基于GF-1 WFV影像和BP神经网络的太湖叶绿素a反演

叶绿素a浓度是可直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价湖泊水体的富营养化程度.太湖是典型的二类水体,光学性质复杂,应用一类水体线性反演模式拟合较为片面且难以找到最佳拟合模型.BP神经网络模型具有模拟复杂非线性问题的功能.为研究高分一号卫星16m多光谱相机WFV4结合BP神经网络进行太湖叶绿素a浓度监测的可行性,实验利用GF-1 WFV4影像和实时的地面采样数据,建立了BP神经网络模型,同时采用波段比值经验模型进行对比.经精度检验,BP神经网络模型预测值与实测值之间的可决系数R2高达0.9680,而波段比值模型的R2为0.9541,且均方根误差RMSE由波段比值模型的18.7915降低为BP神经网络模型的7.6068,平均相对误差e也由波段比值模型的19.16%降低为BP神经网络模型的6.75%.结果证明,GF-1 WFV4影像应用BP神经网络模型反演太湖叶绿素a浓度较波段比值模型精度有所提高.将经过水体掩膜的GF-1 WFV4影像用于训练好的BP神经网络反演太湖叶绿素a浓度分布,结果显示,叶绿素a高浓度区集中分布在湖心区北部、竺山湾、梅梁湾区域,与之前的研究一致.本文研究结果验证了采用BP神经网络模型对GF-1 WFV4影像进行太湖叶绿素a浓度反演的可行性.     

基于概率方法的中国居民饮水途径砷暴露健康风险评估

通过文献调研收集我国3类主要饮用水类型的总砷浓度.通过回归模型获得不同年龄段人群饮水暴露参数分布模式.基于概率方法评价不同水体和不同人群由于砷暴露造成的致癌风险和非致癌风险.结果发现,全国各类水体的总砷浓度几何均值为（13.0±38.1）μg·L^-1.其中饮用水中的最高砷浓度出现在内蒙古,广西和山西饮用水中也有较高总砷检出.与相关标准中的砷浓度标准相比,未经处理的井水和未经处理的地表水源水超标的概率分别为23.2%和18.4%.非致癌风险评估发现,井水和地表水源水饮用人群超过单日暴露剂量阈值的概率分别为24.0%和19.5%.致癌风险评估发现,我国全人群终生饮水砷摄入导致的致癌风险（LCR）中位数为3.22×10^-5,处于可接受水平.其中18~45岁人群有最大的风险贡献,LCR中位数为1.37×10^-5.井水和地表水源水饮用人群LCR仍有一定概率超过美国环保署（US EPA）规定的严重风险水平.综上所述,我国居民存在潜在的饮用水砷暴露健康风险,需要进一步加强饮用水砷污染控制以降低砷引发的健康风险和保障饮水安全.同时建议加强风险阈值研究以期真实反映砷暴露风险,为保护居民健康提供科学依据.     

长江口潮间带大型底栖动物次级生产力及其影响因子

根据2010年8月至2011年5月在崇明东滩潮间带进行的大型底栖动物定量采集样品资料,利用Brey(1990)的经验公式分析了调查区域内大型底栖动物栖息密度、生物量、次级生产力和P/B值.结果表明:以去灰干质量(AFDM)计,5月、8月和11月总平均栖息密度、总平均生物量、总平均次级生产力和总平均P/B值分别为637.83 ind m-2、6.82 gm-2、6.71 g m-2a-1和1.01 a-1.纵向梯度上,总平均栖息密度、总平均生物量、总平均次级生产力三者大小排序均为东旺沙≥捕鱼港>团结沙.分析表明,潮间带次级生产力受软体动物影响明显,其中河蚬(Corbicula fluminea)、黑龙江河蓝蛤(Potamocorbula amurensis)、缢蛏(Sinonovacula constricta)、光滑狭口螺(Stenothyra glabra)、泥螺(Bullactaexarata)和中华拟蟹守螺(Cerithidea sinensis)这6种优势种贡献了崇明东滩潮间带65.24%的次级生产力.调查区域总平均P/B值为1.01 a-1,推测东滩大型底栖动物平均一年更替一代,群落结构不稳定,受外界影响较大.运用主成分分析(PCA)对断面环境状况进行分析,显示团结沙生境状况最稳定,捕鱼港次之,东旺沙最剧烈.对次级生产力影响因子进行相关性分析,发现除生物量、栖息密度外,水体总氮、总磷对其也存在较大影响.采用典范对应分析(CCA)解析断面各季节大型底栖动物群落次级生产力与环境变量的关系,显示断面群落次级生产力环境影响因子不尽一致,东旺沙影响因子为Sal、TP、TOC及DO;捕鱼港影响因子为TN、TOC、Chla及DO;团结沙生境状况极稳定,受环境因子影响极小,分析其次级生产力影响因子可能更偏向于沉积物理化因子.     

