基于机器视觉的鱼类行为特征提取与分析

近年来,水污染问题备受关注。生物式水质监测成为目前国家环境保护工作的重要任务之一。为准确监测水质污染情况,本文以青鳉鱼(Oryzias latipes)为研究对象,采用非接触式的机器视觉监测技术,提取青鳉鱼的生理特征(呼吸频率)和运动特征(胸鳍和尾鳍的摆动频率),并分析这些特征与水质之间的关系。本文采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)准确提取鱼鳃,并根据鱼鳃呼吸面积大小变化计算出鱼的呼吸频率。基于形态学细化算法提取青鳉鱼骨架,求出胸鳍和尾鳍的摆动频率。结果显示:不同浓度铜离子暴露实验测得的青鳉鱼生理特征和运动特征与实际情况一致;通过对不同铜离子浓度下的毒性实验数据对比,发现了青鳉鱼的生理特征和运动特征会随不同的铜离子浓度发生相应变化,可以作为水质监测的评价标准。     

在线生物毒性监测技术预警水质有毒物质污染与因果关系分析的案例研究

有毒化学物质排放引起的水质污染可以用暴露后水生生物的生物学响应来监测预警。本文利用2013年7月份广东某水源流域发生的一次突发污染物事件作为案例分析,讨论在线生物预警技术在实际应用中的效果及存在的问题。研究结果表明,采用发光菌抑制和鱼类行为改变的生物预警技术均能够有效判别突发性污染事件。结合预警后的采样和化学分析,18种金属元素和114种有机污染物监测指标中,所有指标的浓度均低于国家地面水水质II类标准(GB3838-2002)。在能够检出的金属元素和有机污染物中,超出检出限最大的金属元素是钡,达到检出限的870倍;超出检出限最大的有机物是二氯甲烷,是检出限的145倍。根据文献发表的毒性数据和毒理学证据,推测本次案例研究中的二氯甲烷是潜在的污染因子;二氯甲烷通过其神经毒性和较强烈的嗅味影响到青鳉鱼的运动行为、导致报警。另外,文章分析了生物监测技术的优点和缺陷,以期为进一步开发水源污染生物预警系统提供基础数据。     

水体突发污染事件的在线生物监测技术研究进展

水体突发性污染事件的污染方式具有多样性,污染物种类具有复杂性。水体突发污染事件的特征决定在线生物监测的难度。结合受试生物种类和生物生理生态指标的不同,综合分析了已经报道的水体污染在线生物监测技术。根据统计分析结果,已经报道的水体突发性污染在线生物监测技术主要分为:基于生物行为变化的在线生物监测技术、基于生物生理变化的在线生物监测技术和基于综合生物指标的在线生物监测技术3类。在不同生物种类和生理生态指标分析基础上,对不同在线生物监测技术的基本原理和优缺点进行分析,也对不同在线生物监测技术存在的缺点提出解决的主要方案,为水体突发污染事件监测分析提供支持,以满足水体突发污染事件的在线监测和应急管理需求。     

水体突发污染事件在线生物监测技术的发展和应用分析

自1800s以来,经过2个世纪的发展,针对水体突发污染事件的在线生物监测技术越来越完善,其所采用的分析指标主要包括生物行为变化(1900s至目前)、生物新陈代谢变化(1800s至目前)和生物电变化(1980s至目前)等3种,其中,应用最广泛、发展最完善的为基于生物行为指标的在线生物监测技术。进入21世纪以来,在线生物监测技术得到快速发展和普遍应用。中国、美国、德国、韩国和瑞典等国家已经大规模应用基于不同生物指标的在线生物监测技术,以实现对水体突发污染事件的有效监管。随着计算和分析技术的进一步发展,在线生物监测技术也会越来越完善,在维持社会稳定、保证经济可持续发展以及保障人民饮水安全方面将会发挥越来越重要的作用。     

中国本土鱼类模式生物稀有鮈鲫研究应用的历史与现状

稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)是一种中国特有的小型鲤科鱼类,从1990年开始,中国科学院水生生物研究所以培育新的实验鱼为目的,对稀有鮈鲫开展了系列的实验动物化研究,并推动其在各研究领域中的应用。随着我国化学品环境管理制度的建立,稀有鮈鲫已逐渐成为我国化学品测试中最重要的受试鱼类。本文综述了稀有鮈鲫分类地位、分布、形态特征、早期发育、生长、繁殖、遗传、对环境的适应性等方面的生物学特点,分析了稀有鮈鲫作为模式生物的优点,介绍了稀有鮈鲫实验动物标准制定进展。随着实验动物标准化工作的深入以及基因组测序工作的开展,稀有鮈鲫将更广泛地应用于相关的研究和检定,成为一种我国具有代表性的本土模式生物。     

