湖泊营养物基准指标优选方法研究

中国目前尚未形成完善的湖泊营养物基准指标优选方法,导致湖泊营养物基准的建立在指标选取上存在较多困难。简单介绍了美国环境保护署利用压力响应关系法选择湖泊营养物基准指标的过程,并以此为基础,根据中国湖泊富营养化的实际情况加以改进,提出了适合中国的湖泊营养物基准指标优选方法。还以某流域湖泊为例,探讨了在探索性数据分析过程中营养物基准指标的选取方法。     

基于“压力-状态-响应”模型的化肥农药减施增效环境效应监测指标体系研究

化肥农药的过量使用导致了严重的农田面源污染和农产品质量安全等重大问题,推广使用化肥农药减施增效技术已经成为提升农业可持续发展的有效途径。为了规避化肥农药减施增效技术可能产生的二次环境与生态问题,采用\"压力-状态-响应\"模型构建了化肥农药减施增效环境效应监测指标体系框架。具体构建了5类典型化肥农药减施增效技术(有机肥替代化肥、测土配方精准施肥、调优施肥结构、生物防治病虫害、物理防控病虫害)在田块尺度上的化肥农药减施增效环境效应监测指标体系,并且扩展到区域尺度上,以指导化肥农药减施增效技术的筛选和应用。     

基于GOCI数据的太湖叶绿素a浓度反演和蓝藻水华遥感监测

太湖蓝藻水华是广为关注的环境问题,迫切需要实现蓝藻水华的动态监测。利用静止轨道海洋水色遥感器(GOCI)遥感数据构建了太湖叶绿素a反演的三波段模型,使用归一化植被覆盖指数(NDVI)进行蓝藻水华监测,并进行了富营养化评价。结果表明:(1)三波段模型优于波段比值模型,可以用于GOCI遥感数据反演太湖叶绿素a浓度。(2)2019年6月3日太湖叶绿素a大致呈湖心和西部浓度低,北部和西南沿岸浓度高的空间分布;从10:15至15:15,叶绿素a浓度先升高后降低。(3)竺山湖和椒山周边水域水华聚集情况较为严重,是当天重度水华的主要发生区域;水华的时间变化规律同叶绿素a浓度变化规律一致。(4)对2019年4月和6月的GOCI遥感数据进行富营养化评价发现,太湖富营养化水平总体呈西部高东部低、北部高南部低、边缘高中间低的趋势;6月较4月富营养化水平明显加剧。     

城市湖泊总磷对干湿沉降和地表径流污染的响应研究

随着对水污染的深入治理,干湿沉降、地表径流等面源污染逐步成为城市湖泊最重要的污染源之一。通过对武汉市东湖流域连续4个月干湿沉降和2场次地表径流的监测,分析了湖泊水体总磷(TP)对干湿沉降和地表径流污染的响应。结果表明,东湖湿沉降TP累积通量远大于干沉降TP累积通量,这可能与降水的洗尘作用有关;低强度降雨地表径流TP质量浓度为0.74～1.59 mg/L,高强度降雨地表径流TP质量浓度为0.95～5.82 mg/L,初期地表径流TP浓度大于后期地表径流;湖泊TP浓度变化与风速、湿沉降TP通量、降雨量紧密相关,当降雨量小于20 mm时,风速是造成湖泊中TP变动的主要因素之一,当降雨量超过20 mm时,湖泊TP变化与湿沉降TP通量变化较为一致。点源污染防治与大气污染治理、城市道路清洁、城市绿化、沉水植物生态恢复等的协调治理,将是未来城市湖泊TP污染防治的重要途径。     

基于驱动力-压力-状态-影响-响应模型的粤港澳大湾区惠州海岸带生态安全评价分析

将海岸带复合生态系统作为一个整体,充分考虑海岸带生态风险形成机制和生态环境保护要求,识别影响海岸带生态安全的主要因素。基于驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,将海岸带生态安全归纳为驱动力、压力、状态、影响、响应5个准则层,选取26个能够反映生态安全状况的因子来构建海岸带生态安全评价指标体系。对粤港澳大湾区惠州岸段两个沿海县(区)2007、2010、2013、2015、2016年的海岸带生态安全状况进行评价分析,结果表明:(1)惠东县这5年海岸带生态安全等级分别为预警(Ⅲ)、较安全(Ⅱ)、较危险(Ⅳ)、较安全(Ⅱ)、较安全(Ⅱ);大亚湾区海岸带生态安全等级分别为预警(Ⅲ)、预警(Ⅲ)、预警(Ⅲ)、较安全(Ⅱ)、较安全(Ⅱ)。(2)\"十二五\"规划所采取的环境保护和生态建设措施对惠州海岸带生态环境的改善发挥了重要作用。海岸带生态安全状况于2013年有明显恶化,说明生态环境保护应对措施及力度仍不足以抵消这一时期持续增加的生态环境压力,同时,海岸带生态环境对于响应措施的反应具有一定程度的滞后性。(3)影响惠州海岸带生态安全的主要原因有工业的发展及污染物排放、人类活动密集及人类对海洋区域的大规模开发利用、政府响应措施实施力度、自然和人为原因所造成的海洋灾害和损失。     

