地表水环境遥感监测关键技术与系统

介绍了地表水环境遥感监测的关键技术与系统及其典型应用,其代表性机理模型和应用示范成果主要来自于中国科学院遥感与数字地球研究所的高光谱遥感团队在最近几年中取得的一些研究进展,主要包括建立了基于改进双峰法的水体分布自动化遥感提取方法,实现了简单、高效和高精度的水体提取；提出了大型湖泊长时序水量估算方法,并以青藏高原湖区为例,重建了典型湖泊面积、水位和水量序列；发展了基于“软分类”的典型内陆水体叶绿素a浓度反演方法,构建了基于生物光学模型的高度浑浊水体悬浮物浓度遥感反演半解析方法,提高了反演方法的区域和季节适用性；构建了基于水色指数的大范围湖库营养状态和透明度遥感监测方法,实现了全球大型湖库营养状态遥感监测,以及全国大型湖库透明度遥感监测；在此基础上,开发了地表水环境遥感监测系统,提高了水环境遥感监测效率,促进了卫星遥感在水环境监测中的高精度业务化应用。     

黑麦草修复重金属污染土壤与废水及富集植物的微生物降解

为了研究黑麦草(Lolium perenne)修复复合重金属污染土壤与废水的综合利用效应,探索微生物对富集重金属黑麦草的降解效果,以复合重金属污染的土壤与废水为修复对象,利用黑麦草对土壤和废水进行修复,并考察了黑麦草的重金属含量、富集量、富集系数和转移系数。采用8种微生物对富集重金属黑麦草进行降解,考察黑麦草的失重率,黑麦草纤维素、半纤维素和木质素的变化情况以及重金属的浸出效果。结果表明:黑麦草对重金属污染的土壤与水体均具有较好的修复效果;在土壤修复阶段,黑麦草对U的富集系数最大,达到7.43;而对Cd的富集系数为2.61,对Pb和Sr的修复效果不明显;在废水修复阶段,黑麦草对U的富集量达到1 213.70 mg·kg-1DW,U、Cr、Sr、Co的富集系数和转移系数均大于1,其中U的富集系数达到11.24。另外,里氏木霉(Trichoderma ressei)和黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)对富集黑麦草的总降解率达到60%以上;里氏木霉(Trichoderma ressei)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和地衣芽孢杆菌(Bacillus lincheniformis)对重金属的平均浸出率分别达到87.19%、90.58%和90.33%。在重金属污染的土壤和水体中,通过对黑麦草的循环使用,可以提高黑麦草的综合利用效率,有效减少富集生物质的产生;同时微生物对富集生物质有较好的降解能力。研究为重金属富集生物质微生物处置以及重金属回收技术奠定基础。     

交流电场联合有机物料强化东南景天修复重金属镉污染土壤

针对土壤重金属污染植物修复效率低的问题,采用盆栽实验,通过施加多种强度的交流电场(0、0.5、1.0 V·cm~(-1))和不同种类的有机物料(黄腐酸钾、紫云英),研究了交流电场及其与有机物料联合对重金属超积累植物东南景天修复重金属镉污染土壤效率的作用。结果表明,交流电场促进了东南景天的生长和对重金属的吸收,以0.5 V·cm~(-1)作用最佳,在电场处理组20 d后东南景天地上部Cd积累量比不施加电场的处理组提高了48.1%。交流电场和有机物料联用可以进一步提升东南景天对土壤镉的累积,施加黄腐酸钾处理组有利于土壤酸可提取态Cd的提高,比对照组提高了16.35%。在交流电场为0.5 V·cm~(-1)条件下,以0.3%施用效果最佳,施加黄腐酸钾和紫云英分别是对照组(施加交流电场,不施加有机物料)的3.65倍和1.73倍。有机物料和交流电场的共同作用极大地促进了东南景天镉的积累。     

