基于集成分析的环渤海地区河流硝酸盐污染解析

近几十年全球人口剧增,粮食生产及燃料消耗都增加了地表水中的氮负荷,而地表水是连接大陆氮库和海洋氮库的重要通道,地表水中的硝酸盐的增加将直接导致河口及沿海硝酸盐浓度的增加,因此研究近海河流的氮污染情况、确定影响因素将会为近海营养物质的控制及水环境管理提供重要信息.以环渤海地区的入海河流为主要研究对象,通过收集公开数据建立环渤海地表水硝酸盐数据库集成分析,研究入海河流的水体硝酸盐的时空污染特征及其与各影响因素之间的关系.结果表明,环渤海区域地表水中硝酸盐浓度的变化范围在0.0~76.4 mg·L~(-1),与溶解氧、总氮、总磷和电导率有显著的相关关系(p=0.01).在空间变化方面,黄河下游及浑太河上游流域硝酸盐污染较为严重.在除去来自城市污废水排放的人工河道带来的硝酸盐浓度异常值后,丰水期(平均浓度4.55 mg·L~(-1))与平水期(平均浓度5.39 mg·L~(-1))的硝酸盐浓度的平均水平较枯水期(平均浓度4.03 mg·L~(-1))更高,且浓度的变化范围(丰水期:0.00~34.90 mg·L~(-1);平水期:0.00~31.00 mg·L~(-1))亦大于枯水期(0.00~25.64 mg·L~(-1)).影响因素方面,硝酸盐浓度与降水量有显著相关性(r=0.122,p=0.01).土地利用相关性研究表明耕地与建设用地是硝酸盐的主要来源,林地和草地对硝酸盐污染有改善作用.硝酸盐的入海通量约为33.4×10~4t·a-1.     

1951—2014年中国北方地区季节气温突变与变暖停滞年份的时空变异性

利用中国北方357个气象站1951—2014年的季（月）平均最低气温,平均气温和平均最高气温数据,应用Mann-Kendall检验等方法,分析了中国北方地区三类气温季节突变与变暖停滞年份时空变异性。结果表明：平均最低气温、平均气温和平均最高气温各季节整体随纬度降低突变和变暖停滞年份变晚,突变至变暖停滞周期缩短。东北春、冬季突变和变暖停滞整体最早（20世纪70年代至80年代、1993—2002年）,华北次之,西北最晚（20世纪80年代至21世纪前10 a、1996—2010年）;夏、秋季突变华北最早（20世纪70年代和90年代）,东北次之,西北最晚（20世纪90年代至21世纪前10 a）,变暖停滞年份地区差异较小。平均最高气温未突变和平均最低气温未停滞站点较多,均主要分布在山地、高纬度地区和华北平原南部,其周边区域突变及停滞年份相对偏晚。同类气温突变和变暖停滞年份整体上分别按冬（1981—1990年）、春、秋、夏季（1994—2008年）和冬（1995—2008年）、秋、夏、春季（1998—2010年）顺序依次变晚,冬→春→秋→夏季突变至变暖停滞周期依次缩短。春、夏和冬季均为平均最低气温整体突变最早（1972—1999、1987—1999、1971—2000年）,平均气温次之,平均最高气温最晚（1975—2008、1994—2008、1972—2006年）,秋季与之不同。春、夏季整体按平均最低气温（1994—2008、1997—2008年）、平均气温、平均最高气温（均为1997—2010年）停滞依次变晚,秋、冬季与之相反。各季节突变至变暖停滞周期整体按平均最低气温（9~18 a）、平均气温和平均最高气温（5~12 a）依次缩短。夏季三类气温均在华北南部（低纬度）突变最早,与研究区整体规律相悖,该地区大部分站点未停滞,亦与突变早停滞也早的整体规律不同。     

中国粮食主产区耕地土壤重金属时空变化与污染源分析

土壤重金属污染威胁着农田生态系统安全和人类健康.基于2000年以来中国五大粮食主产区3 006个耕地样点的土壤重金属实测数据和20世纪80年代的土壤重金属历史数据,采用单因子指数法评估了粮食主产区耕地土壤重金属的污染现状和变化趋势,并基于地累积指数,结合区位环境污染探讨了其污染来源.结果表明,中国粮食主产区耕地土壤重金属点位超标率为21.49%,整体以轻度污染为主,其中轻度、中度和重度污染比重分别13.97%、2.50%和5.02%.四川盆地、长江中游及江淮地区、黄淮海平原、松嫩平原和三江平原的耕地点位超标率分别为43.55%、30.64%、12.22%、9.35%和1.67%,南方耕地污染重于北方.主要污染物为Cd、Ni、Cu、Zn、Hg,超标率分别为17.39%、8.41%、4.04%、2.84%、2.56%.自20世纪80年代以来,耕地土壤重金属含量呈增加趋势,整体上点位超标率增加了14.91%,其中Cd、Ni、Cu、Zn和Hg的污染比重分别增加了16.07%、4.56%、3.68%、2.24%和1.96%.除三江平原外,其他4个粮食主产区耕地土壤重金属点位超标比重增加趋势显著,且南方地区的Cd、Ni和Cu重金属超标比重变化量高于北方,而Hg和Cr增速低于北方.Cd、Hg以人为污染源为主,其他6种重金属以自然污染源为主,但Pb、Zn和Cu约有20.00%的点位受人为活动的影响.矿业、工业、污灌水是主要的污染源,除污灌水来源北方重于南方外,其余污染来源均是南方污染重于北方,污染物种类也多于北方.     