基于RBF模型的太湖北部叶绿素a浓度定量遥感反演

以大型内陆浅水湖泊一太湖为例,采用RBF（Radial Basis Function）神经网络建立该研究区域的叶绿素a浓度与同步影像数据的反演模型,较分析现今应用最广泛使用的BP（Back Propagation）神经网络模型,并通过对模型的验证、稳定性和鲁棒性分析评价了两种模型的泛化能力。结果表明,常规的BP神经网络模型收敛速度慢,极容易陷入局部最优解,而RBF比BP模型有更加优异的函数逼近、分类和模式识别能力,对反演叶绿素a浓度具有很强的泛化能力。     

基于实测光谱的叶绿素a估测模型

为了有效地监测太湖湖区的富营养化程度,建立一种最佳的估测模型。对太湖水体进行了连续监测,获得了从2004年10月20～29日的实测光谱数据和水质数据。通过实测光谱反射率和叶绿素a浓度的相关分析,得到了叶绿素a反演的最佳波段,并通过比值法、反射峰位置法、峰谷距离法、峰高法和一阶微分法建立了基于实测光谱的叶绿素a浓度的估测模型。通过14个检验点,分别对5种模型进行了对比分析,结果发现,通过比值法建立的估测模型总体误差最小,估测精度最高,其695 nm附近反射峰与677 nm反射谷的比值与叶绿素a浓度之间具有良好的相关性,可决系数R²可达0.7433,可以作为整个湖区叶绿素a浓度的最佳估测模型。最后,应用该模型对该季节湖区的营养化程度做出了总体评价。     

基于RDALR模型分析气象条件对太湖蓝藻水华发生的影响及预报

近年来,太湖水体出现多次严重的蓝藻水华过程,所以探索气象条件引发蓝藻水华的暴发机制及预报方法有着重要的理论意义及实际价值。由于chl-a含量的动态变化可反映水华与否,可利用粗糙集决策调节回归模型（rough decision-adjusted logistic regression model,RDALR）将粗糙集理论与二元逻辑回归（binary logistic regression,BLR）结合起来,用来建立气象条件和太湖chl-a含量二者之间的联系,为蓝藻暴发期水华预报提供一可行方法,且该方法具有一定可移植性。2012年5月1日-9月5日,对东山24项气象数据和东太湖6个取水口水质监测数据分析表明：RDALR模型解释了东太湖128 d水华监测日71.6%的chl-a动态变化,与BLR模型相比,将39次水华暴发的预报精度提高15%。对RDALR模型分析得出,当模型显著性水平小于0.05时,东太湖水域水华强度与平均风速、平均相对湿度呈显著正相关,与日降水量（P）呈显著负相关,同时水华强度与气温（T）、日照时数（SD）及最大风速风向（WD）等其他气象条件相关不显著。     

基于响应面分析法的水质中邻苯二甲酸酯检测方法优化

建立了水质中邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)的前处理及反相超高效液相色谱检测方法,通过单因素试验考察了色谱柱类型、流动相类型、流动相体积分数、流速及柱温对主峰信噪比的影响,并采用响应面分析法进行了方案优化。结果表明：氰基色谱柱优于C₁₈色谱柱;在最优色谱条件(流动相乙腈水溶液(体积分数64%)、流速0.22 mL/min、柱温28℃)下,DMP、DBP、DOP的主峰信噪比平均值分别为8 890、6 637、2 991,对应的检出限分别为0.05、0.03、0.08μg/L,均低于《水质邻苯二甲酸二甲(二丁、二辛)酯的测定液相色谱法》(HJ/T 72—2001)规定的检出限,加标回收率分别为98.4%、99.8%和98.0%,相对标准偏差为0.98%、0.52%和0.83%,具有良好的灵敏度、回收率和重复性,能更好满足地下水等水体的痕量检测要求。     

应用GIS分析太湖水质的污染现状

随着空间技术和计算机技术的日益发展,地理信息系统（GIS）作为一门技术,不但在地学方面有了较为广泛的应用,而且在环境部门也越来越显出其优势性。以水质采样监测的大量第一手资料为基础,应用GIS工具,对太湖水质的污染现状进行了分析,并对此进行解释提出了可能的解决办法。     

