The role of digital data entry in participatory environmental monitoring

Many argue that monitoring conducted exclusively by scientists is insufficient to address ongoing environmental challenges. One solution entails the use of mobile digital devices in participatory monitoring (PM) programs. But how digital data entry affects programs with varying levels of stakeholder participation, from nonscientists collecting field data to nonscientists administering every step of a monitoring program, remains unclear. We reviewed the successes, in terms of management interventions and sustainability, of 107 monitoring programs described in the literature (hereafter programs) and compared these with case studies from our PM experiences in Australia, Canada, Ethiopia, Ghana, Greenland, and Vietnam (hereafter cases). Our literature review showed that participatory programs were less likely to use digital devices, and 2 of our 3 more participatory cases were also slow to adopt digital data entry. Programs that were participatory and used digital devices were more likely to report management actions, which was consistent with cases in Ethiopia, Greenland, and Australia. Programs engaging volunteers were more frequently reported as ongoing, but those involving digital data entry were less often sustained when data collectors were volunteers. For the Vietnamese and Canadian cases, sustainability was undermined by a mismatch in stakeholder objectives. In the Ghanaian case, complex field protocols diminished monitoring sustainability. Innovative technologies attract interest, but the foundation of effective participatory adaptive monitoring depends more on collaboratively defined questions, objectives, conceptual models, and monitoring approaches. When this foundation is built through effective partnerships, digital data entry can enable the collection of more data of higher quality. Without this foundation, or when implemented ineffectively or unnecessarily, digital data entry can be an additional expense that distracts from core monitoring objectives and undermines project sustainability. The appropriate role of digital data entry in PM likely depends more on the context in which it is used and less on the technology itself.     

三峡蓄水期间汉丰湖消落区营养状态时间变化

为探明三峡蓄水后汉丰湖消落区水质营养状态的变化特征,于2013年10月至2014年2月对水质进行连续观察,测定了水质物理参数、营养盐与叶绿素(Chl-a)的质量浓度.结果表明,水体中营养盐与Chl-a质量浓度的增加,在淹水后营养程度有升高现象,2014年2月与2013年10月相比,TN、TP、高锰酸盐指数与Chl-a质量浓度分别增加了4.7、1.0、0.2、3.27倍,TN、TP质量浓度均超过藻类生长限值,随滞留时间延长易造成水体富营养化,应引起重视.Chl-a单因子评价反映出水质由贫营养向富营养演变.TN/TP结果表明,TN、TP分别在不同时间内制约着藻类的生长;2013年10~12月与2014年2月,藻类生长受TN限制;2014年1月,藻类生长受TP限制.Chl-a与p H、DO、NH+4-N、NO-3-N、TN、高锰酸盐指数及TP呈显著正相关,而与SD、水温呈显著负相关;蓄水期间,水质受到了同一污染源的影响.因子分析结果表明,汉丰湖消落区水质主要受p H、DO、NO-3-N、TN的影响,同时Chl-a、TP、NH+4-N与好氧性有机物的污染不可忽视;在蓄水稳定初期水体具有自净能力,随蓄水滞留时间的延长,水质污染程度整体上呈现逐步恶化的趋势,应加以控制;三峡蓄水期间,南河、东河营养程度相对较高,应加强治理.     

经口摄入土壤多溴联苯醚生物可给性变化及影响因素的体外消化模拟

误食土壤是污染物(如多溴联苯醚)人体(主要是儿童)暴露的重要途径,人体消化道内污染物吸收的生物可给性是针对此种暴露方式进行定量风险评估的有效途径之一.本研究采用体外消化实验模拟3种不同有机碳含量的天然土壤中典型多溴联苯醚(BDE-28、BDE-47、BDE-99和BDE-153)在胃和小肠消化液中的释放,验证部分消化释放的多溴联苯醚因消化残留固相表面的再吸附造成低估实际生物可给性,并通过不同水土比的拟合计算予以校正.结果表明,校正后的消化率普遍高于校正前;就不同土样而言,BDE-28、BDE-47、BDE-99和BDE-153在不同初始暴露浓度条件下平均提升比例范围分别为14.3%~42.3%、11.1%~32.1%、4.9%~12.3%和0.0%~7.7%.因此,未经校正的消化率会显著低估PBDEs消化道内的生物可给性,尤其是低溴代组分及PBDEs初始浓度较高或高TOC含量的土样.校正后BDE-28、BDE-47、BDE-99和BDE-153的消化率分别维持在21.9%~54.7%、18.8%~43.1%、13.4%~27.2%和9.3%~19.9%.此外,PBDEs的消化率与其辛醇-水分配系数的对数lg KOW呈显著负相关;而与土壤TOC含量及PBDEs初始暴露浓度的相关性并不显著,尤其是高溴代组分.     