基于土壤模式生物的纳米材料毒理研究进展

随着纳米科技与工业的高速发展,大量的纳米材料被广泛应用并最终汇聚到土壤环境中,对土壤生态和人体健康造成潜在影响。由于土壤生物具有多样性,选择具有代表性、敏感性并便于获取的土壤模式生物作为实验受体进行纳米材料的生物安全评估及环境毒理效应研究尤为重要。较为系统地回顾和总结了几种典型土壤模式生物的特点,为纳米材料毒理研究中受试生物的选择提供参考,在此基础上整理了大量基于典型土壤模式生物的纳米材料毒性研究资料,归纳了不同层次的研究方法,分析探索了纳米材料毒性机理,并展望了未来的研究重点。     

全球生物多样性评估方法及研究进展

评估和预测全球生物多样性丧失趋势及其对人类福祉的影响,是当前国际生物多样性研究的重要方向之一。结合全球生物多样性评估的最新研究进展,对全球生物多样性评估的内涵、方法和成果进行了阐述。驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)概念框架是当前生物多样性评估项目主要使用的评估框架。按照评估目的的不同,可将生物多样性评估方法划分为指标评估、模型模拟和情景分析3种主要方法,其中全球2010年目标评估指标框架、全球环境综合评估模型(IMAGE)/全球生物多样性评估模型(GLOBIO)组合以及政府间气候变化专门委员会(IPCC)的《排放情景特别报告》(SRES)以及千年生态系统评估(MA)、全球环境展望(GEO)和世界经济合作组织(OECD)环境展望等项目建立的情景模式是全球评估项目中主要采用的评估方法。多个全球评估项目的研究结果表明,全球生物多样性丧失趋势没有得到有效遏制,在21世纪,其速度将进一步加快。在今后的研究中,仍需在理解生物多样性、生态系统服务和人类福祉之间的关系,全球2020年评估指标框架,以及发展基于多情景、多模型和多生态系统的综合评估方法等方面进行深入探讨。中国应认真总结全球生物多样性评估理论和方法方面的研究经验,加强中国2020年目标评估指标体系和中国生物多样性监测网络建设,发展适合中国区域特点的具有自主知识产权的生物多样性综合评估模型和情景分析方法,定期对全国生物多样性进行综合评估,切实掌握全国生物多样性现状及变化趋势,为中国生物多样性保护和管理决策提供服务。     

稀有鮈鲫作为化学品生态毒性测试鱼类模式生物的标准化实践

鱼类模式生物在化学品生态毒性测试中占有重要地位,中国尚没有合适的标准化本土实验鱼种。国家环境保护部第7号令《新化学物质环境管理办法》对本土受试生物用于生态毒性测试提出了要求。稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)是一种我国特有的小型淡水鲤科鱼类,具有成为标准试验鱼种的潜能。首个以稀有鮈鲫为标准供试生物的化学品鱼类急性毒性试验国家标准已经发布实施,其他测试方法的标准化工作正在持续进行中。本文阐述了研发稀有鮈鲫为标准供试生物的依据,对相关标准化研究工作进行了分析、归纳和总结,并提出了未来工作的方向和需求。     

天津市环境监测元数据模式

元数据技术是目前环境监测信息管理的发展趋势 ,文章对基于元数据的天津市环境监测信息共享模式进行了探索与研究 ,提出了元数据系统功能及内容框架的解决方案。     

水质在线监测中的若干问题

以环境水质自动监测子站的采样和配水系统为切入点，针对不同环节上极易出现的问题，分别提出具体的解决方案。     

广东省水质自动监测的现状及发展规划

介绍了广东省在东江、小东江、珠江、北江、武江、九洲江和顺德水道7个江河流域设立了7个水质自动监测站，控制流域面积约57093km^2。“十五”期间每年建成1－2个省界断面和3－4个地级市界断面，形成全省的水质自动监测网络。     

于桥水库网箱养鱼对水质影响分析

本文通过采样监测分析了网箱养鱼对水质的影响。分析结果表明,网箱养鱼明显增加了水库水体中藻类密度ＣＯＤ、ＴＰ、ＴＮ的含量,并引起水温上升,溶解氧减少,促进水库富营养化进程,是水质恶化的重要之一。同时,残余饵料和粪便的沉积,增加了底质中的有机质ＴＰ和ＴＮ,造成水库水体的二次污染。     

