基于模糊物元模型的西苕溪流域生态系统健康评价

本文借助RS/GIS技术,结合遥感影像数据、环境监测数据和社会经济数据,运用模糊物元模型,从水域、水陆交错带和陆域子系统选取21项评价指标,建立了流域生态系统健康综合评价指标体系,对西苕溪流域生态系统健康状况的空间分布规律和限制性因子进行了探讨.研究结果表明,西苕溪流域生态系统健康整体呈现出优良状态,其中,生态系统健康优秀地区面积占68.2%,良好地区面积占31.8%,能够正常发挥流域服务功能,维持生态系统可持续发展.西苕溪流域生态系统健康在空间分布上呈现出上游好、下游差的局面.在各子系统健康评价中,水域生态系统优于陆域生态系统,水陆交错带生态系统最差.底栖动物完整性遭受破坏、湿地退化、人为干扰活动、水源涵养功能减弱、点源和面源污染负荷较重是限制西苕溪流域部分评价单元生态系统健康的重要因素.     

秦淮河干流沉积物磷形态沿程分布特征

应用化学连续提取法,分析了秦淮河干流14个表层沉积物样品的磷形态沿程变化特征及其影响因素.结果发现,秦淮河干流由上游至南京市区段,随城市化程度的提高,河流沉积物总磷和各种形态磷沿程增加的趋势十分明显.Ca-P和Fe-P平均含量分别占TP的26.8%和25.7%,是主要的磷形态.易吸附态磷(L-P)在TP中的比例最低,但在城区由于TP的高度富集,其含量均超过15 mg·kg-1.沉积物中的总磷含量在城区河段显著增加,但只有很少部分转化为稳定形态的磷,人口密集区生活污水等各种来源排放的磷仍然深刻影响着城市河流的水环境质量.随城市化程度的提高,秦淮河中下游沉积物样品中钙富集的趋势明显,与之相对应的是沉积物Ca-P含量均超过200 mg·kg-1,相关分析和通径分析结果表明,二者之间存在成因上的联系.钙的富集提高了沉积物的固磷能力,将上覆水体中的磷转化为钙结合态磷.城区河流沉积物中钙含量的升高,对于河流生态系统磷的迁移转化有重要影响.     

寒区典型湿地浮游植物功能群季节变化及其与环境因子关系

安邦河湿地是一个典型的寒区湿地,本文运用功能群的方法对其浮游植物季节变化进行研究,并运用多元分析方法分析其与环境因子的关系.安邦河湿地共有浮游植物种8门104种,划分为14个功能群,分别是C、D、E、F、H1、J、Lo、M、MP、N、P、SN、X1和Y.其中重要功能群是C、D、E、J、Lo、N、P和Y.浮游植物的功能群组成季节变化明显,春季以功能群E和Lo生物量所占比例最大,分别为27.45%和20.49%;夏季以功能群D、J、P占优,为28.59%、18.53%和19.47%;秋季以功能群J、P为主,占39.65%和13.34%.可见,安邦河湿地浮游植物功能群的季节变化呈现为E+Lo→D+J+P→J+P的特点,反映了水环境特征:春季低水温低营养盐、夏季高水温高营养盐且水体混浊、秋季水温和营养盐均较高.运用冗余分析(RDA)分析浮游植物功能群与环境因子之间的关系,结果显示水温(WT)、无机氮(DIN)和溶解性磷酸盐(SRP)是安邦河湿地浮游植物功能群季节变化的主要环境因子.     

基于水质与浮游生物调查的汉石桥湿地富营养化评价

基于水质与浮游生物的综合调查与评价,可准确判断湿地的富营养化状况.本文以汉石桥湿地为研究对象,设置7个采样点,开展了水质、浮游植物、浮游动物分类监测与调查,并利用营养状态指数法、浮游植物评价法和浮游动物评价法3种方法,评价了水体富营养化状态,比较了各种方法的结果差异.结果表明,3种评价方法的评价结果在时空变化上具有较高的一致性,均显示非核心区富营养化程度较低,核心区富营养化水平较高;各月份相比,10月湿地的富营养化程度较低,6—8月富营养化程度较高.浮游植物和浮游动物评价法所得湿地富营养化程度较营养状态指数法略高,主要表现在4、10月的非核心区评价中.综合水质、浮游植物与浮游动物进行富营养化评价,可得到更为准确的评价结果.     

