水生生物对三唑磷的物种敏感度分布研究

针对水环境中日益严重的有机磷农药污染问题,选择广泛使用的三唑磷作为研究对象,利用其对水生生态系统中不同营养层次生物物种的半数效应浓度(median effective concentration, EC₅₀),建立了基于对数-逻辑斯蒂分布的水生生物物种敏感度分布(species sensitivity distribution, SSD)模型,并采用概率图和吻合度检验方法对该模型进行了检验和评价.结果表明,水生生物对三唑磷的 SSD 服从对数-逻辑斯蒂分布,其参数为 α=-0.4788±0.2381,β=0.7546±0.1078.基于该 SSD 模型,获得三唑磷的 5% 危害浓度(hazardous concentration for 5% of the species, HC₅)值为 1.992×10^-3 mg/L,并推导出三唑磷的最大浓度基准值(criteria maximum concentration, CMC)值为 9.96×10^-4 mg/L.对 HC₅、CMC 与单一物种的安全浓度的比较研究指出,基于 SSD 方法制定环境质量标准更为严格,也更接近于真实的生态环境.另外,根据渤海莱州湾海域中三唑磷的监测数据,预测了其对物种的潜在影响比例(potentially affected fraction, PAF)为 0.36%,对该水域生态环境的影响处于较低风险水平.     

我国土霉素的淡水生物水质基准与标准及生态风险评估研究

土霉素是一种典型的抗生素类新污染物,具有使用量大、生态毒性强等特点,其环境基准标准和水生态风险受到学界广泛关注.本文基于美国毒理数据库、Web of Science、中国知网等相关数据库,收集整理了土霉素对我国淡水生物的毒性数据和水环境暴露数据,制定了保护淡水生物的水质基准,并进行了风险评估.结果表明：(1)依据《中国动物志》和《淡水生物水质基准推导技术指南》等,对毒性数据的物种和试验条件进行筛选,最终土霉素急性毒性数据涉及5门10科13种,最敏感物种为模糊网纹溞(Ceriodaphnia dubia);慢性数据涉及3门9科10种,最敏感物种为水蕴草(Egeria densa).(2)物种敏感度分布法研究表明,急性数据符合逻辑斯蒂分布模型,推导出的短期水质基准为61.2μg/L;慢性毒性数据符合正态分布模型,推导出的长期水质基准为18.7μg/L.(3)毒性百分数排序法推导的基准最大浓度为34.0μg/L,基准连续浓度为7.4μg/L.(4)共搜集近15年(2007年1月—2022年3月)我国主要水体土霉素浓度数据803条,浓度范围为0.1～97 433.8 ng/L,北方流域的土霉素...     

淡水水生生物对阿特拉津除草剂的敏感度

针对水环境中普遍存在的农药污染问题,以阿特拉津除草剂作为研究对象,梳理、整合阿特拉津对水生生态系统中不同营养级水生生物的急、慢性毒性数据,构建了基于对数-逻辑斯蒂分布的水生生物物种敏感度分布模型,分析并对比了阿特拉津对不同类群和不同区系水生生物急慢性毒性敏感度差异. 结果表明,水生动物和植物、无脊椎动物(包括甲壳类、昆虫类、软体动物和蠕虫类)和脊椎动物(包括鱼类和两栖类动物)对阿特拉津敏感度均存在显著差异. 分析了阿特拉津对不同类群水生生物的HC₅(5%危险浓度)值,其中对水生动物和植物的急性毒性HC₅值分别为4257.94和12.55μg/L,慢性毒性的HC₅值分别为2.47和1.95μg/L;对水生脊椎动物和无脊椎动物的HC₅值分别为7490.31和1611.76μg/L;对甲壳类和鱼类的HC₅值分别为1201.16和6639.90μg/L. 在保护95%的物种水平下,不同类群试验生物对阿特拉津的敏感度排序为水生植物>水生动物、水生无脊椎动物>水生脊椎动物、甲壳类动物>鱼类. 从统计学角度分析,中国水生动物与北美水生动物对阿特拉津的敏感度差异不显著. 但是,中美两国间相对特有水生动物物种对阿特拉津的敏感度存在一定的差异.      

