牦牛小脑不同区域神经营养素-4及其受体的表达特征与定位研究

神经营养素-4(NT-4)及其神经营养性酪氨酸激酶受体2(NTRK2)在小脑神经元存活、生长以及功能方面发挥着重要作用。为探讨NT-4和NTRK2在牦牛高原低氧适应中的作用,本研究以高原牦牛(Bos grunniens)和平原黄牛(Bos taurus)小脑为研究对象,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、蛋白免疫印迹技术(WB)、苏木精-伊红染色(HE)和免疫组织化学(IHC)对NT-4和NTRK2在牦牛与黄牛小脑不同区域中的表达分布进行分析。qRT-PCR和WB结果表明,NT-4基因和蛋白在牦牛小脑半球皮质中表达量最高,显著高于其他组织(P<0.05);NTRK2基因和蛋白在牦牛小脑蚓部皮质中表达量最高,显著高于其他组织(P<0.05)。与黄牛相比,牦牛NT-4蛋白在小脑各区域中的表达均显著高于黄牛(P<0.05);牦牛NTRK2蛋白在蚓部髓质和小脑半球髓质中的表达量低于黄牛或无差异,其余区域均显著高于黄牛(P<0.05)。IHC结果显示,NT-4和NTRK2蛋白阳性表达特征基本一致,皮质区主要分布于分子层的篮状细胞、浦肯野细胞层以及颗粒细胞层,而髓质区则散在分布于神经胶质细胞以及神经纤维中。由上述结果可知,NT-4和NTRK2在小脑各区域的表达差异可能与其参与脑组织生理功能以及适应高原低氧环境有关。在低氧环境下,NT-4和NTRK2通过上调激活相关通路以发挥内源性神经保护作用,进而保护脑组织免受低氧损伤。本研究结果可为探究牦牛脑组织低氧适应机制提供基础。

植物营养素(复合寡糖)对滴灌水果番茄生长和土壤酶活性的影响

为了摸清采用不同施量的植物营养素(复合寡糖)和灌溉定额对温室水果番茄生长、产量、品质及土壤酶活性的影响。试验在温室中种植水果番茄品种“嘉红100”,设置3个灌溉定额:5550 m^(3)/hm^(2)(W1)、6375 m^(3)/hm^(2)(W2)、7200 m^(3)/hm^(2)(W3)和3个复合寡糖施用量:168 g/hm^(2)(P1)、336 g/hm^(2)(P2)、504 g/hm^(2)(P3),CK处理作为对照组,总共10个处理,测定并分析不同处理对水果番茄生长、产量、品质和成熟期土壤中相关酶活性的影响。结果表明,灌溉定额和复合寡糖对水果番茄的生长有着一定的促进作用。水果番茄产量和灌溉水利用效率随着灌溉定额和复合寡糖的增加而增加,灌溉定额过高,会导致品质降低。在试验条件下,当灌水定额一定时,复合寡糖施用的越多,对产量和品质的提升越有利。对于土壤中的脲酶,复合寡糖用量的增加会提高其酶活性,P3用量的复合寡糖效果最好,灌溉定额过多会降低其活性;对于蔗糖酶,W2P1处理的蔗糖酶活性最高,酶活性随灌溉定额的增加先升高后降低。综上所述,推荐宁夏吴忠地区温室水果番茄种植采用的水-植物营养素耦合模式为W2P3(灌溉定额6375 m^(3)/hm^(2),复合寡糖504 g/hm^(2))。