施肥及种植作物对汞污染土壤中微生物生态的修复

以中性紫色土为材料，通过向土壤添加氯化汞的模拟培养试验、施肥试验以及作物栽培试验，研究了汞对土壤中微生物区系和重要微生物生理群繁育的毒害效应。结果表明，向土壤中添加HgCl2，总体上抑制了细菌、真菌、放线菌及氨化细菌的繁育，硝化细菌、自生固氮菌、纤维素降解菌在一定质量分数范围内被汞刺激增长，在另一定质量分数段则被汞抑制。施肥和栽种作物削弱了汞对微生物的毒害，使土壤微生物生态得到一定程度的修复，说明利用农业措施修复汞污染的土壤是可行的。栽种作物时，汞对微生物的抑制效应受到掩蔽，作物产量和植株体内汞含量是汞污染程度的良好指标。以微生物和植物对汞污染的反应，基本一致的HgCl2危害质量分数指标是5mg．kg^-1。     

柠檬酸促进土壤镉解吸的机理研究

以人工致污的广东红壤为材料,采用平衡批处理法研究了不同浓度及不同pH值的柠檬酸溶液对土壤中重金属镉解吸产生的影响,并对处理前后的土样进行了镉的形态分析。研究结果表明：柠檬酸可以促进土壤镉的解吸且促进作用随着柠檬酸浓度的增加而增加;随着溶液pH的变化,溶液中柠檬酸的形态发生变化,导致其络合土壤镉的能力发生变化;与原土相比,经过柠檬酸处理后土样中的酸可提取态镉所占比例下降,说明柠檬酸对土壤镉解吸的部分主要来自酸可提取态。     

钒胁迫对水稻幼苗生理生化和富集特性的影响

水稻（Oryza.sativa L.）是我国最重要的粮食作物之一,水稻产量占粮食总产量的一半以上,一旦水稻受到重金属污染,将会影响水稻植株的正常生长和生理特性。目前关于钒胁迫对水稻植株生理特性指标的影响方面报道较少。通过水培实验,研究了不同钒（V）质量浓度（0、4、8、12、16、20 mg·L-1）对水稻幼苗（Oryza.sativa L）生理生化和富集特性的影响。结果表明：随着V胁迫浓度的增加,叶绿素含量、可溶性蛋白含量、过氧化氢酶（CAT）活性、过氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）等均呈现先上升、后下降的变化趋势。当ρ（V）≤12 mg·L-1,与对照相比较,叶绿素含量、可溶性蛋白含量和酶活性增大了135.3%、104.2%、77.8%（CAT）、84.5%（POD）和273.2%（SOD）;当ρ（V）〉12 mg·L-1,则分别降低37.2%、39.4%、41.1%、24.1%和24.5%。随着 V 胁迫浓度的增加,丙二醛（MDA）含量和细胞膜透性逐渐增大,与对照相比,分别增加了38.5%~289.3%、21.2%~303.2%,根系活力下降了10.9%~82.2%。可见,低ρ（V）（≤12 mg·L-1）对水稻幼苗的生长有一定的刺激作用,水稻幼苗自身保护酶表现出较强的自我调节能力;高ρ（V）（〉12 mg·L-1）明显抑制叶绿素和蛋白合成、抗氧化酶活性和根系活力,伤害了细胞质膜系统,影响水稻幼苗的生长发育。不同V浓度胁迫下,水稻幼苗累积的V含量为：根〉茎叶。随着V胁迫浓度增加,水稻幼苗各器官V含量增大,其中根部增幅远大于茎叶,当ρ（V）从5 mg·L-1增加到40 mg·L-1,与对照相比较,根部增加了0.98~25.3倍,茎叶部增加了0.26~4.74倍。生物富集系数（BF）先增加后降低,最大值为2.8408;迁移系数（TF）下降,最低值为0.1170,说明水稻对V有较强的富集能力,但迁移能力较低,积累的V主要富集在根部,可减轻V对地上部植物的危害。     

北京城市典型下垫面降雨径流污染初始冲刷效应分析

城市硬化地表的迅速增加使得降雨径流量增加,屋面和路面等下垫面上污染物的大量累积并随径流进入城市排水系统,对城市水环境造成威胁.为了解径流污染过程和给径流污染控制提供科学依据,于2004～2006年选取典型屋面和路面对径流污染过程进行了监测和分析,计算了两种径流的次降雨平均浓度(EMC)水平,发现两类径流的COD和TN污染较为严重;屋面径流的化学需氧量(COD)、总氮(TN)分别超标(地表水环境质量标准GB 3838-2002 V类)3.64和4.80倍;路面径流的COD、TN分别超标3.73和1.07倍.利用M(V)曲线,判断径流量同径流污染负荷的关系,发现屋面径流污染物总悬浮颗粒物(TSS)、COD、TN和总磷(TP)发生了不同程度的初始冲刷现象;路面初始冲刷现象主要表现为TSS和TP,总体上初始冲刷效应不明显.汇水面性质、降雨强度、污染物累积状况等都是影响屋面和路面径流污染物排放特征的重要影响因素.     