长荡湖入湖河流底泥污染特征和潜在生态风险评价

选择长荡湖入湖河流为研究对象,分析河流底泥营养盐、有机质和重金属的分布特征,采用潜在生态风险指数法评价底泥重金属的潜在污染风险水平。结果表明,长荡湖入湖河流底泥中总氮和总磷均低于流域背景的平均水平,分别为1 134.15和664.81 mg·kg⁻¹,氮、磷化学计量比 (N/P = 1.96)也低于我国不同纬度典型的湖泊底泥平均水平(N/P =3.89~9.57),且所有底泥中总磷都存在较高的污染负荷。有机质的平均质量分数为1.23%,除方洛港外,整体质量分数相对较低,与总磷和总氮强相关。入湖河流底泥中重金属的平均质量分数高于背景值,特别是新河港、方洛港和大浦港,其中Cu、Zn、Cd和Hg的平均质量分数显著高于流域背景值,分别为48.25、163.47、0.37和0.12 mg·kg⁻¹。潜在污染风险主要存在于新河港和方洛港,其风险指数分别为328.8和222.26。方洛港存在潜在污染风险的底泥主要集中在深层底泥的45 cm以下,且赋存了大量的营养盐,人为干扰可能再次释放营养盐,故不建议实施清淤工程。该研究结果可为同类湖泊水质监管与治理提供参考。     

红枫湖水体中叶绿素a的遥感监测

以地处贵州中部的红枫湖水库为研究区,2010年的ALOS影像为基础,利用B3、B4(三波段和四波段)的乘积影像研究红枫湖水库库区表面的叶绿素a分布情况。结果表明,库区水体叶绿素a浓度在空间分布上呈现自三岔河入水口到北湖逐渐降低,沿岸边向湖中心逐渐降低的态势。探讨了适宜该库区的水体叶绿素a的提取方法,并引入基于费歇尔准则的最优分割算法,利用计算机编程实现了该库区叶绿素a分布水平的最优分划。这一系列针对该库区水体叶绿素a提取、分析和监测的优化方法,对该水源地的污染监测和库区的生态治理有一定的参考价值。     

太湖梅粱湾水体中阿特拉津的毛细管气相色谱法测定

固相萃取（SPE）技术结合毛细管气相色谱（GC-μECD），测定了饮用水源地太湖梅粱湾水体中内分泌干扰物阿特拉津的含量，并用GC-MS进一步验证了分析结果。检测下限为10ng／L，方法回收率为75．58％～97．79％，RSD为0．38％～4．50％，在10ng／L-3640μg／L保持线性，其线性相关系数为0．9994。太湖梅梁湾水体中阿特拉津质量浓度在21．3～613．9ng／L，污染来源可能为太湖周围的农作区。     

湖泊围栏养殖容量估算

随着中国水产养殖业的快速发展,水产养殖业对水环境的污染日益引起关注.确定合理的水产养殖容量是协调经济效益和环境保护的基础.分析、比较了目前关于养殖容量的主要观点,阐述了生态容纳量、环境容纳量和养殖容量等概念及其相互关系.从规划环境影响评价的角度,确定水产养殖容量的定义为:在自然条件、水环境及社会、经济和现有生产技术等因素的约束下,水产养殖活动所能获得的最大养殖产量.它由自然容纳量(Enp)、需求容量(Dp)和基于水环境容量的养殖容量(Ewp)3部分组成.据此,建立了养殖容量计算模型,并核算出东太湖围网养殖的最佳养殖模式为轮牧式养蟹600 kg/hm2,养殖容量为年河蟹养殖量1 685.0 t,年配套草食性鱼类5 015.6 t(散养,不围网),养殖面积为3 056.20 hm2(不使用外源性饲料).     

酶联免疫快速检测技术在太湖流域微囊藻毒素污染调查中的应用研究

采用酶联免疫(ELISA)法对2008年5～11月环太湖水域及太湖下游嘉兴河网水体中微囊藻毒素(MC)的污染状况进行了调查.结果表明,ELISA法对环太湖水样的加标回收率为(98.0±6.5)%,相对标准偏差≤10.0%,准确性和再现性均良好,且具有通量高、检测速度快的特点,适于太湖流域MC污染的普查和初筛.环太湖水样中的MC-LR在2008年8、10月较高;太湖下游嘉兴河网水样中的MC-LR自2008年7月开始有检出,最高质量浓度出现在9月,为0.772μg/L;各饮用水源地水样中的MC-LR亦有检出,但未超过<地表水环境质量标准>(GB 3838-2002)规定的限值(1.0μg/L).     

Sedimentary record of hydrophobic organic compounds in relation to regional economic development: A study of Taihu Lake, East China

Sediment cores taken from Taihu Lake, East China were analyzed for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), organochlorine pesticides (OCPs) and polybrominated biphenyl ethers (PBDEs). The results showed a general sharp increase of HCH, DDT, PAH and PBDE concentrations in the surface layers, corresponding to a sedimentation time of 1980 and 1990 onward in the Meiliang Bay and Xukou Bay, respectively. The source of PAHs has largely transferred from petrogenic to pyrogenic origin, and good relationships were observed between sediment PAH concentrations and the regional gross domestic product. The sharp increase of DDTs in recent years may be related to the mobilization and migration of these chemicals from surface soil to lake sediment, as a result of enhanced soil run-off due to large scale land transform, as well as the contribution of current usage of dicofol and DDT-containing anti-fouling paints.