水安全智能识别模型的建立及应用

通过人口迁移算法优化投影寻踪模型,提出了一种新的水安全智能识别模型。与遗传算法优化的投影模型相对比,人口迁移算法的自身优势有效地避免了网络早熟现象及寻找全局最优解的困扰。从水安全的评价结果来看,用人口迁移算法优化投影寻踪是可行的,并显示出优越性。人口迁移算法为求解投影寻踪模型的非线性约束提供了新的优化方法,并为水安全评价工作提供了新的智能识别模型。     

降水pH值的支持向量回归预测模型构建

将支持向量回归用于降水pH值预测模型的构建,结果表明,该模型具有较好的稳定性和较高的预测精度,降水的pH值主要受大气中碱性离子浓度的影响,起主导作用的是碱性离子的中和作用;其预测结果优于多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘回归和投影寻踪回归等模型.     

多孔介质中三氯乙烯的非线性吸附-对流-弥散模型

研究三氯乙烯(TCE)在含水层中的迁移转化规律,对评价其在环境中的影响、预测其在环境中的行为规律及确定相应的修复技术有着重要的意义.TCE在细砂中的等温吸附规律研究采用批试验和模拟柱试验方法.批试验结果采用四种不同的非线性等温吸附模型进行拟合.结果显示,Linear-Langmuir-Freundlich (LLF) 模型的拟合效果最佳,且该模型能较好地描述表面吸附和分配作用.利用经典对流扩散模型,将以KCl为示踪剂的柱试验结果采用非线性最小二乘法反演模拟柱中的纵向弥散度;利用非线性吸附对流扩散模型,将TCE的模拟柱试验结果采用遗传算法反演吸附参数;结果显示Langmuir等温吸附模型描述柱试验中的吸附模式最好.即批试验与柱实验中的吸附模式是不同的.该结论表明必须重新审视非平衡吸附理论在运移模型中的适用性,以及该理论适用的前提条件.在试验结果和模型反演获得的参数基础上确定的TCE在多孔介质中运移的一维非线性吸附-对流-扩散模型,能够很好地揭示TCE在多孔介质中的运移规律,且模型中的阻滞系数是质量浓度的非线性函数.     

基于分形插值模型的贵州农产品区土壤养分综合评价研究

以贵州省农产品区为研究对象,选取5个养分指标,利用分形维数权重的方法构建土壤养分分形插值模型,结合GIS技术对贵州省农产品区的土壤养分现状进行综合评价,并引入多种评价模型与分形插值模型评价结果进行验证分析.结果表明:(1)贵州省农产品区中速效钾含量丰富,中位数为162.00 mg·kg~(-1),全氮、有机质、有效磷含量为中等水平,中位数为1.35 g·kg~(-1)、20.30 g·kg~(-1)、10.30 mg·kg~(-1),土壤为微酸性土壤.(2)分形插值是解决复杂的非线性关系问题的模型方法,将其运用于土壤养分综合评价中既考虑了指标间的非线性关系又考虑了指标间的权重关系,通过与投影寻踪模型、熵权TOPSIS模型和数值化模型对比验证与分析,分形插值模型与其他三种模型方法的评价结果有较好的一致性,评价结果更加客观、合理,为土壤养分综合评价提供了一种较好的新方法.(3)土壤养分分形插值综合评价分布图显示,贵州农产品区北部地区较南部地区土壤养分较好,由中部向四周呈放射状递减的趋势,土壤养分各等级水平均有体现,其中等和缺乏水平分布面积占研究总面积的38.17%和36.99%,说明整个研究区土壤养分水平综合状况主要以中等和缺乏水平为主.     

北京某环路两侧土壤重金属污染风险评价

为了解北京市某环路两侧土壤重金属污染现状,对其22处采样截面的44个样品中的Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb总量进行测定,并用改进的BCR法对重金属形态进行分步提取和测定.结果表明,Cr、Pb和Cd的总量分别是北京地区土壤背景值的7.48、6.65和5.13倍;从提取形态来看,6种重金属主要以活性较低的还原态、氧化态和残渣态存在.采用4种评价方法从不同角度对研究区域土壤中重金属的污染风险进行了评价.基于总量的地累积评价结果显示,Cr、Pb和Cd污染级别最高,Ni、Cu和Zn次之;潜在生态风险指数法评价结果为Cd>Pb>Ni>Cr>Cu>Zn;基于形态学的评价方法 RAC风险评价法得到生物可利用性顺序为Zn>Cd>Ni>Cu>Pb>Cr;而次生相与原生相比值法的结论是生物潜在可利用性依次为Zn>Pb>Cd>Cu>Ni>Cr.     