南四湖出湖口沉积物-水界面中营养盐分布特征分析及释放风险评估

为了解决南四湖出湖口沉积物-水界面中磷酸盐、氨氮和硝态氮等营养盐释放风险控制缺乏科学依据的问题,利用薄膜扩散梯度技术、高分辨率孔隙水采样技术分析南四湖出湖口沉积物-水界面中营养盐浓度的垂直剖面分布特征,并根据有效态磷、有效态氨氮和有效态硝态氮的浓度,计算三者的净扩散通量,评估三者的释放风险。结果表明:非泄洪期南四湖出湖口上覆水中的溶解态磷浓度低于孔隙水中的,表明沉积物孔隙水中的溶解态磷可能会因浓度梯度的存在而向上覆水中扩散;根据连续分级提取法,钙结合态磷是南四湖出湖口沉积物中磷元素的主要赋存形态,表层沉积物中的不稳定磷元素含量高于深层沉积物中的;有效态磷与有效态铁呈显著正相关,说明南四湖出湖口沉积物-水界面中有效态磷的释放受铁氧化物还原释放影响;有效态磷、有效态氨氮和有效态硝态氮的净扩散通量分别为17.58、1.16、-40.72 ng/(cm^(2)·d),说明有效态磷和有效态氨氮有从沉积物向上覆水中释放的潜在风险。

二氧化碳-水-岩作用机理及微观模拟方法研究进展

系统综述CO_(2)-水-岩复杂作用机理、多孔介质反应输运(溶解、沉淀及沉淀运移)微观模拟、CO_(2)-水-岩系统微观模拟3个方面的研究进展,指出目前研究存在的主要问题并提出了关于未来研究方向的建议。CO_(2)注入储集层后,不仅存在常规渗流体系的流动和传质作用,还会产生溶解、沉淀及沉淀运移等特殊物理化学现象,其耦合作用导致多孔介质的孔渗参数变化规律复杂。孔隙尺度的微观渗流模拟,可以得到孔喉三维空间内的详细信息,且能显性观察到多孔介质流-固界面随反应的变化。目前研究主要在复杂作用机理解耦合、多矿物差异性反应表征、沉淀生成机理及表征(晶体成核和矿物脱落)、沉淀-流体相互作用模拟方法、多物理化学过程耦合渗流机制等方面存在局限。未来研究中,需要创新实验方法对“溶解—沉淀—沉淀运移”解耦合,提高矿物地球化学反应相关参数实验测试的准确度,在不同沉淀机理可靠表征的基础上,建立沉淀-流体相互作用模拟方法,并有机耦合各个物理化学过程,最终实现对CO_(2)-水-岩系统中“溶解—沉淀—沉淀运移”的耦合渗流模拟。

NaCl溶液浓度对磷石膏制备α-半水石膏转晶行为的影响

为提高湿法磷酸工艺排放的副产品磷石膏的利用率和附加值,采用常压水热合成法在NaCl溶液中制备α-半水石膏材料,研究了NaCl溶液浓度对α-半水石膏的结晶水含量、转晶行为、矿相组成和显微形貌的影响。研究结果表明,在温度为95℃质量分数为10.0%~20.0%的NaCl溶液中,磷石膏的结晶水含量均随着反应时间的延长逐渐降低,且降至约6%后将逐渐趋于平缓。结合XRD和SEM分析认为磷石膏在95℃质量分数为10.0%~20.0%的NaCl溶液中可脱水转晶形成稳定的六方柱状α-半水石膏。同时,磷石膏的脱水转晶速率呈现先缓慢上升而后快速升高,最后逐渐趋于平缓的变化趋势,属于典型的生长-成核动力学过程。随着NaCl溶液浓度的升高,α-半水石膏的诱导成核时间和晶体生长时间逐渐加快,总转晶时间逐渐缩短。其中,磷石膏在质量分数为20.0%的NaCl溶液中水热反应0.5 h后即可完全转变为α-半水石膏,与质量分数为15.0%的NaCl溶液相比缩短了1.38 h。因此认为,NaCl溶液浓度的提高有助于加快磷石膏的脱水转晶效率,这可为实际规模化生产α-半水石膏提供指导。

