长江下游居民区降水地表径流的污染特征

城市地表径流是重要非点源污染源之一,其研究对于我国城市水环境质量控制具有重要的现实意义.本文选择我国长江下游地区典型居民区下垫面作为研究对象,采集不同下垫面的多场降雨径流,探究分析其中主要金属污染物和溶解性有机质（DOM）的分布、结构特征和污染负荷.结果发现,不同下垫面地表径流中重金属均呈现一定程度的超标现象,其浓度由高到低排序为：Zn > Cu > Pb > Sb > Cd,不同下垫面地表径流污染特征呈现了显著的差异,交通主干道的金属和DOM污染均最为严重;不同下垫面有机质结构特性也呈现出了明显的差异;地表径流DOM与阳离子金属污染物（Cu）的结合作用强烈,紫外差分光谱和傅里叶变换红外光谱显示其结合位点位于羧基、酚羟基和C＝C结构,而类金属污染物（Sb）则结合较弱,其在径流中可能以游离态存在;研究区域不同金属污染物对临近水体产生的污染年负荷依次为：Zn > Cu > Pb > Sb > Cd,无锡和南京采样区DOM的单位面积污染负荷分别为0.93 g·（m²·a）^-1和8.72 g·（m²·a）^-1.结果表明需要针对不同下垫面属性和不同污染物结构特征开展对应的污染拦截措施,相关结果可以为长江下游流域水环境质量改善提供参考信息.     

基于近地多光谱和OLI影像的黄河三角洲冬小麦种植区盐分估算及遥感反演——以山东省垦利县和无棣县为例

黄河三角洲是我国重要的后备土地资源区,而土壤盐渍化对该区的农业生产影响巨大,因此,及时获取该区农作物种植区土壤盐分含量及其分布具有重要意义。论文利用ADC便携式多光谱相机和EC110便携式盐分计,采集该区近地多光谱相片和土壤表层含盐量数据,结合两期遥感影像提取黄河三角洲冬小麦种植区面积分布,构建基于近地多光谱植被指数的土壤含盐量估算模型,进而将模型拟合反演到黄河三角洲OLI影像,得到黄河三角洲冬小麦种植区土壤盐分含量空间分布图,对麦区土壤盐分状况进行了分析。结果显示,土壤含盐量最佳估算模型为以SAVI为因变量的线性模型（Y=-0.754x+0.870,n=80）,估测R²为0.747,精度达到81.44%;研究区冬小麦分布由西南部内陆至东北部沿海呈明显递减的空间趋势;麦田土壤盐分含量主要集中在1.5~3.0 g/kg之间,占种植总面积的76.90%,而含盐大于3.0 g/kg的麦田占14.09%,宜采取针对性栽培管理措施。该研究探索了基于近地多光谱数据和OLI影像的土壤含盐量估算方法,为黄河三角洲麦田管理和土壤盐分含量估算提供了快速有效的技术手段。     

城市纳污河流有色溶解有机物时空演变特征

利用平行因子分析和主成分分析方法,结合紫外吸收光谱与三维荧光光谱技术,研究了典型城市纳污河流-河北洨河水体有色溶解有机物(CDOM)的来源及随季节和空间变化特征,探讨了水体CDOM与水质指标间关系.结果表明:洨河水体CDOM主要为新近微生物源产生,受人类活动影响较大.CDOM浓度在时间变化上表现为春夏(2、5月)低,而秋冬(8、11月)高,从上游至下游呈现先升高再降低变化特征.荧光鉴别出的4种组分:组分1(类富里酸),组分2(类腐殖酸)及组分3(类胡敏酸)为类腐殖质,组分4为类蛋白物质.不同季节各组分来源及分布存在差异,除夏季外其他季节水体类蛋白与类腐殖质来源相似,尤其与类胡敏酸组分;类蛋白组分在各季节分布变化显著,冬春含量相对较高.洨河水体荧光物质与氨氮、亚硝氮具有共同来源,其中类腐殖质对COD贡献较为明显.采用光谱分析法并结合平行因子、主成分分析及聚类分析方法可识别污染源空间分布,揭示河体CDOM随季节变化规律.     

