外来入侵假臭草在中国分布区的预测

假臭草原产南美洲,上世纪80年代首次记载传入中国,是潜在的恶性杂草.为提供其在中国分布区的预测资料,采用397个采集数据和已有的146个分布点数据,利用生态位模型(GARP)和Domain模型对分布区进行预测分析,并通过AUC与MaxKappa进行模型评价.结果显示:近十年,假臭草入侵记录增多,入侵扩散加剧;太阳辐射、水汽压、极端高温、霜日频率和水流方向对假臭草的分布限制较小,雨日频率、坡向、坡度、海拔、年降水、年均温、地形指数和极端低温等8个环境因子对其分布影响显著;入侵的主要植被类型是农田、灌木或草类覆盖嵌合区,常绿、落叶灌木地带,栽培植被及相关联地带等.模型评价表明两种模型预测能力为较好及以上,预测结果显示:假臭草在西藏(除东南小块区域)、新疆、青海、内蒙古、宁夏,陕西和山西北部地区,黑龙江、吉林、辽宁(除辽东半岛小块区域)是不宜生长区;最易入侵广东、广西、海南等地区,其中华中部分省份、华北平原为适生区,还未见有假臭草入侵的报道,相关部门应引起重视,严防入侵.     

利用反应-扩散模型预测生物入侵

生物人侵严重威胁着各国的生态环境,各国在生物入侵的预警、预防、预测方面给予了高度关注.文章引介了当前入侵预测中主要采用的3种方法(即统计方法、生理方法和分析方法),对入侵模拟时所需考虑的影响因素及模型的输入和输出变量进行了描述分析.以分析方法中的反应-扩散模型(简称R-D模型)为例探讨建模方法对生物入侵的预测,并基于一维反应-扩散模型的推导,阐述了R-D模型的模型特点及应用时的限制条件.R-D模型可将空间和种群过程融合进入侵速率的预测之中,且模型中连续参数的使用不受尺度限制,适用空间尺度较广.该模型以其简洁易表达的形式在生物入侵的研究中曾受到广泛应用,范围广至孢子、病毒,无脊椎农业害虫及麝鼠Ondatra zibethicus、水獭Enhydra lutris等脊椎生物.然而,随着入侵理论的不断完善,R-D模型在实际应用中的缺陷日益突出,它对空间现象模拟预测的无能为力、对生态过程相互作用模拟的失败,致使该模型应用受限、预测能力降低.月前,入侵预测倡导基于个体的空间模拟模型,并开始关注偶然发生却起着关键作用的长距离扩散的预测.从某种程度上来说这些模型比R-D模型更接近真实,但R-D模型有助于理解现有的入侵格局,对生态入侵研究提供最基本的估测,可以加深对入侵过程的理解.过去,R-D模型对入侵生态理论的发展做出过的重要贡献,今后该模型仍为我们初步预测生物入侵提供一个简单便捷的工具.     

利用靶器官毒性剂量法(TTD)和证据权重分析法(WOE) 评估固化飞灰中重金属非致癌健康风险

传统的健康风险评价方法未考虑重金属对多种靶器官的影响及重金属间的相互作用,不能反映重金属真实的风险情况.ATSDR的靶器官毒性剂量法(TTD)和EPA的证据权重分析法(WOE)分别将重金属能够产生效应的靶器官与重金属间的相互作用引入评价过程,对传统评价方法进行修正.基于此,本研究采用了TTD法和WOE法评估了生活垃圾焚烧厂固化飞灰中重金属的非致癌健康风险,并将其与传统的非致癌健康风险评价方法进行比较.结果表明,传统的非致癌健康风险评价方法得出的HI值为0.2084,经TTD法和WOE法修正后的HI值分别为0.5165和0.6717,修正后风险大于传统方法所预测风险,更严格的反映固化飞灰对工人健康的真实风险.     