亚热带丘陵小流域土壤有效磷空间变异与淋失风险研究

肥料过施导致的土壤磷素累积和淋失是农业面源污染的重要方面.以湖南省长沙县金井镇脱甲河小流域(52 km2)为研究区,采用高密度布点采样、Arc GIS软件和属性相似反距离加权插值法研究了亚热带丘陵小流域表层(0~20 cm)土壤有效磷(Olsen-P)含量(以P计,下同)的空间分布特征与磷素的淋失风险.结果表明,菜地、果园、稻田和茶园土壤Olsen-P平均含量为62.0、16.1、14.4和13.7 mg·kg-1,是林地(平均含量为2.36 mg·kg-1)的5.8~26.3倍.5个土地利用类型土壤Olsen-P含量均具有高等变异水平和中等程度的空间自相关性(块基比C0/(C0+C)=50%),这与区内地形地貌、土壤母质、人工施肥等具有密切关系.根据土壤0.01 mol·L-1Ca Cl2浸提态P和Olsen-P的非线性关系可确定区内红壤和水稻土P的淋失风险临界值分别为69.97和98.40 mg·kg-1,并据此对脱甲河小流域土壤磷素淋失的风险进行了定量评价,结果表明旱地土壤具有明显较高的淋失风险,其中中等以上的比例占36.4%,而稻田土壤仅有0.2%,为中等以上淋失风险.因此,控制旱地(尤其是菜地)磷肥的投入是降低亚热带丘陵小流域土壤P淋失风险和减轻农业面源污染的关键.     

芳香族化合物在XAD-4上吸附机理的研究

通过批量吸附实验考查了7种芳香族化合物在XAD-4上的吸附热力学行为.结果表明,在实验条件下,Freundlich方程能很好地拟合这7种化合物在XAD-4上的等温吸附数据,且都为优惠吸附,吸附能力均随着温度的升高而降低.结合7种化合物的分子结构描述符和Freundlich方程的吸附平衡常数,建立了QSPR模型,较高的可决系数R2(0.991)、去一法交互检验可决系数R2CV(0.985)和外部预测集交互检验系数Q2ext(0.994)表明,该模型具有较高的稳定性能和预测能力.模型结果表明,水杨酸等7种芳香族化合物在XAD-4上的Freundlich吸附平衡常数与溶质疏水性能呈正比关系,与温度、溶质分子极性和溶质分子的氢键酸度常数呈反比关系.     

不同形态的砷水生生物基准探讨及在辽河流域的初步应用

有毒元素砷在我国各流域分布广泛,主要包括三价和五价两种价态,其毒性差别很大,目前我国缺乏本土的砷水质基准研究,而国外的砷水质基准多以总砷表示,科学性有待商榷.因此,本文分别搜集了三价砷、五价砷和总砷对我国本土水生生物的毒性数据,共获得三价砷12属12种,五价砷18种23属,以及总砷25属29种的合格数据.利用美国环保局推荐的物种敏感度排序法,通过数据分析得出,三价砷的急性和慢性基准阈值分别为84.26μg·L-1和56.55μg·L-1,五价砷的急性和慢性基准阈值分别为1171μg·L-1和633.3μg·L-1,总砷的急性和慢性基准阈值分别为264.4μg·L-1和150.7μg·L-1;总砷的基准阈值与美国现行砷基准值相当,而五价砷基准阈值与三价砷基准阈值体现出数量级的差异,因此,需要分价态考虑砷基准的制定.基于推算的砷基准阈值,用商值法评价了辽河流域枯水期总砷暴露的生态风险.检测结果表明,辽河的总砷暴露浓度范围在2.6~82.4μg·L-1之间,全部位点均无风险,但西辽河段上游支流两点位的砷浓度分别超出三价砷慢性基准阈值的1.20和1.45倍,表明可能存在潜在的砷暴露风险.     