多层渗滤介质系统去除城市雨水径流有机污染物

以屋顶和机动车路面雨水径流污染物为研究对象,设计了用于去除雨水径流污染物的多层渗滤介质系统,进行污染雨水净化效果的试验研究.结果表明,系统对屋顶和机动车路面雨水径流有机污染物有明显的去除效果,CODMn平均去除率为80%左右,出水浓度小于4mg·L-1,达到了地表水Ⅱ类水质标准;BOD5的去除率达50%以上,出水值达到了地表水Ⅱ类水质标准;同时,系统的净化能力主要发生在垫层及地基土层0.3m以内,污染严重的机动车路面径流在土柱底部也能达到很好的去除效果;"砂砾科"垫层对CODMn和BOD5,的去除效果稍好于"无砂混凝土"垫层.     

基于微生物生物完整性指数的地下水生态系统健康评价:以包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统为例

生物完整性指数是水体生态系统健康评价的重要指标,已被广泛应用于湖泊河流等的生态系统健康评价中.但利用水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的报道很少,针对地下水生态系统的研究更是鲜见.本研究针对包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统健康开展评价工作,基于地下水环境中微生物群落Illumina高通量测序信息,筛选关键环境因子,甄别敏感或耐受微生物分类属,确定候选生物参数,探索针对地下水的微生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)评价流程与标准构建方法.结果表明,总计12个地下水样点中,4个样点属于健康等级(Ⅰ级),占总样点的33.3%;2个样点属于亚健康等级(Ⅱ级),占总样点的16.7%;5个样点属于一般等级(Ⅲ级),占41.7%;1个样点属于较差等级(Ⅳ级),占8.3%;总体来看,靠近尾矿库的样点健康等级较低,而远离尾矿库参照点受到的干扰较小,健康等级较高,这可能与人类活动干扰影响程度密切相关.参照该地区地下水理化参数基础上的水质情况分析结果,发现应用M-IBI指数可较合理地评估包头稀土尾矿区周边地下水生态系统健康状况.结合生态系统健康内涵,本研究初步提出针对地下水生态系统健康的M-IBI指数评价体系构建流程.     

生物炭复合青霉菌修复砷污染土壤对其微生物群落功能多样性的影响

真菌修复砷污染土壤是一种能够有效吸附固化环境中砷的重要措施.生物炭作为目前修复重金属的热点,其多空疏松的结构、较高的离子交换量、丰富的有机碳含量等都说明了其在土壤修复中的地位.为了探究生物炭与青霉菌在修复砷污染土壤的同时对土壤中微生物活性及其多样性的影响,在室内孵育条件下,运用Biolog法研究了3×3随机区组试验（3个生物炭梯度分别为0%、2%、4%,3个青霉菌梯度分别为0%、10%、20%）下土壤微生物对不同类型碳源的利用能力以及多种功能性指数的影响.结果表明:①添加青霉菌与生物炭后,土壤中有效砷含量较对照组显著下降,从而影响其微生物群落功能多样性.②砷污染土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰富度随生物炭浓度梯度的升高呈先升后降的趋势.③高接菌量（20%）与低接菌量（10%）对砷污染土壤中微生物群落功能多样性的影响没有显著性差异.④2%生物炭与10%青霉菌处理土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰度最高.⑤青霉菌对胺类及少部分酸类碳源的利用能力较弱（AWCD < 0.5,AWCD为Biolog微平板孔中溶液吸光值平均颜色变化率）,对氨基酸类中大部分碳源以及脂类碳源的代谢能力较强（AWCD>1.0）,对糖类、酚酸类的代谢能力稍弱（AWCD为0.3~1.0）,青霉菌对D-半乳糖醛酸、L-天冬酰胺酸、L-丝氨酸、L-精氨酸、r-羟基丁酸这5种碳源的利用率最高（AWCD>1.2）.研究显示,低浓度生物炭可增加砷污染土壤中微生物群落多样性,生物炭含量的继续增加会对微生物产生抑制作用;青霉菌添加到砷污染土壤后,会显著提升砷污染土壤中微生物的群落功能多样性,改善砷污染土壤中微生的物群落结构;青霉菌的优势碳源大多为植物根系分泌物,可为后续青霉菌与超积累植物复合修复砷污染土壤提供参考.