基于PBPK模型评价三氯乙烯的职业暴露健康风险

三氯乙烯(TCE)作为脱脂和清洗剂被广泛应用于五金、电镀和电子等行业。TCE的职业暴露会产生一系列健康风险,包括过敏症和致癌等。2012年TCE被美国环保局(US EPA)和国际癌症研究机构列为1类致癌物。采用吸附管采样-热脱附/气相色谱-质谱法分析了大连市某企业车间生产工况下空气中TCE浓度。基于生理学的药代动力学(PBPK)模型预测了呼吸暴露途径下TCE在职业工人体内组织中的动态分布、代谢产物生成情况和致癌风险。TCE在不同组织中预测的最大浓度呈现出脂肪肠充分灌注室支气管非充分灌注室肝脏静脉血动脉血的趋势。预测的与致癌有关的代谢产物最大浓度表现为三氯乙酸二氯乙酸三氯乙醛S-二氯乙烯基-L-半胱氨酸。在监测的TCE水平(39.2±24.4)μg·m-3下,暴露8 h·d-1,连续暴露20年,基于外暴露评价的职业工人致癌风险均值为1.31×10-5,该暴露水平下,基于PBPK模型预测的TCE内暴露与外暴露计算的致癌风险水平相近,但基于具有致癌性主要代谢产物的内暴露致癌风险值是外暴露风险值的1.17～1.73倍。TCE的暴露水平越高,基于内暴露方法和外暴露方法的致癌风险评价结果差异越大。敏感性分析表明,心输出血流量和充分灌注室血流量对PBPK模型输出结果具有重要影响。不确定性分析表明,模型参数变化会显著地影响PBPK模型输出结果,但变异在可接受水平。本研究结果说明,评价TCE暴露对人的致癌风险需要考虑其在体内的分布和代谢过程。     

利用叶面积指数优化冬小麦高光谱水分预测模型

水分是影响冬小麦生长发育的重要指标,目前可以利用高光谱数据建模来对其进行预测诊断.但在冬小麦生育初期,这类预测模型精度较低,为解决这个问题,利用高光谱数据分析方法,结合叶面积指数,对基于高光谱的冬小麦水分状况预测模型进行优化.结果显示,冬小麦叶面积指数会随着灌水处理的不同产生显著差异;优化后,光谱与冬小麦水分状况相关的敏感波段范围在450-500 nm、620-690 nm和780 nm左右;相对于土壤含水率而言,优化模型对植株含水率有更好的预测精度;引入叶面积指数进行优化提高了冬小麦在生育前期的预测模型精度,使模型精度从0.2提升到0.4以上,并且还提高了基于原始光谱反射率模型的精度;最终获得的模型中,基于原始光谱反射率R780的植株含水率预测模型拟合精度最高,为0.862,基于光谱指数R(810, 460)的植株含水率诊断模型验证效果最好,均方根误差(RMSE)为4.341,平均绝对误差(MAE)为2.361;基于光谱指数VARI700的土壤含水率预测模型验证效果最好,均方根误差(RMSE)为4.506,平均绝对误差(MAE)为6.293.本研究表明利用叶面积指数优化模型可以很好地提高模型精度,在土壤含水率预测模型方面优化尤其显著,这为基于高光谱的水分状况预测模型构建与实际应用提供了新思路.(图6表5参31)     

基于形态修正的描述符构建可电离化合物对大型溞急性毒性的QSAR模型

在环境水体中,可电离有机化合物(IOCs)可解离为分子和离子形态。研究表明,IOCs离子形态的环境行为、毒性效应等都与其分子形态存在较大差异,因而在研究IOCs环境行为、毒性效应时不应忽略离子化的影响。在构建IOCs相关预测模型时如何表征离子化的影响是当前研究的重要内容之一。探讨了采用基于形态修正的描述符构建IOCs水生毒性预测模型的可行性。具体而言,采用逐步多元线性回归(MLR)方法,构建了可预测63种取代酚、取代苯甲酸和取代苯胺等IOCs对大型溞急性毒性的定量结构-活性关系(QSAR)模型。与仅采用分子形态描述符的模型相比,使用基于形态修正描述符的模型决定系数(R2)、去一法交叉验证系数(Q2LOO)、外部验证系数(Q2EXT)等参数从0.622～0.705提高到了0.840～0.875,表明基于形态修正描述符的模型具有更好的拟合优度、稳健性和预测能力。因此,在将来的研究中,可采用基于形态修正的描述符构建IOCs水生毒性效应预测模型。     