基于光谱分析的生物结皮提取研究——以毛乌素沙地为例

利用典型地物高光谱数据和TM遥感影像,对毛乌素沙地处于旺盛生长期(7-9 月)的由苔藓结皮主导的生物结皮进行了提取研究.结果表明:① 苔藓结皮在生长期具有与绿色植物相似的光谱曲线变化趋势;红边参数显示,二者除红边位置非常接近外,红边振幅、红边宽度和红边面积差异均较大;在近红外区域,苔藓结皮比绿色植物的反射率低很多;苔藓结皮无明显的553 nm反射峰;低盖度苔藓结皮(33%)、藻类结皮和植被枯落物在整个波段光谱曲线比较接近,与裸沙相比,三者反射率均较低.② 基于TM影像,用生物结皮指数(BSCI)、归一化植被指数(NDVI)、监督分类和坡度分级相结合的方法提取生物结皮,发现苔藓结皮的像元面积为0.72×10⁴ km²,占研究区总面积的6.43%.     

湿地芦苇光谱对富营养化响应的多尺度高光谱遥感研究

近年来大多数滨海河口湿地都受到了人类活动的影响,水体富营养化加剧的问题造成了深远的影响,亟待在不同时空尺度上以快速、稳定、准确的途径监测滨海河口水体富营养化。论文采用能够提取植被氮吸收特征细微变化的高光谱遥感技术,基于3个时相的野外实验测量数据和HJ-1A HSI高光谱遥感数据,在叶片、冠层和景观3种尺度上,研究湿地芦苇的高光谱特征对滨海河口水体氮素浓度变化的时空响应特性,以此避免营养物质脉冲效应导致的错误水体富营养化水平评估结论。研究结果表明：在叶片和冠层尺度,邻近不同氮浓度的水体,湿地芦苇的光谱特征存在差异。而且,所采用的高光谱植被指数能够对邻近水体氮浓度的变化作出响应,各指数与水体氮浓度的相关性在冠层比叶片尺度有所降低,其中TCARI/OSAVI指数与水体氮浓度的相关性较高（叶片尺度R²为0.73,冠层尺度R²为0.7）;在景观尺度,采用基于Bootstrap的SVM模型,构建高光谱指数TCARI/OSAVI的水体总氮浓度估算模型,应用于3个时相HJ-1A HSI高光谱图像。精度检验显示,估算值和实测值之间存在较好的相关性（R²=0.61,RMSE=2.96 mg/L）。综合叶片、冠层和景观3种尺度的研究结果,证明湿地植被的高光谱响应特征可用于滨海河口水体氮浓度的时空分布估算,进而可以指示湿地所在区域水体富营养化水平的变化状况。     

基于间隔偏最小二乘法短程硝化反硝化中无机盐氮的近红外光谱

采用序批式活性污泥反应器(SBR)研究短程硝化反硝化系统中稳定条件下无机盐氮的变化规律,利用小波去噪法对无机盐氮的近红外光谱进行预处理,并用间隔偏最小二乘法(iPLS)建立无机盐氮含量的校正模型(iPLS模型).结果表明:小波去噪法对原始光谱中的部分噪声进行滤除,从而提高了模型的精度.采用最小二乘法对预处理后的光谱进行建模,优选出最佳波长区间并将光谱划分为20个子区间,优选出的氨氮特征波数为8243~8663cm-1,亚硝酸盐氮特征波数为4000~4420cm-1.所建模型对氨氮、亚硝酸盐氮校正时的相关系数(rc)分别达到0.9582、0.9544,校正均方根误差(RMSECV)分别为0.0321、0.0406;预测时的相关系数(rp)分别为0.9184、0.8816,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.0790、0.0451.采用实际污水为原水时校正模型对氨氮、亚硝酸盐氮预测的相关系数(rp￠)分别为0.9190、0.8739,预测均方根误差(RMSEP′)分别为0.0578、0.0229.模型对氨氮和亚硝酸盐氮的预测总体效果较好.用小波去噪和最小二乘法建立模型不仅能有效减少建模所需变量数、缩短运算时间,而且模型预测精度较高,为无机盐氮的快速测定提供了一种可行的分析技术.     