中国水-能-粮耦合系统协同安全发展战略研究

水是水-能-粮(WEF)耦合系统的核心要素,为保障国家粮食和能源安全,必须加强水资源管理,坚持水资源、能源和粮食协同安全发展。在系统总结国内外WEF耦合系统纽带关系研究进展、科学认识WEF基本内涵的基础上,分析了我国各省份水资源、能源、粮食开发利用过程中存在的问题,揭示当前WEF耦合系统发展面临的能源需求持续增长与能源安全结构性矛盾日益凸显、不稳定因素加剧粮食安全风险、资源不匹配带来水资源约束趋紧、高质量发展对水-能-粮-生提出更高要求四大挑战,围绕区域特点和高质量发展目标,针对性提出了区域可持续发展模式与策略。研究建议,在西北资源富集地区,通过“四水四定”、水权交易及调水工程缓解水资源短缺;在京津冀地下水超采区,优化粮食安全布局,强化水与能源协同调控;在东北粮食增产区,拓展粮食生产空间,保护水资源合理开发利用;在南方水资源丰沛区,深化农业供给侧结构性改革,统筹“水风光储”一体化开发,以期为实现绿色低碳的可持续发展路径提供科学支撑与决策参考。

脱硫石膏制备α-半水石膏研究进展及应用

随着中国工业的不断发展,产生了大量的脱硫石膏,目前脱硫石膏的综合利用量虽在逐年增加,但其利用率却在降低,探寻脱硫石膏的高值化利用途径迫在眉睫,其中脱硫石膏资源化利用途径之一是将其脱水转化成α-半水石膏。利用脱硫石膏来制备高性能、高附加值的α-半水石膏,不仅能减轻石膏堆积对环境的污染,减少天然石膏的开采,还能带来新的经济效益。基于此,系统地综述了国内外脱硫石膏制备α-半水石膏的研究现状及影响因素,总结了其生产工艺路径及应用,并对推进脱硫石膏的减量化、资源化利用提出了展望,旨在提高固废利用率,促进“碳中和、碳减排”。

基于三维点云计算的CO_(2)-水-岩反应程度量化表征方法

CO_(2)地质封存是减少大气中CO_(2)排放,降低温室效应的重要途径,CO_(2)注入含水地层中时,CO_(2)-水-岩反应可能引起岩石矿物的侵蚀,对CO_(2)地质封存安全性产生显著影响。在室内实验中,通过表征岩石表面的形貌特征可以有效地评估CO_(2)-水-岩反应程度,为CO_(2)地质封存的安全性评估提供科学依据。通过三维点云计算可以精确量化地表征CO_(2)-水-岩反应程度,这种方法首先运用三维激光扫描技术,构建岩石表面的三维模型,确定CO_(2)-水处理前岩石表面三维模型的基准面,并基于处理前的均方根粗糙度确定处理后岩石表面三维模型的基准面。基于三维模型点云信息,提出了两种不同的体积计算新方法,并通过对规则模型体积的计算比较了两种计算方法的准确性与适用性,可根据实际情况选择两种计算方法量化表征CO_(2)-水处理前后岩石表面的侵蚀体积。最后,以陕西省咸阳市某煤矿煤样为例,开展了CO_(2)-水-岩反应模拟试验,验证了计算的可行性。试验结果表明:该文提出的侵蚀体积计算方法可有效地量化表征CO_(2)-水-岩反应程度,CO_(2)-水处理后岩石表面不同区域的侵蚀差异性明显,岩石表面的侵蚀体积与均方根粗糙度之间存在显著的正比关系,随着均方根粗糙度的增大,侵蚀体积也相应上升。

超高效液相色谱-串联质谱法测定水体和底泥中的阿维菌素和伊维菌素

为建立超高效液相色谱-串联质谱法(UHPLC-MS/MS)同时测定水产养殖环境(水体及底泥)中阿维菌素和伊维菌素的检测方法。先采用HLB固相萃取柱富集和净化水样,采用PSA和C18吸附剂净化底泥样品;样品中的目标物采用Phenomenex Kinetex C18色谱柱分离,以5 mmol/L乙酸铵水溶液和乙腈作为流动相进行梯度洗脱,在电喷雾离子源(ESI)、正离子扫描和多反应监测(MRM)模式下进行测定,外标法定量。在最优实验条件下,阿维菌素和伊维菌素在7.5 min内完成色谱分离分析,目标物在1~100μg·L^(-1)范围内线性关系良好,相关系数均大于0.995。空白水样在0.05,0.50,2.5和5.0μg·L^(-1)共4个添加水平下的回收率为71.6%~88.2%,相对标准偏差(RSD,n=6)在1.51%~8.81%,方法检出限(LOD)为0.02μg·L^(-1),方法定量限(LOQ)为0.05μg·L^(-1);空白底泥在1.0,10.0,50.0和100.0 ng·g^(-1)共4个添加水平下的回收率为75.3%~96.4%,RSD值(n=6)为3.45%~8.99%,LOD值为0.3 ng·g^(-1),LOQ值为1.0 ng·g^(-1)。该方法灵敏度高,重现性好,操作快速简便,适用于水产养殖环境(水体和底泥)中阿维菌素和伊维菌素的分析检测。

