基于深度学习的华东地区PM2.5浓度遥感反演

PM_2.5作为大气污染的主要来源,对人类身体健康有着极大的影响.本文提出基于深度学习模型的多要素联合PM_2.5反演方法,以PM_2.5浓度作为真值数据,引入Himawari气溶胶光学厚度（AOD）日数据产品与温度、相对湿度和气压等10个要素作为反演要素.为验证方法的有效性,采用华东地区2016~2018年的数据分季节开展实验,并与传统反演方法进行对比.结果表明,PM_2.5浓度与AOD、降水、风速、高植被覆盖指数呈正相关关系,与矮植被覆盖指数呈负相关关系,与温度、湿度、气压以及DEM的相关性随季节的变化而改变;基于深层神经网络（DNN）反演的PM_2.5精度高于传统的线性和非线性模型,各个季节R²均在0.5以上并且误差较小,其中秋季的反演效果最好R²为0.86,夏季为0.75,冬季为0.613,春季为0.566;模型的可视化结果显示,DNN模型的反演结果更接近地面监测站点插值的PM_2.5浓度分布,分辨率更高且更精确.     

太湖竺山湾沉积物碳氮磷分布特征与污染评价

为了揭示太湖竺山湾沉积物中碳、氮和磷的分布特征,本研究在太湖竺山湾设置3个断面(湖湾内,A断面;湖湾中部,B断面;开敞湖区,C断面) 10个采样点,采集沉积物柱状样,每2 cm间隔分层测定沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)含量,以揭示其水平分布和垂向分布特征.结果表明,在空间上竺山湾表层沉积物呈现开敞湖区向湖湾富集的特征,湖湾内部碳、氮和磷含量显著高于开敞湖区(P 0. 01),其中湖湾内(A断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量分别为1. 53、1. 55和11. 31 mg·g~(-1),而靠近开敞湖区(C断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量仅为0. 75、0. 57和6. 70 mg·g~(-1).垂向分布特征表现为表层富集,3个断面TN、TP和TOC含量随着底泥深度的增加均呈现出下降趋势,表层沉积物TN、TP和TOC含量分别是底层的2～3、2～5和2～3倍.整体而言,竺山湾沉积物TP含量均值为0. 93 mg·g~(-1),属于重度污染,而TN平均含量为1. 11 mg·g~(-1),属于轻度污染;有机氮指数和综合污染指数显示,竺山湾北部地区污染水平为重度污染区,有机污染相对较强,TP的污染指数(STP)处于1. 03～3. 87之间,属于重度污染.     

太湖草藻型湖区磷赋存特征及其环境意义

研究草藻型湖区上覆水和沉积物磷赋存特征及环境意义有助于明晰磷在沉积物-水界面的迁移转化过程,对于深入理解不同类型湖区的富营养化过程及富营养化湖泊的治理具有重要现实意义.在太湖典型草藻型湖区进行四季多点采样,分析草藻型湖区水体及沉积物中不同磷形态的时空差异,并揭示其环境意义.结果表明:①藻型湖区上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性无机磷(DIP)和颗粒态磷(PP)显著高于草型湖区,时间分布上大都表现出夏秋高于冬春的特点,PP是TP的主要组成部分,占比71. 8%～89. 6%.叶绿素(Chl-a)浓度与上覆水中磷赋存形态呈相似的时空分布特征.②藻型湖区表层沉积物TP含量为372. 38～529. 64 mg·kg~(-1),草型湖区为304. 29～454. 27 mg·kg~(-1),藻型湖区表层沉积物TP含量明显高于草型湖区,冬季沉积物TP含量最高,夏季最低,这与外源污染的输入以及不同环境条件下内源磷在沉积物和上覆水间的迁移转化有关.③沉积物中不同磷赋存形态数量分布由小到大依次均为:NH_4Cl-P、Fe-P、Org-P、Res-P、Al-P和Ca-P.表层沉积物Mobile-P(NH_4Cl-P+Fe-P+Org-P)在TP中的占比藻型湖区为9. 10%～16. 93%,略高于草型湖区8. 11%～13. 50%,Res-P在TP中占比藻型湖区为10. 06%～14. 97%,草型湖区为11. 02%～20. 28%.藻型湖区内源磷释放风险大,不利于磷的固定与埋藏.不同类型的湖区富营养化程度明显不同,在磷的释放与埋藏中也表现出不同变化特点.藻型湖区因其较高的内源磷负荷和释放潜力,值得特别关注.     

