基于模型反演确定邛海湖泊营养物的参照状态

湖泊营养物基准参照状态的科学合理确定是营养物基准制定的重要技术基础之一。以四川邛海为例,将系统动力学模型耦合多种数学模型,对湖泊营养物的产生、分布及输移进行系统模拟,并结合系统反演方法获得湖泊近几十年不同水文条件下的各营养物浓度演化过程及湖泊富营养化水平。结果表明,经过试验校准的系统仿真模型能够较真实地反映湖泊历史富营养化变化过程,据此确定了湖泊营养物基准参照状态：TP浓度为0.008~0.015 mg/L;TN浓度为0.286~0.323 mg/L;Chl-a浓度为2.140~4.211 μg/L;透明度(SD)为1.862~2.731 m。     

湖泊营养物基准研究进展

湖泊营养物基准是进行湖泊富营养化综合评估、预防、控制和管理的科学基础和重要手段。系统论述了国内外湖泊营养物基准的最新研究进展,重点分析了统计分析法、压力-响应模型法、模型推断法和古湖沼学法等的优缺点及适用性,提出了我国湖泊营养物基准研究的发展趋势和面临的挑战。参照湖泊最能真实反映湖区的原始状态,但参照点不易获得;模型推断法需要大量的数据资料来构建表征水体特征的函数模型,其复杂性使该方法对营养物基准的制订存在较大难度。压力-响应模型法将成为湖泊营养物基准制订的发展方向,深入开展压力-响应模型机理研究,在水生态基准与富营养化之间关系、营养物基准与浮游生物之间响应关系及营养物基准对特殊敏感种群关系研究的基础上,加强营养物基准的制订与湖泊管理需求的紧密结合。     

制定湖泊营养物基准的技术方法研究进展

湖泊营养物基准是指用可信的科学数据表示水中营养物的允许浓度和生态指标的阈值,是制定富营养化标准、评价湖泊状态依据。文章分析了国外制定湖泊营养物基准的方法:参照状态法、输入-响应模型法和机理推断法,并概述了目前湖泊富营养化预测模型。通过分析对比,提出了适合我国湖泊营养物基准制定的技术方法及思路。     

官厅水库上游河流营养物参照状态的制定

采用参照河流百分位法、一般河流百分位法和多元线性回归法,制定了官厅水库上游流域河流雨季和旱季的营养物参照状态,探讨季风气候对河流营养物参照状态的季节性影响,并识别影响官厅水库上游河流营养物浓度的主要人类活动.结果表明：参照河流点和一般河流点总氮（TN）和总磷（TP）浓度在雨季和旱季均表现出明显的季节性差异.参照河流百分位法、一般河流百分位法和多元线性回归法制定的营养物参照状态在雨季和旱季也均存在季节性差异,取3种方法的平均值作为官厅水库上游河流的营养物参照状态：TN在雨季和旱季参照状态的建议值分别为1.580和1.672mg/L; TP在雨季和旱季参照状态的建议值分别为0.075和0.055mg/L.影响河流TN浓度的人类活动按贡献大小依次为：畜禽养殖污染负荷强度、耕地（坡度0~8°）比例和城市用地比例.影响河流TP浓度的人类活动按贡献大小依次为：耕地（坡度0~8°）比例和畜禽养殖污染负荷强度.     

湿地营养物基准制定方法研究

湿地是自然界最具生物多样性和较高生产力的生态系统,对维持地球生态系统健康和调节气候、保持生物多样性等具有重要作用。然而由于受到不合理开发和人类活动的影响,湿地及其周边氮磷营养盐过量富集,导致湿地物种组成退化、生物多样性降低、湿地萎缩、湿地结构和功能受损等问题。目前,世界各国都高度重视湿地的生态保育和建设项目控制,由于我国在该领域起步相对较晚,生态保育和调控的理论及技术手段急需提升。湿地营养物基准是营养物在湿地中产生的生态效应不危及湿地水生态系统和或下游水体功能和用途的最大可接受浓度或限值,基准指标包括原因变量（水体和沉积物中的氮磷浓度）、生物反应变量（生物量）和支持变量（水文、传导率和粒度等）。湿地营养物基准是湿地富营养化识别、评价、管理以及湿地生态系统恢复的重要依据,也是控制下游水体营养物负荷,保护下游水体的重要支撑。     

一种确定湖泊水质基准参照状态浓度的新方法

在确立湖泊营养物基准的过程中,湖泊水体参照状态的确定是十分重要的一个步骤.本文基于广义极值分布理论,发展提出了一种确定湖泊参照状态浓度的新方法.该方法克服了频率分析法等描述性统计方法存在的数据分组可能造成人为误差和不便于统计推断,难以进行可信度评价的缺陷,能有效地推断给出参数和物质浓度置信区间.将该方法应用到太湖的水质基准参照状态中,通过对太湖湖心两个站点1995～2006年总氮(total nitrogen,TN),总磷(total phosphorus,TP)和叶绿素a(chlorophyll a,Chl-a)的数据进行分析,其年最小值的相反数符合广义极值分布,验证了方法的可行性.推荐采用25%分位点的值作为太湖总氮,总磷和叶绿素a的参照状态,即太湖的参照状态是:总氮0.71 mg·L-1,总磷0.025 mg·L-1,叶绿素a为1.81μg·L-1,并分别得出了它们各自的95%置信区间.     

