鲁西北农业地域生产系统分析

本文在对地处黄淮海平原的鲁西北地区实地调查的基础上,应用因子分析研究该区农业生产系统结构功能、要素相关等问题,并利用主分量空间聚类划分地域系统类型。     

春季融雪补给后巩乃斯河水物理化学性质空间分布特征研究

在春季融雪补给后对巩乃斯河19个采样点8个水物理化学指标进行了监测,运用聚类分析(CA)、判别分析(DA)和主成分分析(PCA)方法分析了巩乃斯河水物理化学性质的空间分布特征.聚类分析结果表明,按各采样点之间河水物理化学性质的相似性可将巩乃斯河大致分为3个河段,分别代表河流的上游、中游和下游;判别分析的结果证实了此种分类的可靠性,并表明DO、Cl-以及BOD5是影响这种分类的显著性指标;主成分分析共提取了3个主成分,对应特征值的累积方差贡献率达到86.90%,表明影响河水物理化学性质的主要指标为EC、ORP、NO-3-N、NH+4-N、Cl-和BOD5.对各采样点的主成分得分进行排序,结果显示DO主要影响上游水质,p H主要影响中游水质,其余指标则是影响下游水质的主要因素.主成分综合得分的排序则表明上游水质最优,其次为中游,而下游最差,恰好对应聚类分析所划分的3个河段.人类活动及污染物的沿河积累可能是造成这种空间差异的主要原因.     

青海湖流域河流生态系统重金属污染特征与风险评价

为进一步摸清青海湖流域河流生态系统重金属(Zn、Cu、Pb、Hg、Ni、As、Cd和Cr)的污染状况,通过沿青海湖流域主要河流上、中、下游采集河流水体、河岸土壤及河岸植物样品,对样品中的重金属含量进行测定,并分析重金属的来源、污染状况和潜在生态风险.结果表明:①青海湖流域各介质中重金属从上游到下游均呈明显的累积效应,重金属含量均表现为河岸土壤>河岸植物>河流水体.河流下游水体中ρ(Pb)、ρ(Zn)和ρ(Cd)的平均值分别为11.17、61.22和1.13 μg/L,符合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅱ类水质要求;ρ(Hg)为0.06～0.49 μg/L,符合GB 3838—2002中Ⅱ类或Ⅲ类水质要求.河流下游河岸土壤中w(As)、w(Cd)和w(Hg)的平均值分别为65.61、0.33和0.20 mg/kg,均大幅超过青海湖流域相应环境背景值,但是w(Pb)在下游仅略微超过相应环境背景值.河岸下游植物中w(Ni)、w(Cu)、w(As)和w(Hg)的平均值分别为2.81、17.35、2.20和0.10 mg/kg,均高于《饲料工业标准汇编(下册)(第四版)》中风干草-牧草中重金属标准限值,但在中、上游均符合该标准要求.②Pearson相关分析、主成分分析和富集系数结果表明,河流水体、河岸土壤及河岸植物中Zn、Cu、Ni、Pb、Cr含量之间具有较强的相关性,主要受城镇生活、交通运输及岩石母质风化的影响;Hg、Cd、As含量之间具有较强的相关性,主要受流域旅游交通、农业生产活动和成土母质的影响.③潜在生态风险评价结果显示,河流水体、河岸土壤及河岸植物中Cu、Ni、Cr、Pb和Zn等单一重金属元素的潜在生态风险系数(E_ri)均较低,Hg、Cd和As对综合潜在生态风险指数(RI)的平均贡献率分别为62.9%、18.4%和11.0%,其余5种重金属的平均贡献率仅为7.7%.因此,青海湖流域河流生态系统各介质中Hg、Cd和As的潜在生态风险较高,应给予高度重视.      

白洋淀入淀河流溶解有机物沿程变化特征及来源解析

采用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱,结合平行因子分析、主成分分析等方法,分析了白洋淀3条入淀河流（府河、孝义河、白沟引河）中发色团溶解有机物（CDOM）的光谱特征,阐释了CDOM组成、来源及对水质的影响机制。结果发现：河流CDOM平均浓度顺序为府河>孝义河>白沟引河,其中,府河CDOM的芳香性与分子量高于其他河流,白沟引河腐殖化程度高于其他河流,孝义河CDOM中内源性物质占比高于其他河流;3条河流均检出类腐殖质组分C1、C2、C3和类蛋白质组分C4,其中C1、C2、C3来源相近,且与C4异源;3条河流各组分最大荧光强度和总荧光强度的沿程变化表明,府河CDOM为点源、面源混合来源,孝义河CDOM以点源输入为主,白沟引河CDOM来自水源本身。