太湖流域河网4种典型抗生素的时空分布和风险评价

分析了太湖流域人口密度大且养殖业发达的宜溧-洮滆水系水相和沉积相中典型抗生素磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)、氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)、罗红霉素(Roxithromycin,ROM)和土霉素(Oxytetracycline,OTC)的时空分布特征,并应用商值法进行了健康风险(Health Quotients,HQs)和生态风险(Risk Quotients,RQs)评价.结果表明,宜溧-洮滆水系中OTC、ROM、OFL、SMX在水相的检出率分别为96.5%、57.0%、60.5%和4.5%,沉积相中的检出率分别为96.5%、95.5%、90.0%和44.5%;水相检出浓度最高的抗生素为OTC,最高浓度为17.85 ng·L~(-1);沉积相检出浓度最高的抗生素为SMX,浓度为46.74 ng·g~(-1);相比于其他3种抗生素,流域水相和沉积相中OTC的检出率和检出浓度均较高.宜溧-洮滆水系主要包括南河和长江客水区,丰水期南河水系抗生素的检出水平高于长江客水区.沉积相中抗生素浓度沿水流方向逐渐降低,入湖河口所有点位由于沉积物堆积作用均呈现抗生素富集现象.渔业养殖中抗生素的大量施用是导致该水系抗生素时空分布差异的主要原因.健康风险评价结果表明,4种抗生素均属于可接受风险(HQs0.01).生态风险评价结果表明,4种抗生素均呈现低风险(RQs0.1),其中,生态风险最高的抗生素是OTC,其值为0.086.为有效管控太湖流域抗生素生态风险,应加强对南河水系水产养殖业监管;入湖河口的抗生素富集现象也应引起重视.     

长三角城市群机动车污染物排放清单建立及特征研究

为研究长三角城市群机动车污染物排放特征,本研究应用COPERTⅣ模型估算1999—2017年长三角城市群机动车污染物CO、NMVOC、NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)、CO_2、CH_4、N_2O、NH_3和SO_2排放因子,建立排放清单,并对其排放特征展开分析,结果表明:1999—2017年不同污染物时间变化趋势存在差异,污染物CO、NMVOC、NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)和CH_4排放量呈现先增长后下降的趋势,但开始下降的年份不同,CO_2和NH_3排放量增长趋势显著,2017年相对于1999年分别增加621%和3925%,N_2O和SO_2排放量总体呈上升趋势并在特定年份下降明显;污染物排放空间分布与路网分布基本一致,沿海地区的排放强度要明显大于内陆地区,特别是长江下游、杭州湾和太湖附近的城市最为明显;轻型客车为污染物CO、NMVOC、CO_2、CH_4、N_2O和NH_3的主要贡献车型,重型货车和重型客车为污染物NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)和SO_2主要贡献车型;长三角城市群各城市机动车污染物排放量的差别主要与各城市机动车保有量有关,上海市各污染物贡献率下降幅度明显,机动车污染物主要贡献城市除了省会城市和直辖市之外,其余城市的污染物排放也不容忽视.     

饮用水常规处理工艺中细菌群落的时空分布

为弄清饮用水常规处理工艺过程中细菌群落的时空分布和动态变化规律,以我国南方某市一常规处理工艺水厂为研究对象,采用Illumina HiSeq高通量测序技术对夏季和冬季原水、沉后水、滤后水、出厂水和滤砂生物膜等细菌群落进行解析.结果表明,出厂水pH值、浊度、COD_Mn、菌落总数等指标均满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求.夏季细菌多样性明显高于冬季,混凝沉淀和消毒是影响细菌群落多样性和组成的主要工艺单元.细菌群落组成呈现一定的季节性变化,水样中优势菌门主要包括变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、蓝细菌门（Cyanobacteria）等,在滤砂生物膜样品中,变形菌门（Proteobacteria）亦占绝对优势.在属水平上,检测到的条件致病菌属包括弧形菌属（Vibrio）、不动杆菌属（Acinetobacter）和分支杆菌属（Mycobacterium）.水温和溶解氧是影响细菌群落的主要水质参数.     

