基于改进遗传算法的河流水污染源反演方法

针对河流水污染应急响应过程中污染源排放历史迟知、未知的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,利用一维河流水质模型和水质监测数据,研究建立了基于改进遗传算法的河流水污染定量源反演方法,实现了对河流污染源排放历史的识别与重构.将该方法应用于美国特拉基河流的3个不同流量下的示踪剂实验中,对示踪剂排放历史进行定量源反演分析.结果表明：IGA算法对高、中、低不同流量下的3次示踪剂实验均可以很好的重构和识别示踪剂排放历史,对于实际河流水污染源反演分析的误差均在可接受范围内.IGA算法在河流水污染源反演分析中具有一定的可靠性和稳定性,可为河流水污染精准溯源与治理提供科学的技术支撑.     

施氮水平对河套灌区套作小麦-玉米土壤微生物量碳、氮的影响研究

通过田间试验研究了河套灌区套作小麦(Triticum aestivum L.)-玉米(Zea mays L.)在不同施氮水平下(小麦N0 0 kg·hm~(-2)、N1 90 kg·hm~(-2)、N2 180 kg·hm~(-2)、N3 270 kg·hm~(-2);玉米N0 0 kg·hm~(-2)、N1 135 kg·hm~(-2)、N2 270 kg·hm~(-2)、N3 405 kg·hm~(-2))土壤微生物量碳、氮的变化规律,为农业生产中定量施氮提供有益的生物参数和指标。结果表明:小麦全生育期内土壤微生物量氮、碳含量呈现出"升-降-升"趋势,抽穗期土壤微生物量氮达到最大值,灌浆期的下降幅度最大,土壤中的养分被小麦大量吸收消耗,此时微生物矿化出一部分微生物量氮以供作物吸收利用,土壤微生物量含量大幅下降。玉米土壤微生物量氮、碳含量随生育期进程推进而先增加后降低,在抽雄期出现峰值,土壤中的有效养分充足,同时,根系代谢活动旺盛,分泌物增多,使微生物代谢加快,为微生物的生长和繁殖提供了充足的营养环境。套作小麦-玉米土壤微生物量碳、氮含量均随着施氮水平的升高呈现出先增加后降低的趋势,在N2(小麦180 kg·hm~(-2)、玉米270 kg·hm~(-2))水平下,土壤微生物量碳、氮含量最高。N2处理的小麦微生物量碳较N0增加了53.7%,微生物量氮则是N0的3.29倍;N2处理的玉米微生物量碳、氮分别是N0的2.61、5.38倍。回归分析表明,土壤微生物量与施氮量之间表现为显著的二次型回归关系,适宜的氮肥施用量对微生物量碳、氮的负效应较低;根据边际分析及综合土壤微生物量碳、氮,推荐小麦最佳施肥量为165.9~187.5 kg·hm~(-2),玉米最佳施肥量为227.5~287.9 kg·hm~(-2)。     

新烟碱类杀虫剂污染特征及其毒性效应

综述了新烟碱类杀虫剂在土壤、水体和大气中的赋存现状及其对无脊椎动物、脊椎动物和人类的毒性效应.新烟碱类杀虫剂普遍存在于多介质环境中,特别在农业种植区具有较高的残留浓度.新烟碱类杀虫剂对非靶标动物的影响主要表现在氧化应激、抑制活动能力、损伤DNA和生育功能;亦会对人类的生育、生殖、神经以及脏器功能带来风险.因此,今后亟需系统研究新烟碱类杀虫剂在多环境介质中的赋存及污染状况,深入探讨新烟碱类杀虫剂对非靶标生物的健康危害,以便全面了解此类杀虫剂对生态环境及非靶标生物造成的潜在风险.     