     

河流湿地氮循环修复过程中的新型功能微生物

自然生态系统中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现,改变了人们对传统氮循环过程的认识.通过氨氧化古菌和厌氧氨氧化菌在缺氧/厌氧的条件下完成硝化反应和封闭的氮循环,对于河流氮循环生态修复意义显著.通过PCR聚合酶链反应结合水体沉积物理化指标,研究典型河流湿地中厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌及其在循环中的作用.结果表明,在海河支流北运河湿地中存在厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌,它们对于水体和底泥沉积物的氮转化有较重要作用.通过构建16S rRNA克隆文库生物多样性分析比较,发现湿地中厌氧氨氧化菌的生物多样性相对较低,96个克隆序列只分为3个OTUs;其与基因库(GenBank)中已探明的厌氧氨氧化菌Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"和Candidatus"Brocadia fulgida"的相似度分别为98%和95%.通过建立氨氧化古菌克隆文库发现,96个克隆子共得到5个OTUs,其与GenBank中关系最近序列(土壤/沉积物中)的相似度均大于95%;对本实验样本和水相、土壤/沉积物相中不同氨氧化古菌进行进化谱系分析,发现北运河河流湿地的古菌amoA基因属于土壤/沉积物进化分支.     

基于高光谱指数的水稻砷污染胁迫多重判别模型

水稻中过量砷(As)能够影响叶片中叶绿素含量、水分含量以及细胞内部结构,进而改变水稻在光谱上的特征表现.以表征叶绿素、水分含量、细胞结构的NDVI、NDWI、SIPI等9种高光谱指数和实测水稻叶片砷含量数据为基础,利用相关分析、主成分分析和独立变量分析方法,获得诊断指标对水稻砷污染胁迫进行多重光谱判别.结果表明,表征不同生理参数的高光谱指数PSNDa、fWBI、SIPI与水稻叶片砷含量高度相关,可作为砷污染单级光谱诊断参数;主成分因子F1、F2和独立变量因子ICA1、ICA2对水稻砷污染胁迫具有特殊反应,分别作为水稻砷污染胁迫的主成分诊断指标和独立分量诊断指标.综合上述3类诊断参数,构建水稻砷污染胁迫多重判别空间体系即光谱指数诊断空间(PSNDa-fWBI、PSNDa-SIPI、fWBI-SIPI)、主成分诊断空间(F1-F2)和独立变量诊断空间(ICA1-ICA2),从不同层面上综合诊断了实验区水稻砷污染胁迫情况,其中以表征叶绿素和细胞结构的光谱指数空间PSNDa-SIPI与主成分空间F1-F2诊断效果为最佳.     

半干旱区湖泊湿地土壤养分与盐碱化特征研究—以岱海为例

为探究半干旱区湖泊湖滨带土壤养分与盐碱化特征,以典型盐化湖泊岱海为例,分析其湖滨带的草地、浅滩和盐碱地3种土地类型的土壤剖面4种养分〔有机质（OM）、碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）〕浓度、土壤钙（Ca²⁺）、镁（Mg²⁺）、交换性钾（K⁺）、交换性钠（Na⁺）、碳酸根（CO₃ ²⁻）、重碳酸根（HCO₃ ⁻）、氯（Cl⁻）和硫酸根（SO₄ ²⁻）离子浓度分布,结合主成分分析和冗余分析等统计学方法,研究湖滨带土壤盐碱化特征及其影响因素。结果表明：1）岱海湖滨带不同类型土壤剖面盐分空间分布差异明显,其中草地和浅滩呈明显盐分表聚现象,表层全盐量均值分别达1.99、15.27 g/kg,而盐碱地土壤10~20 cm全盐量最高（17.30 g/kg）。2）湖滨带土壤pH为8.24~8.86,在浅滩和盐碱地深层较高,而在草地的浅层较高。盐碱地与浅滩土壤均属于碱土,而草地表层土壤多属于中度碱化土,其碱化度沿深度方向降低。3种土地类型的主要盐碱化因子为Cl⁻、Mg²⁺、SO₄ ²⁻、Na⁺、全盐量、HCO₃ ⁻、pH、CO₃ ²⁻。3）3种土地类型的4种养分浓度基本呈随土壤深度增加而减少的趋势,其中浅滩营养元素最丰富。根据冗余分析结果,3种土地类型中大部分离子间都具有很强的相关性,AP、Mg²⁺与pH均具有负相关性,其他盐分与养分在不同土地类型中相关性差异较大。