不同水位期汉丰湖和高阳湖上覆水时空分异特征

为研究三峡库区不同水位条件下澎溪河流域永久性回水区高阳湖与城市内湖汉丰湖的水环境差异,确定影响湖库水环境变化的水质指标,于2018年11月~2019年10月,对两湖库上覆水进行逐月样品采集.以水质监测数据为基础,参照三峡水库调度的时间周期,将采样时间划分为蓄水期,消落期和泄水期3个时段,运用多元统计方法,分析了2个湖库的水环境时空分异特征.单因子水质评价结果显示,湖库水质等级具有时空分异性,浮游植物大量生长发育的3,4,5月及雨量充足的7,8月,2个湖大部分处于劣Ⅳ~劣Ⅴ类,而一年中其他时段主要达到地表水Ⅲ类标准.判别分析表明,透明度,溶氧,电导率,pH值,水温,水深（depth）,总有机碳,总氮和氨氮均为两湖库水环境时空显著性差异的指示因子,泄水期,2个湖库水环境差异不大,但蓄水期和消落期,2个湖水环境具有明显的差异性.主成分分析显示,不同水位条件下,引起湖库水环境变化的主导因子不同,消落期水环境主要影响因子为TN,NH₃-N,水深和pH值;泄水期主要是TN,TP和EC;蓄水期主要影响因子为水深,TOC,TN,TP和NH₃-N.水体污染程度来看,汉丰湖：蓄水期 > 消落期 > 泄水期;空间表现为：HF3 < HF1 < HF2 < HF4 < HF5 < HF8 < HF7 < HF6.高阳湖：泄水期 > 消落期 > 蓄水期;空间表现为GY2 < GY3 < GY1 < GY5 < GY6 < GY4.     

基于GF1_WFV的千岛湖水体叶绿素a浓度时空变化

基于高分一号（GF-1）遥感影像以及水体实测样点数据,运用波段对数组合,以千岛湖为研究对象,构建和择优了叶绿素a浓度反演模型,对2013~2019年千岛湖区域水体叶绿素a浓度值进行了估算,并利用变异系数、Mann-Kendall显著性检验模型、Theil-Sen趋势分析模型对其时空变化特征进行了分析.研究表明,基于波段对数组合的反演模型可用于千岛湖清洁水体叶绿素a浓度值的反演（R²=0.8976）;年际变化分析发现,在研究期限内,千岛湖水体叶绿素a浓度平均值维持在较低水平,近94%的水体像元叶绿素a浓度小于3.65μg/L,水质较佳;时空动态分析进一步发现,千岛湖水体叶绿素a浓度值大都经历了较为微小的波动变化,其中,有超过67%的水体像元浓度值呈现出微小的增长趋势,在分布上也呈现出一定的空间格局形态.     

1996~2016年湖北省氨排放时空差异及影响因素

搜集10类氨（NH₃）的人为源活动水平数据,采用排放因子法,计算了1996~2016年湖北省NH₃排放量,利用GIS进行1km×1km的空间分配.分析了不同地理单元（西部山区城市、中部平原城市、东部特大城市和东部中小城市）的NH₃排放源结构和单位排放量的差异.结果表明,湖北省NH₃排放量由1996年的375.0kt增长至2016年的475.4kt,年均增长率为1.2%.西部山区城市NH₃排放增加最快,年均增长率为3.5%,高于全省平均水平.农业源是最主要贡献源,畜禽养殖和氮肥施用排放的NH₃分别占总排放量的71.6%和15.8%.除畜禽养殖和氮肥施用外,废弃物处理和生物质燃烧分别是东部特大城市和中部平原城市NH₃的重要排放源,分别占全省该类源NH₃排放总量的76.1%和41.5%.值得注意的是,东部特大城市的工业生产、人体排泄、机动车尾气排放和化石燃料燃烧等排放的NH₃占比均高于其它3种地理单元,需引起关注.     

2016~2018年中国城市臭氧浓度时空聚集变化规律

为揭示中国O₃浓度的时空格局及聚集变化规律,通过对2016~2018年全国338个城市1144个监测站点的O₃浓度观测数据,使用空间插值及空间自相关等方法进行分析研究.结果表明：2016~2018年全国O₃浓度（第90百分位数）总体呈现上升趋势（由2016年的141.54μg/m³上升到2018年的153.21μg/m³）,污染态势逐年加重,且华北及长江中下游等人口稠密地区O₃浓度最高,O₃浓度的空间分布呈现显著的聚集性和相似性规律,且聚集性逐年增强,O₃浓度的年聚集区主要呈现北高南低的分异,高高值聚集区主要集中在北方（城市占比22.19%~29.59%）,低低值聚集区则主要集中在南方（城市占比15.98%~22.19%）,此外,O₃浓度高高值聚集区与低低值聚集区空间分布的季节变化规律以顺时针周期性变化为主：3a来,春季集聚区分布与年集聚情况相同,夏季高高值,低低值聚集区逐渐向西扩大聚集范围,秋季则顺时针转变为东高西低的分异情况,随后高高值（低低值）聚集区沿顺时针方向南（北）移动,到冬季则转变为南高北低的空间分异情况.