应用籽粒苋修复镉污染农田土壤的潜力

针对农田土壤镉污染问题,采用超富集植物籽粒苋并配施不同组合的外源活化剂进行盆栽实验和田间实验,并测定籽粒苋及根系土壤中镉含量并计算富集系数。结果表明,在盆栽实验的不同处理组中,施加磷酸二氢钾(0.74 mmol·kg~(-1))、EDTA(2 mmol·kg~(-1))和柠檬酸(4 mmol·kg~(-1))最有助于提高籽粒苋对Cd的提取修复效率。田间实验中添加活化剂(EDTA和柠檬酸)后籽粒苋的根、茎和叶组织对Cd的富集能力分别是不添加活化剂处理组的2.10、1.84和2.76倍;与对照组相比,籽粒苋的根、茎和叶部分的Cd含量都显著提高(P0.05),这说明外源活化剂促进了籽粒苋对土壤中Cd的吸收,提高了修复效率。每年种植两茬籽粒苋并添加活化剂,Cd的去除率可达4%～10%。种植超富集植物并配施活化剂既可以提高修复效率,又可以节约修复成本。     

高效旋流分离-生态砾间接触氧化联合装置处理初期雨水径流应用研究

设计高效旋流分离—生态砾间接触氧化联合装置处理初期雨水径流。确定高效旋流分离器的最优进水压力为0.03MPa,生态砾间接触氧化装置的最优水力停留时间(HRT)为8h,模拟初期雨水SS、COD、TN、氨氮和TP的去除率分别达到93.00%、91.00%、74.00%、95.00%和83.00%。该联合装置主要通过离心力作用,填料层吸附和过滤作用,微生物的同化和异化作用,植物根系的吸收、截留和降解作用将污染物去除。构建中试系统应用至实际初期雨水径流的处理,中试系统运行稳定,出水SS、COD、TN、氨氮和TP平均分别为89.00、42.00、3.97、1.84、0.42mg/L,有效削减初期雨水径流污染物的排放量,从而缓解天津市滨海新区的面源污染。     

小飞蓬入侵对伊犁河谷草原土壤养分及活性有机碳组分的影响

因小飞蓬繁殖能力强,传播速度快,其入侵后排挤本土植物以较快的速度形成重度入侵群落,对草原生态系统的种类组成和群落结构产生影响.本文以伊犁河谷托乎拉苏草原内自然分布的猪毛蒿和糙叶矢车菊土著植物群落、混有少量小飞蓬的猪毛蒿和糙叶矢车菊轻度入侵群落、猪毛蒿糙叶矢车菊和小飞蓬中度入侵群落、小飞蓬重度入侵群落的4个群落为研究对象,采用样地实验的方法,研究小飞蓬入侵对土壤氮、磷、钾无机养分和活性有机碳组分变化的影响.研究表明,小飞蓬入侵后提高了土壤有机质含量.轻度入侵群落对土壤无机养分需求较大,明显降低土壤速效氮、速效磷、速效钾、硝态氮、铵态氮含量;随着入侵程度加深,逐渐恢复且均高于土著群落含量,其中速效氮含量增加不明显,重度入侵群落在0—10 cm、10—20 cm土层仍处于降低趋势.小飞蓬的入侵对于土壤活性有机碳组分影响较大.轻度入侵时降低土壤微生物活性、阻碍易氧化有机碳的积累,可溶性有机碳含量上升;小飞蓬重度入侵时对微生物量碳、易氧化有机碳含量的影响降低,并促进土壤微生物活性.     

环境绿色修复的地球化学基础与相关理论探讨

在以往20余年系统开展环境绿色修复基础研究与应用实践基础上,进行了成果总结与理论阐述。在补充、完善超积累/修复植物筛选评判标准的基础上,通过大量实践提出了"未污染区也存在超积累/修复植物"的新认识,构建了未污染区与污染区相互印证的超积累/修复植物筛选的新方法并得到验证;在阐明超积累/修复植物与环境介质的交互作用关系基础上,进一步探讨了超积累/修复植物形成的环境介质与植物交互作用机制以及环境修复的生态格局优化与综合强化的理论。这一进展将为今后该领域研究的深入开展和广泛实践打下理论基础,指明发展方向。