     

川西高原河流水体CDOM的光化学降解特性

川西高原部分河流溶解性有机碳(DOC)含量极高,因有色溶解性有机质(CDOM)具有独特的光学特性,其光降解特征与规律对于分析高寒区天然水体DOC动态及区域水-陆碳循环具有重要的环境意义.本文选取川西高原两种主要地貌类型的河流共5条,即高山峡谷区河流杂谷脑河、抚边河及岷江,丘状高原区河流白河、黑河,对河流水体CDOM三维荧光光谱(EEMs)与紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)采用平行因子分析(PARAFAC)与二维相关光谱(2D-COS)进行分析.结果表明:①白河和黑河CDOM的5 d降解率分别为64. 85%和63. 43%,光降解速率常数分别为0. 167 d-1和0. 173 d-1;抚边河CDOM浓度低(0. 71 m-1)光降解现象不明显,杂谷脑河和岷江CDOM光降解行为较为复杂;②在光降解过程中,除岷江外其余4条河流荧光溶解性有机质(FDOM)内源特征(FI)逐渐减弱,黑河和白河CDOM芳香性、疏水性特征(SUVA254和SUVA260)及腐殖化程度(HIXa)逐渐降低;③川西高原5条河流中FDOM组分均呈2类4个组分,即C1(275/310 nm,类酪氨酸)、C2 [280(250)/400 nm,UVA类腐殖质]和C3(255/440 nm,UVA类腐殖质)、C4[270(360)/492 nm,UVA类腐殖质],类腐殖质FDOM较易光降解;④5条河流中UVA类腐殖质FDOM(尤其是500 nm发射波段)光降解反应先于类酪氨酸物质;丘状高原河流中UVA类腐殖质FDOM对于光照的敏感度大于高山峡谷区河流;⑤白河的主成分分析中识别出了2个因子,解释了这些参数变化的87. 28%,反映了光降解过程对于CDOM特征、荧光组分等方面的影响.     

滨岸缓冲带控制农田氮磷流失的作用和机理研究

农田面源氮磷的流失是导致河流湖泊等水体产生富营养化的主要原因之一,其带来的环境、经济及社会问题已引起国内外广泛关注。近年来,关于滨岸缓冲带截留污染物的效率和机理已成为研究热点。文章介绍了滨岸缓冲带在农业面源污染防治上的功能和作用,论述了滨岸缓冲带对氮磷养分的截留转化机理以及稳定同位素技术在机理研究中的应用,讨论了影响滨岸缓冲带截留转化氮磷养分的调控因子,在此基础上就目前滨岸缓冲带控制农田氮磷流失研究中存在的问题提出了未来的研究展望。     

旅游影响区等级划分及旅游影响指标的分析

采用TWINSPAN分类法,根据旅游对森林植被影响程度,划分为6个旅游等级影响区,反映了以游径为轴线的旅游影响水平空间格局变化规律;对12个旅游影响指标相关分析表明,有3对旅游影响指标间存在显著或极显著关系。其中剔除树桩影响系数和游径距离为极显著相关,旅游垃圾影响系数和剔除树桩影响系数、旅游垃圾影响系数和游径距离这2对指标均为显著相关;根据主成分分析的结果,有5个主成分所提供的信息量占全部信息量的81.88％,这5个主成分与12个旅游影响指标中的7个旅游影响指标关系密切。以7个旅游影响指标进行的旅游影响区等级划分与12个旅游影响指标所得结果是一致的,这就简化了旅游对植被影响评价和影响区等级划分指标的选取。     

Comparison of three-dimensional fluorescence analysis methods for predicting formation of trihalomethanes and haloacetic acids

This work investigated the application of several fluorescence excitation-emission matrix analysis methods as natural organic matter (NOM) indicators for use in predicting the formation of trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids (HAAs). Waters from four different sources (two rivers and two lakes) were subjected to jar testing followed by 24 hr disinfection by-product formation tests using chlorine. NOM was quantified using three common measures: dissolved organic carbon, ultraviolet absorbance at 254 nm, and specific ultraviolet absorbance as well as by principal component analysis, peak picking, and parallel factor analysis of fluorescence spectra. Based on multi-linear modeling of THMs and HAAs, principle component (PC) scores resulted in the lowest mean squared prediction error of cross-folded test sets (THMs: 43.7 (μg/L)², HAAs: 233.3 (μg/L)²). Inclusion of principle components representative of protein-like material significantly decreased prediction error for both THMs and HAAs. Parallel factor analysis did not identify a protein-like component and resulted in prediction errors similar to traditional NOM surrogates as well as fluorescence peak picking. These results support the value of fluorescence excitation-emission matrix-principal component analysis as a suitable NOM indicator in predicting the formation of THMs and HAAs for the water sources studied.     