混合物毒性评价模型的选择优化

理论非线性联合毒性评价模型(the theoretical non-linear combined toxicity assessment model, TNL)源于混合物联合作用的定义,研究者也从生化水平检测验证了其正确性。为验证该模型在混合物联合作用评价方面的能力,本研究采用微孔板检测法测试了7种不同类型环境污染物对费氏弧菌(Vibrio fischeri)的一元、二元急性毒性,选取浓度加和模型(concentration addition model,CA)、独立作用模型(independent action model,IA)及TNL模型进行混合物联合毒性的评价。结果表明,7种环境污染物的一元、二元剂量效应曲线能够很好地被Hill方程拟合。CA、IA和TNL模型的评价结果存在较大差异,有8组混合物作用方式评价出现分歧。Hill方程的拟合参数m在一定程度上反映了曲线中部的斜率。当组分剂量效应曲线的拟合参数m值差异较小时,可选用CA模型进行评价。若CA模型出现预测盲点时,可直接选用IA模型。当m值差异较大时,宜使用TNL模型进行评价。TNL模型作为补充模型,联合CA、IA模型共同应用于二元混合物联合作用评价,可得到准确的结果。     

水信息学及其在水环境中的应用研究综述

水信息学是一门新兴的学科,是在水范围内运用知识的新途径、元知识.它着重运用计算机技术、通信网络技术、3S技术、可视化技术等一系列高新技术,并结合传统水科学和工程学的方法,研究与水环境相关数据的收集、存储、处理、模拟、预测和结果显示等问题.文章首先探讨了几种不同的水环境概念及水环境研究模型,阐述了近年生态水力学模型的制约因素.生态水力学模型建市在时空一致性和质量能量守恒等假设上,而水生态系统的高度复杂性、非线性和时空特异性制约模型的发展.从"知识发现"和"知识管理"两个视角出发,重点阐述数学模型、数据挖掘、数据同化、数据驱动、地理信息系统、决策支持系统、商业软件等水信息学方法在水环境研究中的应用.目前水信息学还处于起步阶段,各方法交叉结合的研究还比较少,在今后的研究中有待加强,包括基于数据的各方法手段的结合、基于数据和基于过程的两者结合、水环境的知识发现和知识管理的结合等.     

基于普通克里格和投影寻踪模型的城市土壤重金属污染评价

作为城市生态环境的重要组成部分,城市土壤对城市的可持续发展具有重要意义。然而,随着人类活动加剧,重金属元素成为城市土壤中具有重大影响的有毒污染物,尤其是铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)及其复合物在城市土壤污染中较为突出。为了探讨城市土壤中重金属的含量及污染空间分布特征,为城市环境治理和环境保护提供客观依据,以内江市城区为例,采集了203个表层土壤样本,利用单因子污染指数法、GIS技术结合投影寻踪模型评估了研究区不同土地利用方式下表层土壤铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)的污染特征及其空间污染程度。结果表明:(1)与国家二级标准限定值比较,镉元素的富集程度最大,锌元素次之,铜元素富集程度最小,铅元素无富集;(2)4种元素变异系数属于高度变异,其含量均受到人类活动的强烈影响;(3)土壤重金属综合污染指数均值表现为公共用地商业用地住宅用地工矿用地农业用地交通用地;(4)内江市城市土壤重金属污染程度的克里格插值评价等级为较清洁、轻污染,在空间展布上二者的面积比例为1.2∶1,内江市重金属综合污染水平较轻。投影寻踪模型为涉及多因素的城市土壤重金属污染评价提供了新思路。     