石化企业VOCs无组织排放源强的反演模拟

针对石化行业面源无组织排放VOCs难以准确定量的问题,建立了基于开路式傅里叶变换红外光谱技术(OP-FTIR)的面源污染源源强反演模型,并进行了现场模拟试验。试验结果表明,风向、风速、大气稳定度、监测距离、数据处理周期等都是影响反演模型准确性的重要灵敏度参数。以反演源强Q_P与实际排放量Q的比值(Q_P/Q)为量化指标,对各影响因素进行优化处理,确定了构建反演模型适用的边界条件。当各灵敏度参数稳定于适用边界条件之内时,Q_P/Q为0.85~0.90。     

聚氯乙烯微塑料的原位光解老化及其对土壤微生物群落的影响

近年来,微塑料污染越来越受到大众和科研人员的关注.微塑料被报道在水体、土壤和大气中广泛分布,它们在环境中可能受到物理、化学或生物作用而发生老化现象.目前大部分关于微塑料老化的研究都是在水环境中进行的,同时,有关微塑料的老化研究主要采用离线技术进行表征,只能测定微塑料老化前后的结构变化,不能准确认识微塑料界面反应过程,因此,亟待开发微塑料老化过程的在线监测技术及研究其在非水相环境中的老化过程.研究污染物性质的目的 之一是为研究其环境影响提供理论依据,因此,本研究选择了聚氯乙烯(PVC)农业地膜在空气中老化后进入土壤的环境过程,搭建了单颗粒微塑料的显微-傅里叶变换红外光谱原位监测装置,从分子水平揭示了PVC微塑料的光化学转化过程,同时也探究了老化后PVC微塑料对土壤微生物群落所产生的影响.     

臭氧/活性炭协同作用去除二级出水中DON

为探讨臭氧氧化和活性炭吸附对城市污水厂二级出水中溶解性有机氮(DON)的去除机制,首先测定二级出水DON、溶解性有机炭(DOC)、UV254、pH值等指标.接着通过臭氧氧化试验和活性炭吸附试验来考察二级出水中DON、DOC和UV254变化,以及DON分子量分布和DON亲疏水性变化,并应用三维荧光光谱对二级出水中DON变化进行表征.结果表明,当臭氧投加量为8mg/L,DON的去除率大约为33.9%,DOC和UV254去除率约21.2%、66.7%;当活性炭投加量为2.0g/L,DON、DOC和UV254的去除率大约为43.4%、27.6%、92.2%;臭氧氧化和活性炭吸附组合试验时,对DON的去除率大约为83.3%和81.5%;臭氧氧化提高小分子量( 20kDa)的DON所占比例;活性炭吸附降低小分子量( 20kDa)DON所占比例为;臭氧氧化和活性炭吸附都提高亲水性DON所占比例,而降低疏水性和过渡性DON所占比例;三维荧光光谱证实,二级出水中DON变化与3个主要峰有关,分别代表物质为色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

固相萃取表面增强拉曼光谱法(SPE-SERS)测定农用环境水体中水胺硫磷残留

正近年来因农药大面积使用以致农药残留问题日趋严峻,农用环境安全问题备受关注.开展全面、系统的农用环境质量监测工作,特别是农用环境水体中农药的监测,能进一步加强对农药使用的监督管理.因此,建立简便、环保、适宜现场快速分析的农用环境水体农药残留检测方法对农用环境水体监测具有重要意义.拉曼光谱是一种散射光谱,其通过特征频移来反映物质分子结构或成分的信息.随着仪器技术的进步与表面增强技术的应用与发展,表面增强拉曼光谱依靠其快速、准确等特点,在表面科学、分析科学、生物科学和食品安全等领域得到