泥岩卸荷损伤-水次序作用下的劣化规律研究

工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物颗粒形态破坏、微裂缝发育,在后续水-岩作用下颗粒间胶结程度持续弱化,孔隙、裂缝进一步扩展。宏细观参数随水-岩作用时间的增长,其中质量m呈现先上升后骤然下降再趋于稳定的趋势,纵波波速P呈现先减少后上升的趋势,体积应变εv呈现逐渐增大的趋势,分形维数K呈逐渐增长的趋势;且各参数的增长速率均随卸荷损伤程度D的增大呈幂函数增加,当D≥0.49时,各参数的增长速率急剧增大;确定以质量、纵波波速、体积应变和分形维数作为与水反应系统的变量,并运用非线性动力学理论建立了水-岩作用下的泥岩劣化模型,并验证了模型的合理性。研究结果表明所建模型能表征卸荷损伤泥岩在水-岩作用下的宏细观特征参数变化趋势提供一定理论参考。

基于双重介质渗流-应力耦合模型的高压压水试验渗透参数反演

高压压水试验过程中岩体易发生水力劈裂产生裂隙,岩体内部孔隙、裂隙双重导水,渗流场和应力场相互作用,导致岩体渗透参数的时空变异性。基于高压压水试验反演渗透参数需考虑双重介质渗流-应力耦合作用下产生裂隙前后渗透系数的变化规律,利用渗流-应力耦合数值模型结合工程现场高压压水试验数据进行参数反演,计算得到不同压力阶段下灰岩岩体渗透率。主要结论如下:发生水力劈裂前,随着注液压力的增大,渗透率及孔隙水压力在不同压力阶段之间分界明显,渗透率反演值与规程公式计算值相近;发生水力劈裂后,岩体渗透率增大约2倍,孔隙介质渗透率和通过的流量出现陡减现象。

水-土资源有效利用视角下我国粮食生产区域布局优化研究

多年来,我国粮食生产取得巨大成就,然而随着粮食生产格局的演变,我国水-土资源配置效率低下,威胁到长期粮食安全与生态安全。从我国资源条件来看,粮食生产面临着耕地数量不足、质量不高,水-土资源在“非农化”“非粮化”趋势中不断被挤占,水-土资源分布不均存在时空错配等资源刚性约束,而粮食生产布局演变又进一步激化了粮食生产水-土资源供给与需求之间的矛盾。为此,发挥资源利用的比较优势,合理布局粮食生产,提高水-土资源有效利用水平,是保障粮食生产可持续发展的关键。

海水淡化厂与区域水-能耦合系统的协同调度

海水淡化厂具有能量密集、运行灵活的特点,是理想的电力需求响应资源。然而,现有关于淡化厂与电网协同运行的研究大多关注电网和淡化厂的一体化调度、无法适应双方自主决策的工程场景,对淡化厂运行约束的刻画也比较粗糙。该文研究反渗透淡化厂与区域水-能耦合系统(waterenergy nexus,WEN)的协同运行方法。首先,考虑淡化厂的生产流程、调节特性和运行约束,分别建立传统及新能源淡化厂的水-能管理模型;其次,在保障两类淡化厂和区域WEN自主决策和信息隐私的条件下,提出以双方调度计划互动为载体的“激励型”和“价格型”两种协同运行机制及调度模型,并提出基于二阶锥松弛和McCormick包络的求解方法。用算例验证所提协同运行机制、调度模型及求解方法的有效性。

