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。     

UASB反应器处理PTA废水的启动及污泥特性分析

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以精对苯二甲酸(PTA)废水为处理对象,研究了中温条件下反应器的启动、颗粒污泥的形态和产甲烷活性及微生物群落结构。实验结果表明:采用逐渐提高进水负荷和减少水力停留时间的运行方法,历时近200 d,可实现UASB反应器的启动。此时,反应器对COD的去除率保持在80%以上,对应的容积负荷也达到4.0 kg·(m~3·d)~(-1)以上。反应器内污泥实现颗粒化,颗粒污泥的体积平均粒径为416.53μm,产甲烷活性为121.2 mL·(g·d)~(-1)(以VSS计)。颗粒污泥表面存在大量菌胶团,杆菌和丝状菌镶嵌其中。菌胶团有助于微生物的聚集,加速污泥颗粒化过程。Syntrophorhabdus是降解PTA废水中苯类污染物的重要微生物,占细菌量的27.4%,而Methanosaeta则是主要的产甲烷菌,占古细菌总量的67.3%。该研究可为UASB处理PTA废水的启动提供依据。     

电气石强化生物膜系统处理中药废水的启动及生物膜特性分析

将电气石与生物膜技术结合构建电气石强化生物膜系统处理中药废水,通过电气石调节生物膜微环境,以增强微生物代谢活性,从而提高了反应系统的处理能力。结果表明:电气石强化厌氧流化床(AFBR)反应系统经历160 d完成中药废水的启动实验,反应系统COD去除率达到87.8%,容积负荷达到5.34 kg·(m3·d)~(-1),生物膜产甲烷活性达到126.4 mL·(g·d)~(-1);电气石强化好氧流化床(FBR)反应系统统经历35 d完成启动实验后,出水COD稳定在76.5 mg·L~(-1),反应系统对应的COD去除率和容积负荷分别为90.3%和1.4 kg·(m~3·d)~(-1)。中药废水依次经AFBR和FBR处理后,出水水质满足《中药类制药工业水污染物排放标准》(GB 21906-2008)排放要求。以上结果可为实际工程项目提供理论依据和参考。     

三阶段温度控制堆肥接种法对有机氮变化规律的影响

利用原生生活垃圾,通过三阶段温度控制技术进行堆肥试验,探讨在堆肥过程中有机态氮组分的动态变化规律.结果表明,全氮、酸水解有机态氮、氨基酸态氮均在堆肥的前期呈明显的下降趋势,呈较好的相关性.与CK（对照组）处理相比,在堆肥的后期,三阶段温度控制堆肥酸水解有机态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮及酸解未知态氮含量呈不同程度的上升趋势,增加幅度依次为：10.67%、16.17%、7.17%、22.44%.表明三阶段温度控制技术能减少堆肥中氮素的损失,堆肥产品施入土壤后,可提高土壤的供氮潜力.     

胜利油田区水体中环境雌激素生态风险评估

为了评价胜利油田石油开采对水体中雌激素生态风险。首先,检测胜利油田区26个样品中盐度、总氮、总磷、余氯、COD、石油烃类物质含量6个常规水质指标,结果发现水体中总氮及COD的含量均值达到5.2mg/L及64mg/L,这表明该区域有机污染物及富营养化程度比较严重。其次,利用人雌激素受体基因酵母干粉法检测了样品中环境雌激素含量,结果分析发现不同采样点间的雌激素污染水平不同,雌激素含量与水质指标间无显著相关性。样品中雌激素含量范围0.046-0.072ng/L,均值为0.062ng/L,雌激素水平相对较低,这证实胜利油田水体存在环境雌激素生态风险值也较低。     

无人机助力铁路施工期环境监理的研究

在湖北某在建铁路的环境监理工作中,采用无人机遥感监测的图视频和摄影测量技术,围绕识别工程的影响面积、体积、环水保措施充分性等内容,制订了完整的技术方案,包括无人机选型、飞行航线规划、地面分辨率设定等,并进行了实践。利用外业采集的矢量影像,通过PIX4D软件处理成为全数字三维模型,利用ARCGIS软件测量、归类,平面精度达到厘米级别。进一步对有关数据分析、提炼,从而将监理工作中原先以定性监督为主的方法提升到定量化水平,提高了工作质量和效率。提出今后应在无人机合法飞行、监理方案、数据库开发等方面继续深化相关研究和应用。     

喷播基质中土壤菌施用对紫穗槐幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响

为了揭示喷播基质中土壤菌对植物的影响机制、筛选出优势土壤菌配置模式,以适应性极强的紫穗槐（Amorpha fruticosa）为试验材料,将筛选鉴定的3种土壤菌--细菌苏云金杆菌（nl11,专利号nl-11）、真菌卵形孢球托霉（nl15,专利号nl-15）和放线菌嗜热一氧化碳链霉菌（nl1,专利号nl-1）,配制成无菌（CK）、单菌（nl11、nl15、nl1）、两种菌混合（nl11+nl15、nl11+nl1、nl15+nl1）和3种菌混合（nl11+nl15+nl1）,共8种配置方式等比例混入基质中进行温室盆栽试验,分别观测其对紫穗槐幼苗的光合色素含量、光合特性以及叶绿素荧光参数的影响.结果表明:与无菌苗相比,其他7种处理的紫穗槐幼苗w（Chlb）显著高于对照,除nl15+nl1和nl15+nl1+nl11外,其他处理的幼苗w（Chla）和w（Chl）均显著高于对照;除nl15+nl1处理外,其他处理的幼苗w（Car）显著高于对照.相比对照,nl11+nl15处理的幼苗净光合速率（P_n）显著提高123.5%,nl11处理的幼苗净光合速率（P_n）、水分利用效率（WUE）和光系统Ⅱ（PSⅡ）最大光化学量子产量（F_v/F_m）显著提高148.72%、156.21%和5.74%,nl15处理的幼苗PSⅡ实际光化学效率（Φ_PSⅡ）显著提高,nl11+nl15+nl1处理的幼苗净光合速率、光化学淬灭系数（qP）与电子传递速率（ETR）显著提高173.59%、12.58%和5.13%,nl1处理的紫穗槐幼苗初始荧光（F_o）与最大荧光（F_m）显著低于无菌幼苗10.05%和19.86%.通过土壤菌施用,显著促进了紫穗槐幼苗的光合色素的合成,提高气孔导度、水分利用效率、蒸腾速率和净光合速率,降低气孔限制值,增强了植株对有效光的利用,并且防止过剩光能对光合机构的进一步伤害,提高抗逆性和适应性,并以nl11、nl11+nl15和nl11+nl15+nl1这3种配置模式效果最为显著.      