硒对菜地土壤镉微区分布及其吸附解吸特性的影响

以南方酸性黄棕壤为研究对象,采用根箱进行小白菜种植,研究了不同剂量的外源硒(0、0.25、1.00 mg·kg-1,以Se计)处理下,小白菜根际与非根际土壤Cd的含量变化;同时,通过Langmuir和Freundlich吸附模型进一步分析了经Se(0、0.25、1.00 mg·kg-1)预处理并经历过小白菜生长的根际与非根际土壤对Cd的吸附与解吸特性.结果表明,在Cd含量较低(0.50 mg·kg-1)的土壤中,低剂量的Se处理(0.25 mg·kg-1)根际土壤与非根际土壤的Cd含量均高于Se剂量为0、1.00 mg·kg-1的两个处理;在Cd含量较高(5.00 mg·kg-1)的土壤中,不同剂量的Se处理未能对土壤中Cd含量造成显著差异.通过吸附解吸试验及Langmuir和Freundlich两种吸附模型的模拟,发现根际土壤对Cd的吸附容量和吸附能力均小于非根际土壤,且根际土壤Cd的非专性吸附比率大于非根际土壤,表明小白菜的生长能够改变根际土壤对重金属Cd的吸附解吸特性,增加土壤中Cd的环境风险;然而,在本实验剂量范围内,外源Se预处理并未显著改变小白菜土壤Cd的吸附解吸特性,尚不足以证明Se通过影响小白菜根系分泌物等微域环境进而改变土壤重金属Cd的吸附解吸等环境化学行为.     

岷江上游高山森林冬季河流中凋落叶碳、氮和磷元素动态特征

高山森林河流中凋落叶元素释放动态不仅是生态系统物质循环和能量流动的重要组成部分,而且是森林养分流失的主要过程,并可能与冬季雪被和冻融导致的水环境变化密切相关.以岷江上游高山森林4种代表性植物康定柳(Salix paraplesia)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)、方枝柏(Sabina saltuaria)和四川红杉(Larix mastersiana)凋落叶为对象,采用凋落叶分解袋法,研究冬季不同冻融时期(冻结初期、冻结期、融化期)河流中凋落叶碳(C)、氮(N)和磷(P)元素动态特征.康定柳、方枝柏和四川红杉凋落叶C(14.6%-47.7%)、N(22.3%-58.5%)和P(4.8%-20.5%)元素在整个冬季均表现为明显的释放现象,而高山杜鹃凋落叶C(-7.3%)和N(-62.7%)表现为明显的负释放(富集)现象,P(0.7%)表现为微量的释放现象.整体而言,凋落叶分解过程中C、N和P元素在冬季的冻结初期、冻结期和融化期整体表现为释放—富集—释放的模式,但康定柳和方枝柏凋落叶N表现为富集—富集—释放模式,方枝柏凋落叶P表现为释放—富集—富集模式.同时,凋落叶C、N和P元素的释放率受河流水温、p H、电导率和C、N、P营养元素等水体环境因子的显著影响.这些结果表明高山森林河流水环境特征显著影响了凋落叶分解过程中元素动态及其相关的物质循环过程,但影响程度受到凋落叶种类和基质质量的控制.     

钱塘江(杭州段)水中有机氯农药残留污染特征及健康风险评价

利用气相色谱法对采集于2013年5月、7月和11月的钱塘江(杭州段)表层水中10种有机氯农药(OCPs)残留进行了分析,初步明确其组成特征及来源,并对其健康风险进行了评价.结果表明,钱塘江(杭州段)水体中检出5种微量的OCPs,检出频率最高的是β-HCH和δ-HCH.14个采样点均有不同浓度检出,钱塘江干流∑OCPs的浓度范围在1.31~6.68 ng·L-1,属低污染水平,3条主要支流∑OCPs的浓度范围则是1.32~4.23 ng·L-1.钱塘江(杭州段)水体中OCPs污染空间分布各异,上游兰江点位及桐庐县、富阳市境内各点位总体浓度相对较高.通过特征组分比例可确认HCHs污染主要源于农田中使用有机氯类农药的降解残留及新的林丹污染输入,且非固定污染源输入.利用EPA推荐方法对通过饮水和皮肤接触途径摄入钱塘江水体中OCPs的健康风险进行评价:非致癌健康风险指数介于8.56×10-5~1.82×10-3,根据评价标准均未超标;致癌健康风险指数在3.96×10-8~1.93×10-7,均位于可忽略风险范围内.结果表明钱塘江(杭州段)作为饮用水水源,其水体中OCPs残留引起对人体产生的致癌、非致癌健康危害可忽略.