工程尺度缓冲材料热-水-力多场耦合数值模拟研究

缓冲材料作为填充在废物罐与地质体之间重要的人工屏障,对高放废物处置库的长期安全至关重要。以工程尺度缓冲材料热-水-力多场耦合大型模型试验系统(China-Mock-up)为研究对象,采用有限元数值模拟软件LAGAMINE,考虑试验过程中复杂的边界条件与材料属性,实现了近5 a试验数据的定量模拟。模拟结果可准确预测试验系统内部不同特征点温度随室温周期性波动及线性增长这一动态变化规律;能够较好反映不同特征点相对湿度随时间的行为演化趋势,在加热器附近区域呈现出先干燥后饱和的现象,远离加热器区域则逐渐增大;模拟的总应力与实测试验数据间表现较好地一致性,能够反映试验台架内部不同特征点的总应力随时间逐渐增大这一演化过程。揭示了多场耦合条件下缓冲材料(膨润土)温度、湿度及应力的相互作用关系,为深入认识处置库环境下缓冲材料行为演化特征提供了重要的参考依据。

基于“人-地-水”平衡的流域国土空间格局优化--以长江经济带国土空间规划为例

以长江经济带国土空间规划的探索实践为例,围绕流域“人-地-水”的统筹平衡与高质量发展,对国土空间格局优化的技术方法进行了研究。建立了张力评价--平衡策略--平衡韧性的技术路径和模型框架体系,构建了多尺度“人-地-水”规模平衡+流域治理的空间格局优化方法,针对长江经济带形成了上、中、下游及二级流域的人口增长控制、耕地资源保护、水资源跨区域调配等空间优化策略,并提出二级流域系统治理的多目标多区域管控传导体系。

基于投影寻踪模型的水-能源-粮食-人口系统安全评价

河北省作为京津冀城市圈中不可或缺的一部分,其水、能源、粮食、人口等资源安全稳定对于整个区域经济和社会的发展尤为重要。为了深入了解河北省水-能源-粮食-人口系统的安全状况,将人口因素纳入水-能源-粮食系统进行分析,构建水-能源-粮食-人口系统的安全评价指标体系,运用基于麻雀算法改进的投影寻踪模型对河北省2010—2019年水-能源-粮食-人口系统安全进行时空演变综合评价。结果表明:在研究期,河北省水-能源-粮食-人口系统安全等级逐渐升高,各市的水-能源-粮食-人口系统安全差异性降低;河北省各市水-能源-粮食-人口系统安全等级值在1.32~3.95之间,说明该系统安全处于不安全、亚安全、安全3个等级。建议河北省根据自身资源优势,合理分配资源,实现水、能源、粮食和人口的协调发展。

液相色谱-串联质谱法测定土壤、沉积物和水中3种新型除草剂残留

除草剂在杂草和有害植物防控上发挥着重要的作用,但其有效利用率低,大量除草剂进入环境中,对生态环境和人类健康构成了潜在威胁,因此建立环境样品中除草剂的残留分析方法尤为重要。该文采用电喷雾正离子源模式,建立了液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)测定土壤、沉积物和水中异噁唑草酮、吡唑草胺和苯嘧磺草胺残留量的方法。土壤和沉积物样品经乙腈振荡提取、盐析后经C18固相萃取小柱净化,水样过滤后经C_(18)固相萃取小柱净化;再用LC-MS/MS测定样品中异噁唑草酮、吡唑草胺和苯嘧磺草胺的残留量。实验优化了仪器检测和前处理条件,考察了方法的线性关系、基质效应、检出限和定量限,并选取4种土壤、2种沉积物和水样进行了方法验证。在0.0005~0.02 mg/L范围内,异噁唑草酮、吡唑草胺、苯嘧磺草胺的线性关系均良好,r≥0.9961。3种除草剂在土壤、沉积物和水中的基质效应为-10.1%~16.5%。异噁唑草酮、吡唑草胺和苯嘧磺草胺的检出限分别为0.05、0.02、0.01μg/kg,定量限分别为0.2、0.05、0.05μg/kg。异噁唑草酮、吡唑草胺和苯嘧磺草胺在土壤、沉积物和水样中3个水平(0.005、0.1、2.0 mg/kg)下的加标回收率分别为77.2%~101.9%、77.9%~105.1%、80.8%~107.1%;相对标准偏差(RSD)分别为1.4%~12.8%、1.2%~7.7%、1.5%~11.5%。结果表明:本方法操作简单,方法稳定,定量准确,实用性强,可用于土壤、沉积物和水中异噁唑草酮、吡唑草胺和苯嘧磺草胺残留量的检测。