气候变暖对冻结期黑土碳氮循环关键过程及指标的影响

冬季土壤碳氮循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分,对气候变暖的响应极为敏感.为更好地了解气候变暖对冻结期黑土碳氮动态的影响,本试验采用红外辐射仪模拟土壤增温,并进行了两种不同水平的增温研究（W1和W2）.结果表明,在冻结期（2019年11月至翌年1月）,与对照处理（C）相比,模拟增温使表层土壤温度（0 cm土壤温度）分别上升1.54℃（W1）和4.10℃（W2）,并显著增加了土壤含水量,这很可能是由于积雪融化造成的.两种增温水平均降低了积雪覆盖厚度、土壤冻结深度、土壤有机碳（SOC）含量及活性有机碳（LC）含量.而冻结期增温对黑土氮循环关键过程及指标的影响则相对更复杂,随着增温幅度的提升,硝态氮（NO₃^--N）含量显著降低、全氮（TN）含量及净氮硝化速率明显增加,而铵态氮（NH₄⁺-N）、总无机氮（TIN）含量及净氮矿化速率则显著地呈现出先增加后降低的趋势.气候变暖将给冻结期黑土带来更为温暖湿润的环境,并且由此引起的土壤碳氮含量及转化过程的变化将会对随后生长季植物和微生物群落的结构组成、生产力及碳氮循环等过程产生深远的影响.这为研究冻结期东北黑土碳氮循环机制提供了一定的科学依据.     

碳化稻壳-铁锰氧化菌耦合净化严寒村镇高铁锰地下水效能与机制

针对严寒地区特有地理气候条件及制约当前村镇建设与发展的典型问题,以建设绿色低碳、节能环保村镇为目标,研发碳化稻壳-优势铁锰氧化菌耦合工艺净化严寒村镇高铁锰地下水,探究生物滤柱低温快速启动方式;基于接触氧化与生物法,对比分析不同滤速条件下滤柱沿程除铁效能与反应速率,研究生物滤层除铁机制;基于扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、傅立叶红外线光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、拉曼光谱(Raman spectra)、电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance,EPR)对运行不同阶段的滤料与反冲洗水泥样表征剖析生物滤层除锰机制.结果表明,优势菌液低滤速-全循环的运行方式使稻壳生物滤层成熟且稳定仅需15 d;稳定运行阶段出水铁、锰、细菌浓度分别低于0.3 mg·L~(-1)、0.1 mg·L~(-1)、100 CFU·m L~(-1),均满足国家生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006);除铁机制主要依靠物化作用、辅以生物作用;在滤料成熟阶段与稳定运行初期除锰主要依靠生物作用,稳定运行后期物理化学作用占优势;该研究为严寒村镇Fe~(2+)、Mn~(2+)地下水集中处理应用提供了技术支撑.     

基于SWAT模型的挠力河流域地表径流数值模拟与不确定性分析

为探究水文模型参数敏感性及模型不确定性对径流模拟的影响,运用SWAT模型对挠力河流域地表径流过程进行了数值模拟,利用SUFI-2方法评价模型参数敏感性及不确定性对模拟结果的影响,选取决定系数（R2）与Nash-Sutcliffe效率系数（E_NS）对模型精度进行评价。敏感性分析结果表明:对挠力河流域径流模拟影响最大的4个参数是CN2（SCS径流曲线数）、SLSUBBSN （平均坡长）、SOL_BD （土壤湿密度）和SOL_K （土壤饱和导水率）,表明SCS径流曲线数、土壤与地形地貌是影响挠力河流域地表径流最重要的因素。月径流模拟过程与实测水文过程拟合较好,率定期和验证期R2与E_NS分别为0.68、0.67和0.76、0.44,均达到令人满意的结果。不确定性分析结果表明:p因子为0.78,r因子为0.94,模型不确定性较小,进一步验证了模型的适用性。研究结果可为其他相似流域SWAT模型的应用及参数的率定提供参考。     