河流营养物基准制定方法研究进展

河流营养物基准是进行河流营养状态综合评估、地表水标准修订的重要依据.系统论述了国内外河流营养物基准制定方法的最新研究进展,提出了河流营养物基准制定的程序及候选指标等,着重阐述了河流营养物基准制定的统计分析法、模型推断法和压力—响应模型法,并对河流营养物基准制定方法的发展趋势进行了展望.通过梳理和比较提出:河流营养物基准...     

基于门限极值理论的湖泊水质参照状态的确定

在前人工作的基础上,利用门限极值的广义Pareto分布理论和超出阈值峰(Peak Over Threshold,POT)方法,提出了一种确定湖泊参照状态浓度的新方法.该方法不仅能够给出更为精确的置信区间,而且克服了广义极值分布理论取用数据浪费等缺陷.将该方法应用到太湖的水质基准参照状态中,通过POT方法对太湖8个站点1995~2006年总氮(TN),总磷(TP)和叶绿素a(Chl-a)的数据进行预处理,分别以-1.0mg/L, -0.05mg/L与-4μg/L作为它们观测值相反数的门限值,结果表明观测值的相反数符合广义Pareto分布,验证了方法的可行性.推荐采用25%分位点的值作为太湖总氮,总磷和叶绿素a的参照状态,即太湖的参照状态是:总氮0.66mg/L;总磷0.023mg/L;叶绿素a为1.27μg/L.最后分别得出了它们各自的95%置信区间,而且其精度明显高于广义极值分布理论结果.     

国外湖泊营养物基准向标准转化方法对我国的启示

由于我国现行水质标准中关于富营养化指标的制定缺乏基于营养物基准的分析研究,急需通过借鉴国外经验,找出适宜方法。介绍了美国和其他发达国家的营养物标准体系,回顾了美国国家环境保护局(US EPA)及各州和部落采用的不同营养物标准的制定程序和技术方法,重点分析了国外营养物标准指标的选取和确定标准值的方法。从湖泊营养物基准入手,探讨了制定我国湖泊营养物标准的方法及技术。     

辽河口近岸海域水体营养物推荐基准值的制定方法

确定水质参照状态是近岸海域营养物及其响应指标基准制定的关键,基于现场观测数据分析确定参照状态并提出推荐基准值是一种重要的方法.以辽河口近岸海域为例,根据1995年~1999年和2003年~2009年的数据分析,主要应用频数分析法确定了参照状态,并结合1976年的数据分析,提出了该海域营养物(溶解无机氮、总氮、活性磷酸盐、总磷)及响应指标(叶绿素、溶解氧)的推荐基准值.分析显示,辽河口近岸海域营养物溶解无机氮、总氮、活性磷酸盐和总磷的推荐基准值分别为0.11, 0.19, 0.006, 0.032mg/L;响应指标叶绿素、溶解氧的推荐基准值分别为0.0009, 6.14mg/L.     

基于延拓盲数的湖库水体富营养化评价模型

基于湖库水环境系统随机性、模糊性、灰性、未确知性等多种不确定性共存或交叉存在的特点,将延拓盲数引入水体富营养化评价,通过与综合营养状态指数方法的综合集成,构建了湖库水体富营养化评价延拓盲数模型和等级识别模式,并将其应用于巢湖塘西河河口水体富营养化评价.结果表明:塘西河河口水体处于重富营养化状态,可信度超过0.86(即86%),且在模糊截集水平α=0.8情形下,综合营养状态指数期望值达79.34,属于重富营养等级.实例研究证明了新构建模型对于不确定性条件下湖库水体富营养化评价的适用性和有效性.     