黄河流域九省区水-土-能-碳关联系统网络特征

基于区域环境扩展型投入产出模型,对黄河流域水-土-能-碳资源消耗及足迹流动、区域资源及碳排放流通状况、水-土-能-碳网络特征进行了模拟分析。结果表明:2017年黄河流域九省区水资源消耗总量为1 073.69亿m^(3),占用土地面积为266.69万km^(2),能源消耗为6.95亿t(标准煤),碳排放量为31.57亿t。在流域内部足迹流动中,河南水、土、能、碳足迹均最大,综合循环利用率最高;宁夏是最大的虚拟水资源供应地;山西能、碳足迹调出量最大;山东土地足迹循环利用率最高;青海是主要的水、土、能资源供应地,四川承接了黄河流域19.3亿t碳足迹。黄河流域水-土-能-碳关联系统的生态关系主要以竞争关系为主,控制、掠夺关系占比较小,无互利共生关系;水-土-能-碳关联系统的生态关系处于高冗余、低效率状态,能源网络的效率最高。

安徽省“水-土-能”系统安全评价及联合风险概率测算

水、土、能是人类生存和发展的重要自然资源。基于稳定性(S)、协调性(H)、可持续性(F)构建安徽省“水-土-能”系统安全评价指标体系,利用“单指标量化-多指标综合-多准则集成”(Single index quantification-multi-index comprehensive-multi-criteria integration,SMI-P)法测算各子系统指数及其系统安全水平,引入Copula函数分别探究S-H、S-F、H-F和S-H-F等不同组合的联合概率分布,测算其联合风险概率。结果显示:2012—2021年,安徽省“水-土-能”(“Water-Land-Energy”,WLE)系统安全水平波动上升,均值为0.5685,其中稳定性对系统安全水平影响最大;S-H、S-F、H-F分别呈弱正相关、强正相关、较强负相关关系,S-F联合风险概率最大,为0.2807;S-H-F系统联合风险概率为0.0712。当S、H、F其中一个固定时,另外两个的值越大,相应的联合风险概率越大。探究“水-土-能”系统安全水平及风险发生频率,有利于保障区域可持续发展,提高风险分析精度,为决策部门提供有效信息。

土石坝护坡冻胀破坏水-热-力耦合数值模拟研究

针对寒区土石坝护坡普遍存在的冻胀破坏问题,选取寒区某土石坝工程为研究对象,结合土石坝工程特点,建立考虑水-热-力耦合作用的有限元计算模型。研究护坡在库水位和坝体填土水分迁移作用下冻胀破坏全过程,分析土石坝温度场、水分场和位移场的变化规律,并将位移场有限元计算结果与实测冻胀变形资料进行对比,验证有限元计算结果。研究结果表明:冻胀作用对坝坡影响深度约为2 m,坝坡浅层0~2 m范围的温度变化受外界气温影响较大,坝体内部温度相对坝坡浅层变幅小,且有一定的滞后性;负温使坝坡浅层孔隙水相变成冰,宏观上表现为未冻水体积分数的降低,坝坡浅层土石混合体孔隙水相变、坝体填土内水分向坝坡迁移和冻结峰面向坝体内部移动是护坡冻胀破坏的主要因素;大坝坝坡计算冻胀量为20~30 cm,最大值为36 cm,计算结果与实测冻胀变形资料吻合;护坡冻胀破坏主要由砂砾料垫层、坝体填土等土石混合体冻胀及冰推力共同作用引起。研究结果可为寒区土石坝护坡设计提供参考。