鄱阳湖湖口-长江段沉积物中微塑料与重金属污染物的赋存关系

重金属是环境中的典型污染物,而微塑料是新型污染物,两者的共存可导致复合污染而存在潜在的生态风险.为探讨鄱阳湖湿地环境中微塑料与重金属的赋存关系,对鄱阳湖湖口-长江段沉积物中微塑料与重金属(Cu、Cd、Pb、Zn和Cr)的含量及其形态特征进行分析.结果表明,沉积物干物质中微塑料丰度范围为356～1 452 n·kg~(-1),平均丰度值达982. 33 n·kg~(-1);通过显微鉴定微塑料形态有碎片类、纤维类和薄膜类,以碎片类为主(48. 23%);而颜色主要以彩色为主;粒径以≤1. 00mm为主;聚合物成分主要为聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)和聚丙烯(PP).电镜扫描-能谱分析(SEM-EDS)发现,微塑料表面具粗糙、多孔、裂痕和撕裂的特征,并附着多种重金属元素.5种重金属在湿地沉积物中均有不同程度积累,冗余分析表明,沉积物主要理化因素(TOC、pH、EC及粒径)及微塑料赋存对重金属的总含量均有显著影响(P 0. 05);方差分解分析(VPA)显示,理化因素和微塑料对重金属有效态的贡献率分别为37. 70%和0. 70%,但两者的协同贡献率达49. 60%,可导致重金属形态向有效态转化.微塑料可作为重金属的附着载体并将进一步增强重金属污染物的生物有效性,对湿地生态安全构成潜在威胁.     

洱海藻类水华高风险期沉积物氮磷释放通量时空变化

选择藻类水华高风险期,研究沉积物氮磷释放通量时空变化及影响因素,以揭示沉积物氮磷释放对洱海水质影响.结果表明:①2009、2013和2018年洱海沉积物氮磷释放通量整体呈上升趋势,与2009相比,2013年增幅较大,而2018年与2013年相比增幅较小;溶解性总氮(DTN)释放通量在11. 71～14. 15 mg·(m~2·d)~(-1),其中有机氮(DON)释放通量在6. 39～8. 42mg·(m~2·d)~(-1),占DTN的58%,无机氮(DIN)释放通量在5. 31～5. 73 mg·(m~2·d)~(-1),占DTN的42%;溶解性总磷(DTP)释放通量在0. 11～0. 14 mg·(m~2·d)~(-1),无机磷(DIP)释放通量在0. 07～0. 09 mg·(m~2·d)~(-1),占DTP的66%,有机磷(DOP)释放通量在0. 04～0. 05 mg·(m~2·d)~(-1),占DTP的34%.②洱海沉积物氮磷释放通量空间差异也较大,其中氮释放通量呈南部北部中部趋势,磷释放通量表现为北部中部南部趋势; 2009、2013和2018年相比,由北向南各湖区氮释放通量增幅分别为17%、13%和23%,磷释放通量增幅分别为19%、28%和29%.③2009、2013和2018年相比,洱海沉积物氮磷含量总体稳定,不是影响其释放通量变化主因,水华高风险期水体pH增加和DO下降是影响沉积物氮磷释放通量变化的重要因素,洱海保护应关注水体环境因子变化导致的沉积物氮磷释放增加问题.     

达里湖表层水体浮游细菌群落结构的夏-冬季节差异

为探索寒旱区湖泊在夏季非冰封开放、冬季冰冻近封闭等状态差异下表水中典型理化指标和浮游细菌群落结构差异,利用2018年7月和2019年1月采集的内蒙古达里湖41个表水(冰)样品,基于16S rRNA高通量测序和典型理化指标含量分析,讨论了浮游细菌群落结构特征及其对氮(N)和磷(P)元素等理化指标的夏-冬季节差异的响应.首先,夏季表水(夏水)中N和P及电导率(EC)等指标参数相对含量明显高于冬季(包含冬季表水-冬水和湖冰-冰体),且Proteobacteria、Actinobacteria和Cyanobacteria等构成夏水、冬水和冰体中广泛存在的优势浮游细菌门类(相对丰度大于1％).不过,夏水中优势浮游细菌门类数量明显多于冬水和冰体,如Deinococcus-Thermus、Tenericutes和Firmicutes等仅在夏水中为优势菌门;其次,夏-冬季环境条件差异,特别是冬季"冰-水"内部状态改变,不仅引起表水富营养化程度明显差异,还导致优势细菌门类对N和P等营养元素及EC、溶解氧(DO)、冰厚(thickness)和化学需氧量(COD)等理化指标变化产生差异性响应.整体上,虽然聚类及分型结果将样品主要分为冰、水两种类别,且冰体中各理化指标参数对优势菌属相对丰度变化的影响最显著,但冰体优势菌属主要受到结冰过程引起的湖泊内部环境(如不同形态P元素迁移和冰厚等)变化的影响,而冬水和夏水优势菌属则受到外部环境[如水深(depth)和溶解性总固体(TDS)等]变化的影响较为明显.     