原始红松林退化演替后土壤微生物功能多样性的变化

为了全面了解原始红松林退化演替为次生林后土壤生境及土壤微生物功能多样性的变化规律,以小兴安岭典型的原始阔叶红松林、退化演替后先锋阶段的白桦林及亚顶级阶段的硬阔叶林为研究对象,采用Biolog-ECO微平板检测法,分析三者0~ < 10 cm和10~20 cm表层土的土壤微生物功能多样性变化规律.结果表明:各林型土壤微生物的AWCD值（平均颜色变化率）随培养时间的延长而增加,培养初期表现为原始阔叶红松林>硬阔叶林>白桦林;培养末期表现为原始阔叶红松林>白桦林>硬阔叶林,三者的AWCD值在0~ < 10 cm土层分别为1.06、0.86、0.81,10~20 cm土层分别为0.68、0.47、0.45,原始林显著高于次生林（P < 0.05）,说明原始林土壤微生物对单一碳源的代谢活性显著高于次生林;同一林型下土壤微生物的AWCD值均表现为0~ < 10 cm土层显著高于10~20 cm土层（P < 0.05）. Shannon-Wiener多样性指数、Simpson指数、McIntosh指数和Richness丰富度指数也均表现为原始林显著高于次生林（P < 0.05）.原始林土壤微生物对各类碳源的综合利用强度均大于次生林,不同林型下土壤微生物群落的优势碳源类型存在一定的差异,碳水类、氨基酸类、羧酸类和多聚物类碳源是原始林退化演替后土壤微生物群落在碳源利用上发生变化的敏感碳源.      

香蒲浮床有机物去除能力及根表微生物群落结构

为探讨植物浮床有机物去除能力和根表细菌群落组成特点,选择香蒲为研究对象,通过对根系诱导扩增,构建根系覆盖度（遮光率）分别为50%、70%和90%的香蒲浮床系统,并对其COD_Cr去除能力及根系微生物群落结构开展系统研究.结果表明,3个覆盖度系统的根系体积分别达到1.74、3.48、4.30 L/m2.经过适应驯化,3个系统都可以有效地对人工模拟生活污水有机物进行去除,COD_Cr的单位面积负荷平均去除速率分别为8.28、8.78、13.46 g/（m2·d）;系统根系体积增加或加入一定体积的软性纤维填料都可以提高有机物去除能力.基于各系统根系和填料表面微生物样品高通量测序结果显示,根系与填料表面细菌多样性及组成都有较大差异,根系细菌丰度及多样性均小于填料.但在门水平上,根系和填料表面细菌优势类群相同,前2个优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）.根系表面细菌群落优势菌种类（OTUs）较单一,各系统根表微生物仅由1~3个相对丰度在10%以上种类构成了优势种群,并且根系和填料优势种类具有较大的不同.根系优势种类为Enterobacter、Acinetobacter、Clostridium属,代表序列OTUs2、OTUs4、和OTUs8,分别与Enterobacter ludwigii、Acinetobacter soli、Clostridium diolis有着100%的匹配度;填料优势种为Bacillus、Pseudomonas属,代表序列OTUs3和OTUs11分别与Bacillus funiculus NAF001、Pseudomonas argentinensis具有非常高的相似度.研究显示,根系经过诱导扩增的植物浮床系统对有机物具有较高的去除能力,与常规颗粒填料人工湿地相当,但根表微生物群落多样性较低,优势菌较单一,抗冲击负荷潜在能力较低.      

添加动物源氨基酸水解液研制生物有机肥

为改善生物有机肥性质,提高生物有机肥质量,采取在生物有机肥中添加外源氨基酸水解液以提升生物有机肥中功能微生物的数量.以病死猪酸解制得氨基酸水解液为生物有机肥外加原料,研究了氨基酸水解液添加量、有机肥种类（鸡粪、牛粪、中药渣）、发酵时间对功能菌株SQR9数量的影响.结果表明:当氨基酸水解液添加量为20%时固体发酵效果优于其他接种量,预发酵3 d后接种SQR9的功能菌数量明显高于未预发酵直接接菌,预发酵中肥料（以干质量计,下同）的最高功能菌数量可达4×108 CFU/g,而第0天接菌时肥料的最高功能菌数量仅为1.2×108 CFU/g.以腐熟鸡粪、牛粪、中药渣堆肥为载体,添加酸解氨基酸研制生物有机肥的最优接菌量分别为10.0%、7.5%、10.0%;SQR9菌株生长的最佳含水量为40%.此外,氨基酸水解液的添加可提高生物有机肥的w（TN）.研究显示,氨基酸水解液的添加能有效促进固态发酵过程中功能菌株数量的增加.