等温微量热技术在土壤微生物学研究中的应用

土壤微生物代谢活性与土壤功能直接相关,是评价土壤质量的灵敏的、普适的综合指标.物质的理化或生物变化过程都伴随着热效应,等温微量热技术可精确测定和跟踪此过程,其研究领域广范并带动土壤微生物的代谢热力学研究蓬勃发展.本文首先简要介绍微量热技术、普遍采用的底物诱导法揭示的微生物代谢活性和国内外研究团队.然后重点综述微量热技术在土壤微生物学的主要研究成果,包括代谢热力学可量化微生物对土壤有机碳的同化效率;土壤微生物在短时间内达到最大热释放值,伴随高的生长速率,表明其代谢活性高;代谢热熵(单位微生物热释放值)可指示微生物对土壤有机碳的转化和利用效率,是指示土壤质量的良好指标;外源污染物总体上抑制土壤微生物代谢活性;检测过程中应重视微量热测定的影响因素与条件优化.讨论测定过程中微生物生长条件的标准化和底物问题.最后展望潜在的研究方向,微量热技术与各种技术的有机结合,有望在土壤微生物结构与活性的地理属性、气候变化、土壤质量的空间大尺度比较和外源污染物的生物毒性评价等方面发挥其重要作用.     

区域地下水资源承载力综合评价的集对分析方法

集对分析是一种新的不确定性分析方法,针对关于确定-不确定系统给出了分析背景下的联系度表达式,由于其联系度概念具有鲜明的辨证性、完整性,成为处理不确定性问题的独具特色的思想方法。应用集对分析法对关中地区的地下水资源承载力进行了综合评价,评价结果得出:西安地下水资源承载力已达Ⅲ级,该地区地下水资源开发已接近饱和值;咸阳、宝鸡、关中平原、渭南等地区地下水资源承载力属于Ⅱ级,地下水资源开发利用已有相当的规模,但仍有一定的开发利用潜力。评价结果与模糊综合评价、投影寻踪法和物元分析法的结果基本相同。本方法具有概念明确、计算简单,结果合理。该方法为水文水资源的分析、评价提供了一种更为简便的方法。     

杉木种子涩籽的空间变异性研究

运用“Ｋｒｉｇｅ”空间内插技术,对福建省杉木种子涩籽率地理流行趋势进行分析．结果表明：“Ｋｒｉｇｅ”内插技术拟合优度达９９．９％．能真实反映杉木种子涩籽率的地理流行趋势,清晰地区划出以建瓯、建阳为中心的低涩籽率区域和永太泰、闽侯为中心的高涩籽率区域,为福建省杉木种子园的合理布局提供了理论依据．     

Large Mammalian Herbivores and the Conservation of Arid Acacia Stands in the Middle East

Abstract: High mortality and poor recruitment in Acacia tree populations in many parts of the Middle East may result in loss of biodiversity. Human activities in recent decades have caused drastic changes in the water regime and the abundance of wild and domestic ungulates, which may negatively affect these trees. We studied the effects of large mammalian herbivores on the establishment of young Acacia raddiana and A. tortilis in the Arava Valley between the Red Sea and the Dead Sea, Israel. Seed accumulation under trees was high when large herbivores were excluded, and direct observations confirmed that ungulates were the main seed dispersers of these Acacia species. Insect seed predators (bruchid beetles) damaged more than 95% of seeds not consumed by ungulates. Seed germination was facilitated by gut passage through ungulates. Seedling survival was determined largely by water availability and was independent of herbivore density. Under present conditions, several years of high rainfall are necessary for successful establishment of young trees. Under severe browsing pressure by ungulates, growth in juvenile trees was delayed and smaller sizes were overrepresented. There was no evidence, however, of effects on the long-term demography of Acacia trees, perhaps because ungulates increased seedling densities by enhancing the viability and germination of seeds. We conclude that large mammalian herbivores are essential components of arid Acacia savannas and that wild and domestic ungulates must be included in future conservation plans.     