再生水回灌地下水环境安全风险评价技术方法研究

再生水回灌是水资源管理的一条有效途径,也是污水再生利用的重要发展方向。然而,当再生水以农灌、土壤含水层处理（SAT）、河湖入渗和井灌等方式进行地下水回灌时,不可避免的会在回补地下水的过程中造成对地下水环境的污染风险。针对不同回灌方式建立适用于我国的再生水回灌地下水环境安全风险评价技术体系至关重要。借鉴国内外地下水污染风险评价方法,综合分析再生水回灌对地下水产生风险的关键环节,采用层析分析法,从回灌水特征污染物特性、回灌区地下水固有脆弱性以及回灌工程布设方式3个方面,针对地表灌溉、河湖入渗和井灌3种回灌方式,建立了包含污染物浓度水平、分配系数、溶解度、半衰期、半致死剂量、地下水埋深、降雨入渗补给量、地形坡度、土壤介质、包气带介质、含水层介质、含水层厚度、回灌强度、回灌周期、回灌水停留时间以及取水点与回灌点水平距离16个指标在内的风险评价指标体系。在此基础上,结合地下水使用功能,以20个典型再生水回灌场地调研结果和160种再生水回灌地下水污染风险因子物化特性为数据基础,对各指标进行了风险水平的划分,基于聚类分析法,采用各指标风险指数相乘的风险表征方法计算总风险指数,构建了再生水回灌地下水环境安全风险评价技术方法。该方法有效的避免了指标权重计算的主观性,并且能够直观的找出导致风险的主要因素。结果表明：利用建立的风险评价技术方法可将我国再生水回灌地下水环境安全风险划分为3级,风险值〈5为一级,风险值在5-15之间为二级,风险值〉15为三级。在某再生水回灌场地的应用表明,该回灌区地下水环境安全风险为二级,同时得出回灌水特征污染物特性指标是造成该回灌区地下水环境风险的主要因素。     

城市给水管网余氯的预测模型

选择余氯为研究对象,以南方某市给水管网水质监测的数据为基础,使用线性回归和非线性神经网络(ANN)方法建立模型,找到了一种利用在线监测数据和人工监测数据实时预测管网余氯的方法。通过建立给水管网水质模型,可以由监测系统动态回传的数据来实时的预测下一天人工点的水质。模拟的结果显示ANN模型比线性回归模型有更好的预测能力,预测的平均相对误差:ANN模型为14.9%,线性回归模型为25.8%。使用ANN模型可以实现实时预测。     

基于模式生物秀丽隐杆线虫的环境污染物生殖毒性研究进展

由于人类社会的发展,环境污染也越来越严重,研究环境污染物对生态及人类健康的影响极为重要。生殖系统是人和动物繁衍后代的重要系统,常见环境污染物对生殖系统的影响正引起研究人员的广泛关注。秀丽隐杆线虫具有身体透明、品系丰富和遗传背景清楚等优点,为生殖毒理学研究提供了一个便利的平台。以秀丽隐杆线虫为模型已对多种环境污染物的生殖毒性进行了评价。本文重点叙述了重金属、纳米材料、有机物等化学污染,辐射、磁场等物理污染,以及病毒等生物污染对秀丽线虫生殖系统的影响,并归纳讨论了环境污染物造成生殖功能障碍的几种主要机制,如氧化应激、DNA损伤、内质网应激以及神经损伤等,但不同类型污染物的毒性效应与其自身的物化性质紧密相关。环境污染物诱导的生殖毒性中不同响应机制之间的关联性、不同发育阶段的敏感性差异、污染物的传代效应以及有效的缓解方式的筛选等都有待进一步的开展。     

Southwest monsoon influences the water quality and waste assimilative capacity in the Mandovi estuary (Goa state,India)

The monsoon-dominated Mandovi estuary is located in Goa state – a global tourist destination along the centralwest coast of India. In addition to factor analyses of water quality data, the water quality index (WQI), trophic state index (TSI) and percentage of freshwater volume in the estuary are calculated in order to infer the general waste assimilative capacity and prevailing water quality conditions. Factor analysis showed a dominance of PO₄–P, NO₂–N, NH₃–N, total suspended solids (TSS) and turbidity during southwest (SW) monsoon relative to other seasons. The WQI suggested that an increase in nutrients, turbidity and TSS during SW monsoon increase the WQI values beyond 2, rendering the water at some locations slightly polluted. During pre-monsoon, considerable increase in the WQI is observed at all the upstream stations rendering slightly polluted water at these stations. The TSI showed an average value of 46.95 during SW monsoon, 42.43 during post-monsoon and 48.42 during the pre-monsoon seasons, suggesting better productivity level during pre-monsoon, followed by SW monsoon, but the least during the post-monsoon. All the seasons, however, indicated a mesotrophic condition in the estuary and the assimilative capacity of the estuary is found to be in good to fairly good state (pre-monsoon?相似文献   

基于主成分分析和水质标识指数的天津地区主要河流水质评价

于2009年5月(枯水期)、8月(丰水期)、11月(平水期)对天津地区蓟运河、潮白新河、永定新河、金钟河、北塘排污河、黑猪河、海河、大沽排污河、独流减河、青静黄排水渠、子牙新河和北排水河12条主要河流的水质进行监测,并对监测数据进行主成分分析,构建水质评价指标体系,采用水质标识指数进行水质评价。结果表明,主成分分析与水质标识指数相结合的评价方法客观可靠。从时间分布来看,枯水期水质最差,58.3%的河流为劣Ⅴ类水质,部分河流已经黑臭,8月水质较好。从综合水质标识指数来看,海河以南河流污染较为严重。该地区河流NH3-N污染最为严重,其次是BOD5、CODMn和TP,属于有机型及富营养化污染。