Effect of nutrient conditions on the toxicity of naphthalene to Chlorella pyrenoidosa

The toxicity of naphthalene to a freshwater microalga, Chlorella pyrenoidosa, and the subsequent recovery of algae from the damage were investigated under two nutrient conditions, either enriched with nitrogen (N) and phosphorus (P), or starved of N and P. Results showed that C. pyrenoidosa was more sensitive to naphthalene under N,P-enriched condition, and the inhibitory rate generally increased at first and then decreased gradually with the evaporation of naphthalene under both nutrient conditions. Enriched N, P reduced the inhibitory rate at initial naphthalene concentration of 5 and 10 mg/L, but enhanced it at 100 mg/L, at which more severe ultrastructure damages were found than those under N,P-starved condition. Observed damages included partly or totally disappearance of nucleolus, nuclear, and plasma membranes. According to the chlorophyll content and cell density measurements, C. pyrenoidosa could recover from naphthalene damage with initial concentrations 6 50 mg/L in 7 days under both nutrient conditions, while they could not recover if the initial concentration of naphthalene was at 100 mg/L. Under the N,P-starved condition, the inability of C. pyrenoidosa to recover from the naphthalene damage was consistent with the results of high inhibitory rate, low value of specific growth rate (SGR, 0.05 day??1), and the severe destruction of cell structure. However, under the N,P-enriched conditions, the observed lower inhibitory rate, higher value of SGR (0.55 day??1), and the intact cell structure of most cells suggested that algae could potentially recover from the naphthalene damage.     

基于河流参照状态的季风区域季节性农业灰水足迹核算方法与例证

灰水足迹核算对水资源管理具有重要意义.灰水足迹核算的两个重要参数污染物自然本底浓度和污染物入河系数在季风区域均存在明显的季节性差异,而在之前灰水足迹核算的研究中较少考虑季风区域灰水足迹可能存在的季节性差异.本文以河流总磷的参照状态作为其自然本底浓度核算了承德市农业灰水足迹.结果发现：相较于将总磷自然本底浓度值认为零,将总磷参照状态作为其自然本底浓度值的农业灰水足迹核算结果是其核算结果的1.29倍.农业灰水足迹呈现明显的季节性差异,雨季农业灰水足迹是旱季农业灰水足迹的10.65倍.在2003—2015年承德市农业灰水足迹构成中,种植业灰水足迹占较大比重,并且该比重随时间有增大的趋势.然而,承德市区县粮食产量的增长率与化肥的增长率未表现出显著关系,说明粮食产量的增幅与化肥施用的增幅无关.承德市农业灰水足迹相对较大的区县集中于承德北部区域,主要包括围场县、丰宁县和隆化县;农业灰水足迹相对较小的区县为营子区、双滦区、双桥区和宽城县.本文可阐明季风区域农业灰水足迹核算的季节性差异,以期促进灰水足迹核算方法的发展.     

基于系统动力学的中国碳减排路径模拟

通过分析二氧化碳排放影响因素之间作用关系与碳减排的主要路径,构建二氧化碳排放系统动力学模型。在此基础上,通过调控供给侧经济增长速度、能源结构和产业结构要素,预测四种不同情景方案对二氧化碳排放的影响,以进一步探讨二氧化碳排放主要部门减排贡献。结果表明：四种方案的二氧化碳净排放量增长趋势逐年变缓,在二氧化碳净排放量达到峰值后,调整经济增速、改善能源结构和优化产业结构继续为碳减排发挥积极作用,相比于经济增速和产业结构调整,能源结构改善的减排贡献度更高。在综合调控经济增速、能源结构和产业结构的方案下,中国二氧化碳净排放量2024年将达到高峰值104.45亿t,2058年实现碳中和,这与现实情况更加吻合。未来若能抓住经济、能源、产业低碳转型的良好机遇,并进一步加强各部门的减排努力,中国二氧化碳净排放量有望2025年前达峰,2060年前实现碳中和。     

基于系统动力学的甘肃省碳排放峰值预测

针对经济结构以高耗能行业为主但生态脆弱的甘肃省开展碳排放峰值预测研究,基于对甘肃省碳排放现状的分析,将其分为7个碳排放行业,即电力、热力的生产与供应业,黑色金属冶炼及压延加工业,石油加工炼焦及核燃料加工业,有色金属冶炼及压延加工业,非金属矿物制品业,化学原料及化学制品制造业以及交通运输业。选择每个重点耗能行业碳排放量占比最大的子行业,分别为火力发电供热,钢铁,石油加工,铝、镁,水泥,合成氨及道路运输子行业进行研究。借助Vensim PLE软件建立7个子行业碳排放系统动力学模型,采用情景分析法设置快-慢模式、中-慢模式、慢模式、快-中模式、中模式、慢-中模式、快模式、中-快模式8种情景模式对甘肃省碳排放峰值进行预测。结果表明:甘肃省碳排放峰值出现在2028—2045年,为2.09亿~4.29亿t;同时考虑峰值大小和峰值出现时间及甘肃省发展现状,中模式为实现甘肃省碳排放达峰的最优方案。在此基础上,提出甘肃省今后要加大产业结构调整、能源结构优化、生产技术改进力度。