主成分分析法在煤矿事故统计分析中的应用

为了研究我国煤矿各类事故之间的相互关系,运用主成分分析法对我国煤矿事故数据进行了统计分析,计算得到煤矿事故类型的第一主成分和第二主成分,并进一步分析了煤矿事故的主要类型以及各类事故之间的相互联系,对制定相应的煤矿事故预防措施具有一定的指导作用。     

滇池流域入湖河流溶解性有机质的分布及来源

基于三维荧光光谱和平行因子分析方法,探究了2018年滇池流域主要入湖河流丰水期和枯水期水体溶解性有机质（DOM）组成,并结合主成分分析和多元线性回归分析对河流中DOM各荧光组分的相对贡献进行了定量分析.结果表明：入滇河流水体DOM包含5种荧光组分,分别为类腐殖质荧光组分C1、C3、C5和类蛋白色氨酸荧光组分C2、C4,且5种荧光组分之间具有同源性,污染严重河流水体DOM的荧光强度相对较高;荧光指数、自生源指数、腐殖化指数综合表明,入滇河流水体DOM的内源特性较强,自生源特征明显,生物可利用性较高,腐质化程度低,分子结构不稳定.主成分分析和多元线性回归分析结果显示：枯水期DOM的荧光组分中类腐殖物质的平均贡献率占30.1%,类蛋白色氨酸物质的平均贡献率占69.9%;丰水期DOM组分中类腐殖物质的平均贡献率占54.3%,类蛋白色氨酸物质的平均贡献率占45.7%.     

主成分分析法在水环境质量评价中的应用进展

对研究水质的一种多元统计方法——主成分分析法做了详细介绍,并对主成分分析法在河流、地下水、矿区、湖泊水质评价中的应用进行了综述,简要分析了主成分分析法在水环境质量评价中尚有不足之处。     

有机磷酸酯在三峡库区土壤中污染特征

本研究首次检测分析了三峡库区农田和消落带河段土壤样品中12种有机磷酸酯(organophosphate esters,OPEs)单体的含量水平,探讨了其组成特征,通过相关性和主成分分析阐明了其可能的来源.结果表明,Σ12OPEs在三峡库区农田和消落带土壤中的含量(以干重计,下同)范围分别为52.1~680 ng·g~(-1)和156~1 428 ng·g~(-1),均值分别为272 ng·g~(-1)和498ng·g~(-1),处于国内外研究的中等水平;OPEs在农田和消落带土壤中表现出不同的空间分布模式;在各个采样点中,OPEs在消落带土壤中的含量显著高于农田土壤中的含量;TCP和EHDPP是最主要的OPEs单体,两者贡献率超过90%,这可能与工业产品中OPEs不同的单体组成有一定关系,此外TBEP在土壤微生物中降解也不能完全排除;相关性分析结果显示OPEs在农田和消落带土壤中存在显著相关性(P0.05),表明农田和消落带土壤中OPEs具有一部分相似的来源;主成分分析结果显示三峡库区农田土壤中OPEs主要来自建筑装潢材料以及室内源排放,而消落带土壤中OPEs可能是建筑材料以及交通源排放的复合来源.     