福州市生活垃圾产量及物理成分预测

城市生活垃圾一直是城市环境保护中的棘手问题。对垃圾产量及成分的预测,可为垃圾治理系统的规划和设计提供科学依据。文章以福州市为例,着重考虑影响垃圾质和量的内在因素和社会因素,探讨城市生活垃圾产量及成分的预测。通过关联度分析主要的内在影响因素,进而建立灰色模型GM(1,n)对垃圾产量进行预测,再考虑以社会因素为主的外部影响因素,对预测结果进行调整;对垃圾的物理成分的预测,则基于GM(1,1)预测结果,采用与其他国家或地区(城市)类比法,得出本区域的预测结果。     

大柳塔矿区农田砂壤土含水率对土壤紧实度的影响及模型研究

选取陕西省大柳塔矿区农田砂壤土作为研究对象,实地测定了土壤紧实度和土壤含水率,对所测数据进行统计分析和线性拟合,并结合4种半经验模型进行对比分析和模拟预测。结果表明:在收割初期大柳塔矿区农田土壤紧实度最低,土壤含水率最高,种植绿豆降低土壤紧实度的效果较好;土壤紧实度与含水率w(8.30%~16.14%)呈线性负相关;线性模型和4种半经验模型均在玉米种植区的拟合效果最好,相关系数均大于0.7;Ayers模型预测效果最佳,能较好地反映半干旱矿区土壤状况。     

有机化学品不同温度下(过冷)液体蒸气压预测模型的建立与评价

(过冷)液体蒸气压(PL)是评价化学品在环境中分配、迁移和归趋行为的重要参数。PL具有较强的温度依附性。发展一种能够精确预测不同环境温度下化学品PL的方法,有助于填补化学品生态风险评估的大量数据缺失。本研究收集整理了661种有机化合物在不同温度下(200~830 K)共计10 478个log PL值。在此基础上,采用偏最小二乘(PLS)回归和支持向量机(SVM)方法,构建了PL的线性和非线性预测模型。结果表明:2种模型均具有良好的拟合度、稳健性及预测能力,SVM模型的预测性能略高于PLS模型(PLS:R2adj.tra=0.912,RMSEtra=0.477,Q2ext=0.910;SVM:R2adj.tra=0.997,RMSEtra=0.092,Q2ext=0.967)。机理分析表明,温度是影响PL的主要因素,温度越高,蒸气压越大;其次,X1sol也影响PL大小,X1sol用来描述分子间的色散作用,分子间色散力越小,蒸气压越大;此外,化合物的氢键个数、极性和分子构型等因素也影响PL大小。采用Wiliams plot方法表征了PLS模型应用域。所建立的模型可用来预测烷烃、烯烃、醇、酮、羧酸、苯、酚、联苯、卤代芳香烃、含N化合物及含S化合物在不同温度下的PL数据。     

硝基芳烃化合物急性毒性预测的理论研究

硝基芳烃是重要的化工原料,但对生物具有一定的毒性。为建立硝基芳烃对梨形四膜虫(Tetrahymena pyriformis)急性毒性的定量结构-活性相关性(QSAR)模型,分析了45种硝基芳烃的分子结构与其对梨形四膜虫毒性之间的相关关系,计算了硝基芳烃的电性拓扑状态指数和电性距离矢量,并优化筛选了电性拓扑状态指数的E_9和E_(28)、电性距离矢量的m_(15)、m_(26)和m_(66)等5种结构参数,将其与硝基芳烃对梨形四膜虫的毒性进行多元回归分析,得到多元回归方程的相关系数r为0.985。为提高预测精度,将这5种分子结构参数作为神经网络的输入层变量,急性毒性值作为输出层变量,采用5∶4∶1的网络结构,获得令人满意的QSAR神经网络预测模型,总相关系数r_t为0.994,计算得到的急性毒性预测值与实验值非常吻合,平均误差仅为0.04。结果表明,该模型具有良好的预测硝基芳烃急性毒性的能力,神经网络法预测结果比多元线性回归法更为准确。该研究揭示了硝基等基团对生物急性毒性影响的变化规律,有利于对硝基芳烃化合物在环境中的危害性进行有效评价。