甘南高寒草甸植物群落物种多度分布特征

为分析甘南高寒草甸植物群落物种多度分布格局对海拔梯度的响应,探讨物种多样性的形成规律及维持机制,采用典型样地调查法采集数据信息,并通过RAD软件程序包对实验数据进行拟合分析.结果表明：植物群落物种多样性随海拔的升高呈现先增加后降低的“中间膨胀”模式,海拔3500m处群落物种多样性达到最大.利用5个模型对海拔梯度上全部物种多度分布进行拟合发现,甘南高寒草甸植物群落物种多度分布符合生态位模型,尤其是geo模型,利用该模型可以很好地拟合群落物种多度分布格局,同时也说明生态位分化对高寒草甸植物群落物种多度分布起主要作用.常见种多度分布的最优拟合模型为geo模型,其与全部物种的最优拟合模型一致;而稀有种多度分布的最优拟合模型为rane模型,说明常见种是影响不同海拔梯度群落物种多度分布格局的主要原因,其对群落生产力和稳定性的维持有不可替代的作用,但稀有种因其独特的功能性状也在一定程度上影响着群落结构,二者以各自不同的方式共同维系着高寒草甸的物种多样性.     

城市大气自动监测系统监测资料的处理及其应用

本文讨论城市大气自动监测系统资料处理及其应用的某些问题。总结了对数正态分布、指数分布、Г分布和Ｗｅｉｂｕｌｌ分布等分布模型对监测资料分布拟合的适用性及分布模型拟合判别指标。介绍了监测资料在监测时空代表性分析、污染物浓度预防研究方面的应用途径。     

北京市大气环境二氧化硫浓度分布初探

利用北京市大气自动监测系统冬季逐时二氧化硫浓度监测资料，分析研究了对数正态分布，Ｗｅｉｂｕｌｌ分布，指数分布等常用分布模型对监测资料人布推迟合的适用性，并估算出各种分布模型的参数值。研究发现城区及高百分位数二氧化硫浓度频率分布符合Ｗｅｉｂｕｌｌ分布，近郊及背景站的浓度分布符合常用的对数正态分布，二氧化硫浓度的频率分布不符合指数分布规律。     

空气中污染物浓度分布模式—Ⅰ(统计模式的鉴别)

本文探讨了自一系列可供选择的模式中,鉴别出一种分布模式的方法。提出了一种拟合优度的评价方法。为了从指数,伽玛(r),对数正态分布和维泊尔分布中选择出一种方法,应用了澳大利亚墨尔本24小时平均的飘尘(β散布),臭氧,一氧化碳,二氧化硫,氮氧化物,二氧化氮及一氧化氮观测记录。结果表明:(a)对数正态分布适用于颗粒物数据,同时也适用于大多数一氧化氮,氮氧化物及二氧化硫数组。(b)伽玛分布对一氧化碳和二氧化碳,二氧化氮及臭氧的适用性最佳。(c)维泊尔分布适用于大部份一氧化碳和臭氧数组。     

CO2加富对3种赤潮微藻种群增长的影响

研究了赤潮异弯藻、亚历山大藻和中肋骨条藻种群增长的特征及其对CO2加富的响应变化.结果表明:3种赤潮藻的生长曲线可用逻辑斯谛增长模型拟合.CO2加富对3种藻生长过程中进入指数生长期和静止期的时间、所达到的种群最大细胞数均有影响,使3种藻进入指数生长期和静止期的时间缩短,但所达到的种群最大细胞数明显提高.     

保护淡水水生生物硝基苯水质基准研究

以硝基苯为研究对象,在分析美国和中国2种类型水生态系统和生物区系特征的基础上,分别筛选两国水生生物物种的毒性数据,运用物种敏感度分布曲线法、毒性百分数排序法和评价因子法分别推导了2个国家保护淡水水生生物水质基准;同时,结合国内外主要水体ρ(硝基苯)分布特征,对地表水体中硝基苯生态风险进行了初步评价.结果表明:由于生物区系不同,同样方法得到的美国水质基准值明显高于中国水质基准值,其中物种敏感度分布曲线法得出的基准值最为合理.用物种敏感度分布曲线法得到中国硝基苯急性基准值为0.572mg/L,慢性基准值为0.114mg/L;美国硝基苯急性基准值为7.271mg/L,慢性基准值为2.031mg/L.风险表征结果显示,中国主要地表水体中硝基苯不存在潜在的生态风险.      

锑的淡水水质基准及其对我国水质标准的启示

针对我国锑水生生物水质基准缺乏的问题，收集筛选了锑对淡水水生生物的急性和慢性毒性数据，使用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法分别推导我国锑的淡水水质基准，通过综合分析和比较，选择物种敏感度分布法推导的急性和慢性的水质基准值（466.62μg/L和88.71μg/L）作为最终的基准推荐值.通过与国内外现有锑相关水质标准进行比较，提出在我国相关水质标准修订中分别制定保护水生生物和人体健康水质标准的建议，避免水质标准对水生生物的"过保护"问题.     

