设与整治法律法规、资金筹措、群众参与和激励措施等方面建立了长效机制,具有完善性、长效性、多元化、主动性、协调性等特点。[结论]针对我国农村人居环境区域发展不均衡、法律体系不健全、长效管护机制不完善等问题,借鉴国外经验,我国农村人居环境整治提升应科学规划合理布局、创新农村人居环境发展新模式,因地制宜推进农村人居环境整治可持续发展,加强科普宣传、完善法律体系建设、构建村民自治机制和多元投入机制,推动我国农村人居环境迈向提质升级。

互质圆形阵列DOA估计方法

针对传统均匀圆形阵列孔径受限的问题,设计了一种互质圆形阵列,并在此基础上,研究了一种基于相位模式激励的二维波达方向估计方法。首先利用两个均匀圆形子阵列进行堆叠形成互质圆形阵列结构。然后,基于相位模式变换算法将元素空间问题转化到波束空间,将互质圆形阵列合成类似于ULA的范德蒙结构且中心埃尔米特对称的阵列流型,减小谱峰搜索维度。最后,通过酉变换实现阵列流型的实数化,降低算法复杂度。理论分析和仿真实验表明:在相同条件下,相比于均匀圆形阵列MUSIC算法,所提互质圆形阵列相位模式激励MUSIC算法的运行时间从1.825 s降至0.622 s,阵列孔径增大MN/(M+N-2)倍,具备更高的波达方向估计精度和系统实时性,并对相近源具有较高的估计分辨率。

抗生素-重金属复合污染对土壤中细菌耐药的影响

目前复合污染环境下耐药细菌在数量、种类以及抗性强度上都显著增大,多重耐药菌株也高频率检出,甚至出现了能够抵抗绝大多数抗生素的"超级细菌",因此抗生素-重金属复合污染对环境中细菌耐药的影响更需高度重视。就我国土壤环境中抗生素-重金属复合污染的现状,对抗生素与重金属复合污染的对土壤微生物耐药效应研究进展进行了综述,并对该领域需要进一步研究的问题进行展望,对于消除环境中的微生物耐药性具有重要意义。

天津市城郊不同土地利用类型土壤中抗生素分布特征及影响因素分析

选取了天津市城郊8个不同土地利用类型土壤(包括旱地、公园、林地、滩涂、水浇地、绿化带、居民区、荒地),共48个样本点,对天津不同土地利用类型土壤中抗生素含量、组成、分布特征及其影响因素进行研究。采用超高效液相色谱-质谱联用法(HPLC-MS/MS)检测了5类12种抗生素的残留水平,同时结合其土壤理化性质及微生物群落结构解析影响抗生素污染特征的关键因素。结果表明:抗生素总体检出浓度在(4.35~1.35)×10^(3)μg/kg,总体浓度顺序四环素类(TCs)>磺胺类(SAs)>喹诺酮类(QNs)>大环内酯类(MLs)>β-内酰胺类(β-lactams),其中旱地土壤中抗生素含量显著高于其他土地利用类型土壤抗生素,主要与有机肥施用有关。不同土壤抗生素主成分分析(PCA)发现,旱地和公园土壤中抗生素的组成与其他土壤类型存在较为明显的差异,这与畜禽粪便施肥以及外源生活中抗生素的排放有关;环境因子与抗生素的冗余分析(RDA)结果显示:土壤环境因子[总氮(TN)、总磷(TP)、铜(Cu)、锌(Zn)、p H]对抗生素的组成有较强影响(P<0.05);微生物与抗生素的斯皮尔曼(Spearman)相关分析发现,浮霉菌属(Planctomyces)、酸性细菌细菌WX27(AcidobacteriabacteriumWX27)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)、芽孢杆菌属(Gemmatimona)、嗜热光合细菌(Roseiflexus)、类固醇杆菌(Steroidobacter)、溶杆菌属(Lysobacter)、硫化细菌(Thiobacillus)与抗生素相关性达到显著水平(P<0.05),其中微生物与四环素和喹诺酮类抗生素相关性较强。研究结果可为后续土壤抗生素的污染防治工作提供参考。