铜绿微囊藻代谢对藻源膜污染影响和作用机制

藻细胞生长代谢受藻细胞分布形式的影响,文章为研究藻细胞在不同氮浓度下藻细胞生长代谢差异及其藻源膜污染的变化,将纯净的藻细胞预覆盖在超滤膜表面,原水中硝酸钠浓度设置为0、24.7、247和1 235 mg/L,从膜表面观测、膜污染阻力变化、原水水质变化、藻细胞生长代谢行为对藻源膜污染机理定性分析。结果表明,膜污染主要成因均为滤饼层污染,大小表现为培养基组>低氮组>无氮组>高氮组。藻细胞在低氮组、培养基组中正常生长代谢,大量藻细胞及胞外有机物(EOM)附着在膜表面,引起滤饼层厚度变厚、结构致密;无氮组藻细胞在第10天开始褪绿,褪绿状态下短期保持完整细胞形态,褪绿过程中释放胞内有机物(IOM)引起滤饼层结构致密;高氮组藻细胞生长停滞少量,少量藻细胞碎片、IOM等附着在滤饼层上引起滤饼层结构轻微改变。分析表明,藻细胞生长引起的藻细胞数目与EOM增多造成严重的藻源膜污染。     

海水淡化原水预处理工艺筛选评估体系

针对海水淡化预处理工艺特征形成了海水淡化原水预处理工艺（药剂）库,建立了预处理工艺筛选评估指标体系;而后利用多准则决策理论,构建了基于熵权法和逼近理想解排序法（TOPSIS）的海水淡化原水预处理工艺筛选评估模型,并实现程序设计,用以筛选出适合的预处理工艺;最后通过一个实例验证方法可行性,结果证明本体系可以有效辅助海水淡化原水预处理工艺的筛选评估,实现科学决策.     

东北湖区典型流域生态安全评估

为评估东北湖区湖泊生态安全,在山口湖流域水质特征分析的基础上,分别采用模糊综合评价法、层次分析法和DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）模型对山口湖流域水环境质量、陆域生态系统健康状况和流域生态安全进行综合评估.结果表明:①2014年山口湖水体氮、磷、有机物质量浓度较低,各月营养水平存在较大波动:3月冰封期ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Mn）最低,分别为0.681、0.022、6.31 mg/L;5月冰层溶解时ρ（TN）和ρ（COD_Mn）最高,分别为1.771、8.27 mg/L.在3条入湖河流中,长水河受生活源和农业面源污染较重,ρ（TN）年均值为2.244 mg/L,超出GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准限值;南水河污染较轻,ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为1.061、0.059 mg/L;土鲁木河受人类活动影响较小,污染最轻.②模糊综合评价结果显示,除5月外,2014年山口湖水体总体上处于GB 3838-2002 Ⅲ类水质.③1988-2014年山口湖陆域生态系统处于优秀状态,但健康指数由1988年的90.06降至2014年的87.63,森林覆盖率下降、农田比例增加是陆域生态系统健康状态下降的主要原因.④2014年山口湖流域生态安全指数值为72.61,处于较安全状态,经济发展水平落后、入湖污染物未有效控制、透明度低、水产品供给指标功能较差、污染物处理能力差是影响山口湖生态安全的主要因素.研究显示,需减少农田化肥施用量,加强农村和农业面源污染防治等措施,控制污染物入湖量,加强环境监管能力建设和科技支撑,提高山口湖流域生态安全状态.      

基于改进水资源生态足迹模型的中国水资源可持续利用仿真及调控

针对现有水资源生态足迹模型复杂程度高、适用性不强、系统性和动态性不足的问题,在模型中引入灰水足迹量化消污用水,并在水资源生态足迹指标计算中考虑非常规水源,然后结合系统动力学仿真技术,开展中国水资源可持续利用调控研究.结果表明,2000～2017年中国对水资源的开发利用程度整体保持在生态承载力以内,水资源开发仍有潜力,但水资源的供需却存在不平衡的情况.鉴于此,从节流、开源和污染治理角度出发,设置了6种中国水资源可持续利用调控方案.其中,2018～2050年综合协调方案能在满足水资源生态可持续和水资源负载合理的条件下,妥善解决水资源供需问题,是实现中国水资源可持续利用的最佳调控方案.目前中国水资源开发速度滞后,与社会经济发展对水资源消耗的增长速度不匹配,需在原有政策的基础上进一步加强开源、节水和治污力度,从而缓解水资源的生态胁迫压力.