海水中金属铅水质基准定值研究

为建立符合我国海洋生物对金属铅耐受能力的海水水质基准,依据可代表我国生物区系特征的生态毒理学数据基于评价因子法及物种敏感度分布模型,对金属铅的海水水质基准进行了推导.推导结果显示,不同的推导方法定值存在明显差异.基于物种敏感度分布模型法,铅的海水水质基准高值(HSWC)定值为275 μg/L;基于评价因子法,铅的海水水质基准低值(LSWC)定值为0.8 μg/L.推导结果可为我国海水水质标准的修订提供有益参考.     

SBR反应器的基质降解动力学及参数的研究

传统的数学模型应用于SBR反应器具有局限性,其基本参数的选用仍然凭经验或参照连续流活性污泥系统。文章改进了现有的数学模型,利用SBR反应器的工程应用数据对各种数学模型进行分析比较,得到基于McKinney的一级动力学改进模型更适应于SBR反应器的结论,同时经过线性拟合求得了模型的通用参数,为SBR反应器处理类似污水提供了设计依据和设计参数。     

Fuzzy modelling to identify key drivers of ecological water quality to support decision and policy making

Water quality modelling is an effective tool to investigate, describe and predict the ecological state of an aquatic ecosystem. Various environmental variables may simultaneously affect water quality. Appropriate selection of a limited number of key-variables facilitates cost-effective management of water resources. This paper aims to determine (and analyse the effect of) the major environmental variables predicting ecological water quality through the application of fuzzy models. In this study, a fuzzy logic methodology, previously applied to predict species distributions, was extended to model environmental effects on a whole community. In a second step, the developed models were applied in a more general water management context to support decision and policy making. A hill-climbing optimisation algorithm was applied to relate ecological water quality and environmental variables to the community indicator. The optimal model was selected based on the predictive performance (Cohen’s Kappa), ecological relevance and model’s interpretability. Moreover, a sensitivity analysis was performed as an extra element to analyse and evaluate the optimal model. The optimal model included the variables land use, chlorophyll and flow velocity. The variable selection method and sensitivity analysis indicated that land use influences ecological water quality the most and that it affects the effect of other variables on water quality to a high extent. The model outcome can support spatial planning related to land use in river basins and policy making related to flows and water quality standards. Fuzzy models are transparent to a wide range of users and therefore may stimulate communication between modellers, river managers, policy makers and stakeholders.     

物种敏感性分布法在土壤中铜生态阈值建立中的应用研究

利用不同累计概率分布函数拟合了基于中国土壤的21个物种的铜毒理学数据,建立了不同土壤条件下的铜物种敏感性分布曲线.结果表明物种敏感性分布方程Burr Ⅲ在X轴(浓度)方向及y轴的较小累计概率范围内拟合优度较佳.在构建土壤中铜物种敏感性分布曲线时,利用铜生物毒害模型归一化处理能体现土壤性质对铜毒害的影响,相比于未归一化(不考虑土壤性质差异的影响)的结果更具科学性.结合铜的生物毒害模型利用Burr Ⅲ构建了中国土壤4种典型情景中的物种敏感性分布曲线,并基于此推导出了不同土壤情景下的铜5％毒害浓度(HC5),其在酸性土壤、中性土壤(包括水稻土)、碱性非石灰性土壤和石灰性土壤中的值分别为13.1、29.9、51.9和26.3 mg·kg-1(以土壤中外源铜为单位).此结果不仅表明了不同土壤条件下的不同物种对铜毒害的敏感性分布规律,还为建立对应土壤性质的铜生态阈值提供了可靠的科学基础.     

我国土壤受试植物筛选与毒性预测

生态毒性数据缺乏是我国土壤基准与生态风险评估研究中一直存在的问题,开展本土受试植物的筛选可提供更多的生态毒理试验选材,从而获得不同物种的生态毒性数据.鉴于植物对土壤污染物的敏感性,从被子植物中依据分布范围、代表性和易于获得性等原则,对我国潜在的受试植物进行筛选,结果发现,13科53种被子植物分布广泛且易于获取,可作为本土受试植物;结合生态毒性数据的搜集与分析,其中12种受试植物的生态毒性数据相对丰富,并对部分典型污染物表现高敏感.此外在受试植物生态毒性预测模型研究方面,对12种受试植物两两进行建模预测,共得到132个物种种间关系估算模型(Interspecies Correlation Estimation,ICE),其中88个为显著性模型(F检验P<0.05);此处,回归分析了已构建ICE模型的评价参数,得出预测效果较好的ICE模型应满足交叉验证成功率≥ 80.00%、MSE ≤ 0.62、R² ≥ 0.76和分类学距离≤ 4的标准.最终筛选出25个符合上述标准的ICE模型,涉及禾本科-禾本科、十字花科-十字花科的相互预测,其中当燕麦Avena sativa、芜青Brassica rapa、普通小麦Triticum aestivum、玉蜀黍Zea mays和黑麦草Lolium perenne等作为替代物种时,预测物种的实际生态毒性值与预测值较为接近.受试植物的筛选与生态毒性预测模型的建立有助于生态毒性数据的产生,并为土壤污染管理和生态风险评估提供科学依据.     