滇池表层沉积物中重金属污染特征及评价

对1995~2011年滇池表层沉积物中As、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Hg等7种重金属的含量及其分布特征进行了分析研究,结果表明,7种重金属元素的平均含量均明显高于云南省土壤背景值,10个沉积物采样点S1~S10均已受到不同程度的重金属污染,其中,草海的污染程度高于外海;相关性和主成份分析结果显示,滇池沉积物中As、Hg、Pb、Cd、Cu、Zn可能具有相同的污染来源。采用地质累积指数法和潜在生态风险指数法对1995~2011年滇池表层沉积物重金属污染状况进行了评价,结果表明,草海表层沉积物中重金属Igeo年均值在0.41~4.44之间,按污染等级划分,除Cr属"轻度"外,其它重金属元素均处于"中度"到"偏重度"污染;同期外海表层沉积物中重金属的Igeo年均值在0.41~2.59之间,Cd和Pb分别属于"中度"和"偏中度"污染,其它5种金属属于"轻度"污染,草海沉积物重金属的污染程度高于外海。草海7种重金属元素的RI均值为861.3,潜在生态危害达到了"严重"程度,各金属的生态危害程度顺序为Cd > Hg > As > Cu > Pb > Zn > Cr,Cd和Hg是主要的重金属生态危害因子;同期外海RI均值为236.4,达到"中等"生态危害程度,各金属的生态危害程度顺序为Cd > Hg > Pb > As > Cu > Cr > Zn,Cd是主要的重金属生态危害污染物。     

巢湖湖滨带植被特征及其退化原因分析研究

于2009年和2010年对巢湖湖滨带植被进行了详细踏查,结果表明:(1)植被群落结构单一,多样性较差,大都集中分布于浅水、河口、滩地,受水质和水位影响显著;(2)挺水植物有5科6属6种,以芦苇(Phrag-mites australis)为优势种;(3)浮叶植物3科3属3种;以野菱(Trapa incisa)和荇菜(Nymphoides peltatum)为优势种;(4)漂浮植物2科2属2种;主要是凤眼莲(Eichhornia crassipes)和浮萍(Lemna minor);(5)沉水植物4科5属8种;以马来眼子菜(Potamogeton malaianus)为优势种;(6)湿生和陆生植物27科76属101种;以禾本科为主,菊科、蓼科植物次之。调查结果与历史资料(1954年-2007年)对比,得出巢湖流域土地利用格局、江湖建闸等水利工程、围湖造田与堤坝建设等人为活动以及富营养化与蓝藻水华等综合因素严重破坏了巢湖湖滨带健康的生态系统,加剧了湖滨带植被的衰退。本研究可为巢湖湖滨带植被的恢复提供理论指导。     

阳宗海砷浓度与浮游植物的变化分析

通过对2007--2011年阳宗海砷浓度和藻类数量、种类变化数据的研究,分析砷浓度对藻类的影响。     

青海湖湖水性质、颗粒物沉积通量季节和年际变化——来自沉积物捕获器的研究

本文通过在青海湖南盆沉积中心试验性放置的Mark 8-13型时间序列沉积物捕获器所收集到的为期15个月的自然沉降颗粒物,分析了颗粒物沉积通量和物质组成,结合温盐传感器（CTD）所记录湖水参数数据的分析,讨论了青海湖上部10 m左右湖水中所发生沉积作用的季节与年际变化特征及其与环境参数的相互关系。结果表明,采集期间所沉降的总颗粒物具有显著季节和年际变化特征,其平均年沉降通量为112 g·m^-2·yr^-1,其组成主要是自生碳酸盐（高Mg方解石、文石）、生物壳体（介形虫、硅藻等）等内生作用形成的物质,以及少量的碎屑矿物。与实时监测的湖水参数比较表明,具有显著季节和年际变化的青海湖内生物质通量变化主要受控于夏季温度的变化。其沉积机制为：湖水温度的升高,有利于高Mg方解石和文石等自生矿物从碳酸盐过饱和的碱性湖水中结晶沉淀（盐度降低）,也有利于藻类和介形虫等微体生物大量繁殖,表现为温度偏高的2010年比2011年具有较低的湖水盐度和高得多的沉积通量。因此,青海湖自生碳酸盐沉淀通量可以用来反映湖水盐度和/或温度的变化,尽管这些内生作用形成的物质可能只约占到湖底沉积物的5%~20%。为更全面地了解青海湖现代沉积过程,有必要在更多点位、不同的深度进行长期放置捕获器和实时监测湖水参数变化。