呼伦贝尔市城郊河岸带土壤与河流沉积物重金属污染现状分析

河岸带类型对河流环境重金属富集具有显著影响,合理规划河岸环境,可以减缓河流周围土地的重金属污染对河流生态系统的影响。随着内蒙古自治区呼伦贝尔市工矿业、农牧业和旅游业的快速发展,频繁的人类活动会增加对河流周边重金属污染潜在威胁。为揭示呼伦贝尔市河流域环境重金属污染的现状、分布特征以及不同的河岸带类型对河流沉积物重金属污染的影响,在该区域采集了34个河岸带表层土壤和河流表层沉积物样品,并测定了6种重金属（Cr、Cu、Mn、Ni、Pb与Zn）含量,采用污染负荷指数法（pollution load index,PLI）对重金属污染情况进行评价。结果显示：6种重金属的平均含量分别为背景值的2.08倍、1.55倍、0.80倍、1.61倍、0.82倍、1.00倍,总体PLI为1.19,属轻度污染;河岸带的重金属污染程度总体高于河流,但是河流的重金属污染变率更大,相比之下重金属含量的最高值多出现于河流中;不同河岸带类型的PLI呈工业型河岸最高（1.535）、自然型河岸次之（1.126）、城市绿化河岸最低（1.030）、工矿业活动是区域重金属污染的主要源头,城市绿化型河岸带与自然型河岸带具有一定的缓解重...     

两个水库型湖泊中溶解性有机质三维荧光特征差异

应用三维荧光光谱技术(3D-EEM),研究了两个典型水库型湖泊(长寿湖和大洪海)水体中溶解性有机质(DOM)的荧光光谱特征,结合沿岸生态系统差异,讨论其对两个湖泊中DOM性质及来源的影响.结果表明,沿岸生态系统的差异性(尤其是人为干扰)是导致两个水体DOM地球化学特征存在明显差异的重要原因.两湖水体中DOM均存在4个荧光峰,且长寿湖样本中类蛋白物质含量更高;而大洪海水体中腐殖化程度较高的组分(C峰)含量较高.相关性分析表明,两湖DOM样本中类蛋白和类腐殖组分来源不同,而A、C峰代表的类腐殖组分存在共源性.通过荧光参数分析显示,沿岸以森林系统为主的大洪海水体DOM陆源性更强,腐殖化程度高;而长寿湖受两岸农田、果园的输入以及人为排放影响,其水体DOM具有明显的自生源特征,新生DOM含量较高,其荧光特征也反映了该区域水体受人为干扰较大.与其他不同湖泊对比,进一步表明沿岸生态系统类型及人为土地利用是决定水体DOM来源和特性的关键因素.     

湖南韶山大气降水及森林降水离子分布特征

以2001年1月-2002年6月韶山大气降水和森林降水的监测数据为基础,对韶山的大气降水和森林林冠穿透水的化学成分的分布特征进行了分析.结果表明,大气降水与森林降水的阴离子均以SO42-为主,其浓度分别占相应的总阴离子的52.87%和48.92%;阳离子以Ca2+为主,其浓度分别占总阳离子的37.62%和42.81%.森林穿透水中的离子浓度明显增加,增加倍数最高达9.7倍.采用主成分分析方法对大气降水和森林穿透水中的化学组分进行了分析,主成分分析结果表明,大气降水中的2个主要成分占总方差的92.76%,森林穿透水中的3个主要成分占到总方差的96.70%.      

辽宁省入海河流及近岸海域风险评估

入海河流作为近岸海域污染物的主要来源之一,对我国北方海域的水环境质量有重要的影响。然而目前例行监测没有全面覆盖辽宁省的入海河流。因此,沿辽宁省海岸线对入海河流进行逐一排查和采样分析,共调查了53条入海河流,结合距其入海口最近的海域点位的监测数据,利用相关分析及主成分分析法对入海河流和近岸海域的水质状况及入海河流对近岸海域的影响进行全面分析,同时对典型重金属(Pb和Hg)进行风险评估。结果表明:入海河流携带的污染物浓度远高于近岸海域,可能会对近岸海域水质安全造成威胁。黄海和渤海近岸海域Hg的生态风险以无风险和低风险为主,而入海河流Hg的生态风险为中风险,基本分布在渤海海域的入海河流上;黄海海域及对应的入海河流Pb的生态风险以无风险为主,而辽东湾一带及入海河流的Pb以中高风险为主。因此,应加强入河污染物管理,尤其是入渤海河流中的有机物、氮、磷污染物。应将生活污水、农业面源污染作为防治重点,从而改善近岸海域的水质状况。     

派河及其支流溶解性有机质分子组成特征

溶解性有机质(DOM)是水生生态系统中的重要组成部分,派河作为"引江济淮"清水廊道工程江淮段的唯一输水通道,其DOM分子层面的组成信息和特性尚不明确.利用静电场轨道阱高分辨质谱技术对派河及其支流(光明大堰河)DOM分子进行表征,并且利用皮尔逊(Pearson)相关性分析和主成分分析(PCA)研究两条河流DOM的分子组成...