基于模糊聚类的PM_(2.5)拟合组分选择模型的研究

提出了一种新的PM2.5源成分谱拟合组分选择模型,在充分考虑拟合过程的物理意义的基础上,采用聚类正确率作为组分选择的依据.实验验证,该模型能够准确获取较好的拟合主组分,相比与经验选或者手动盲选所得拟合结果,我们提出的模型将成功拟合(误差范围在0~0.05之间)的比例由40%提升到83%.     

靖江市某电镀集中区典型重金属迁移转化模型参数灵敏性分析

伴随重金属污染风险的不断提高,流域重金属迁移转化模型的构建和水体重金属的模拟预测受到广泛关注,关键参数的甄选是模型优化的重点.本文构建了某电镀集中区Ni、Cu重金属迁移转化数学模型,以Ni为例,采用标准秩回归分析方法(SRRC法)和Sobol多元自适应回归样条算法(Mars-Sobol法)对7个重金属模型参数进行敏感性分析,并针对确定的2个敏感性参数对Ni、Cu模型进行率定和验证.结果表明:1SRRC法的Ni河沙分配系数的敏感性占比为96.1%~99.7%,平均为99.2%,泥沙沉降速率为0.1%~3.3%,平均为0.5%.2Mars-Sobol法的Ni河沙分配系数的总敏感度占比为87.18%~93.44%,平均为90.28%;泥沙沉降速率为5.68%~10.68%,平均为8.21%;随水流运动方向,Ni河沙分配系数敏感性逐渐减低,泥沙沉降速率参数敏感性逐渐增强.3相较于SRRC法,Mars-Sobol考虑了参数间的交互作用,通过Ni、Cu迁移转化模型中敏感参数"河沙分配系数"和"泥沙沉降速率"的率定和验证,Ni、Cu模拟相对误差可控制在15.28%和14.46%,实现了重金属模型的高效和高精度预测.     

黄河三角洲典型地区耕地土壤养分空间预测

掌握土壤养分的分布特点是实现养分优化管理的重要基础。论文选择黄河三角洲典型地区山东省垦利县为研究区,通过田间采样与实验室化验分析获取了1 278个样本（0~20 cm）的土壤碱解氮、有效磷、速效钾数据。在经典统计分析的基础上,用地统计学方法分析了土壤养分的空间变异特征,并拟合了养分的变异函数模型。利用普通克里格法（OK）、反距离权重法（IDW）、泛克里格法（UK）、径向基函数法（RBF）和局部多项式法（LP）5种方法进行空间插值,并采用独立数据集验证对插值结果进行精度评价,进而分析了各养分空间分布规律。为深入探索各方法的适用性规律,基于AN数据设计了离散、随机、聚集3种空间分布模式的数据,利用各模型的自动优化进行试验,对比分析了不同插值方法在土壤养分空间预测中的自适应性。结果表明：1）研究区碱解氮、有效磷、速效钾均为中等强度的空间变异和中等程度的空间自相关,其变异函数模型分别为球状模型、指数模型和球状模型,决定系数依次为0.951、0.892和0.787;2）在空间分布上,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与地形和土地利用类型等有关,西南部地势较高,以水浇地和旱田为主,东北部沿黄农田受黄河淡水影响,耕地质量较好,而中部地区地势低平,以水田为主,养分含量偏低;3）相对于块金系数/基台值,Moran’s I是更为稳健有效的衡量土壤养分空间自相关性的方法;4）论文认为,空间分布模式、样本量、空间自相关性和空间聚集程度（最近邻比）均影响插值精度。在离散模式下,各方法自适应性均较差;在随机模式下,IDW与RBF自适应性优于OK和LP;在聚集模式下,各方法自适应性与样本量和空间自相关性有关,直至样本足够多时,4种插值方法精度接近。论文探明了研究区主要土壤养分的最佳插值预测方法,分析了土壤养分的变异特征和空间分布规律,为黄河三角洲典型地区耕地土壤养分利用管理和农业可持续发展提供了理论依据。