四川省部分豆科植物根瘤菌的遗传多样性

从四川省豆科植物鸡眼草属、合欢属、豇豆属、葛属、金合欢、杭子梢分离获得了103株根瘤菌,采用AFLP、BOXAIR-PCR研究了这些菌株的遗传多样性.结果表明,分离自四川省豆科植物6个属的根瘤菌存在明显的遗传多样性,AFLP分析中,全部供试菌株的相似性为21%,全部供试菌株可分为26个AFLP遗传群;BOXAIR-PCR聚类分析结果表明,103个菌株分在70%相似性水平处,供试菌株被分为18个BOX遗传群.除部分菌株外,多数根瘤菌按宿主类型聚群,同一宿主而地理来源不同的根瘤菌分布于不同的遗传群,表明宿主和地理环境对根瘤菌具有深刻影响.图3表1参9     

rRNA基因ITS区序列分析在粘帚霉属生防菌株种级分类上的应用

对分离自不同地域的粘帚霉属不同种类的生防菌株rRNA基因转录间区进行了克隆测序,用Clustal X软件进行自动排序,用Njplot程序构建系统进化树.供试26个粘帚霉菌株分在4个组,与传统形态分类结果一致,同一种类的不同来源的菌株差异不明显.研究表明,可以根据ITS区DNA序列差异对粘帚霉属进行种级分类,但不能用于区分种内不同地域的菌株之间的差别.图1表1参17     

用改进的灰色识别法评价地表水环境质量——以北京石景山区莲花河新开渠为案例

简要论述了利用改进的灰色识别法评价地表水环境质量的计算原理、方法和步骤。改进的灰色识别法以灰色关联法为基础,针对运用灰色关联法对水环境质量进行评价中存在的问题,引入关联离散度和隶属度算法加以改进,并将水环境质量标准等级与相应的隶属度加权平均求得精确水质类别,进一步提高了分辨率和实用性。以北京市石景山区莲花河新开渠为案例,对地表水环境质量进行评价,确定其水质等级以及变化趋势,为水环境保护规划提供科学依据。结果表明:改进的灰色识别法可比性强,分辨率高,具有较高的实用价值。     

运用主成分分析法评价北京市代表性河流的水质与毒性状况

以北京市3条具有不同功能的代表性河流(清河:纳污排洪;京密引水渠:供水水源;小月河:景观用水)作为研究对象,分析测定了33个水质指标,采用内梅罗指数法与大型蚤急性毒性测试法对3条河流的水质与毒性状况进行了评价,同时运用主成分分析法对毒性产生的原因和影响水质的因素进行了初步探讨.结果表明,1)3条河流已受到不同程度的污染,水质和毒性状况均不容乐观.作为纳污排洪的清河大部分采样点水质较差,生物毒性极高;作为景观用水的小月河水质一般,具有一定的生物毒性;作为供水水源的京密引水渠水质一般,但毒性较低.2)水样生物毒性与Cl-、Ca、K、Li、Mn、Na、Cr、Ni等指标有关;内梅罗水质指数与NO2-、Cl-、K、Na、Ni等指标有关.3)某些指标(如NO2-)超标会对水质分级产生较大影响,但对生物毒性贡献不大,而低浓度的重金属,不会对水质分级产生贡献,却会对生物的生理活动产生影响,综合化学指标和毒性指标共同评价水质更为合理.     

指标规范值的灰色聚类用于大气环境质量评价

为减少传统的灰色聚类法用于空气质量评价时涉及到白化函数的设计工作量,在设定空气指标＂参照值＂和＂规范变换＂基础上,将同级标准规范值相近的指标归为一类,属于同一类的指标设计为相同的归化函数,简化了函数的计算。将指标规范后的聚类分析方法应用于大连市区空气质量评价,结果表明：该方法用于空气质量评价具有简单、方便和实用的特点。     

Range-Wide Selection of Catchments for Pacific Salmon Conservation

Abstract:  Freshwater ecosystems are declining in quality globally, but a lack of data inhibits identification of areas valuable for conservation across national borders. We developed a biological measure of conservation value for six species of Pacific salmon ( Oncorhynchus spp.) in catchments of the northern Pacific across Canada, China, Japan, Russia, and the United States. We based the measure on abundance and life-history richness and a model-based method that filled data gaps. Catchments with high conservation value ranged from California to northern Russia and included catchments in regions that are strongly affected by human development (e.g., Puget Sound). Catchments with high conservation value were less affected by agriculture and dams than other catchments, although only 1% were within biodiversity reserves. Our set of high-value areas was largely insensitive to simulated error, although classification remained uncertain for 3% of catchments. Although salmon face many threats, we propose they will be most likely to exhibit resilience into the future if a complementary mosaic of conservation strategies can be proactively adopted in catchments with healthy salmon populations. Our analysis provides an initial map of where these catchments are likely to be located.