开顶式气室原位研究水稻汞富集对大气汞浓度升高的响应

采用开顶式气室熏气实验和土壤加汞培育实验,原位研究水稻各器官汞富集对大气汞质量浓度升高的响应关系.结果表明,水稻根中汞含量与大气汞质量浓度无显著相关性(P0.05),与土壤汞含量呈显著正相关(R=0.998 8,P0.05),表明水稻根中的汞主要来自于对土壤中汞的吸收累积.水稻茎中汞含量随大气汞质量浓度的升高呈线性增加(RB=0.964 6,RU=0.983 1,P0.05),且上部茎中汞含量高于下部茎;茎下部汞含量随土壤汞含量的升高呈线性增加(R=0.990 1,P0.05),茎上部汞含量随土壤汞含量的升高呈二次拟合增加(R=0.998 9,P0.05),且下部茎汞含量高于上部茎,说明茎汞含量受土壤和大气汞浓度的共同影响.水稻叶中汞含量与大气汞质量浓度呈显著正相关(R=0.998 5,P0.05),与土壤汞含量也有很好的线性关系(R=0.998 3,P=0.058 5),表明水稻从大气吸收的汞主要积累在叶片中,从土壤吸收的汞主要富集在根中并通过茎部向叶部传输.利用实验建立的函数关系对水稻地上生物质中汞的大气来源估算,至少60%~94%和56%~77%水稻叶和上部茎中的汞来自大气,而大气对下部茎仅贡献8%~56%.由此水稻地上部分生物质汞主要来自对大气汞的吸收,为区域大气汞的收支及汞循环模型提供理论依据.     

双台子河口湿地植被修复生境健康评价方法研究

以2014—2015年双台子河口滨海湿地植被修复20个站位调查资料为基础,对湿地修复结构指标、功能指标和环境指标进行研究,结合湿地生态系统健康理论,构建湿地生态环境健康评价指标体系。运用层次分析法(AHP)确定权重,对各个指标赋予权重,将健康评价分为3个等级,确立了生态健康评价方法,对近岸破损湿地翅碱蓬修复生境进行评价。进一步引用评价净影响值(EI)方法判断生境修复前、后的健康对比状态,从而确定翅碱蓬对该破损湿地的修复效果显著。从景观生态学和健康评价角度分析来看,建立此评价方法是可行的,可为今后湿地的管理与保护提供科学依据。     

运用批实验研究溶解氧对米酒去除硝酸盐的影响

为了判别不同溶解氧条件下脱氮效果和碳的需求量,在水温为25~30℃条件下,设置了缺氧、微氧和有氧3种输入条件,以及C/N分别为2.0、1.5两种碳源投放量开展实验。研究表明:溶解氧的存在对反硝化作用的启动有延迟作用,但影响较小。溶解氧对于反硝化过程并没有产生明显的抑制作用,但在溶解氧较低的情况下,反硝化速率更为理想。缺氧条件下,C/N的适宜值应低于1.5;微氧条件下的C/N适宜值在1.5~2.0;而在有氧条件下C/N=2.0时可高效去除硝酸盐。该研究可为农村地区家庭自行去除饮用水中硝酸盐的实际应用提供参考。     

磁性PEI功能化秸秆的制备及对Pb (Ⅱ)的吸附

为获得同时具有优良的吸附性能和磁分离特性的生物吸附材料,以汽爆秸秆为基质,采用戊二醛交联剂法制备了磁性聚乙烯亚胺功能化秸秆吸附剂（Fe₃O₄-PEI-RS）,通过SEM、XRD、FTIR、XPS和VSM等手段表征了材料的结构和性质,测定了Pb（Ⅱ）在Fe₃O₄-PEI-RS上的吸附性能,考察了pH、吸附时间、吸附剂投加量、Pb（Ⅱ）初始浓度、温度等因素对吸附的影响.结果表明,Fe₃O₄-PEI-RS对Pb（Ⅱ）的吸附具有强烈的pH依赖性;吸附时间对Pb（Ⅱ）的吸附效率有明显的影响,在180 min时吸附达到平衡,吸附过程符合准二级动力学模型;Langmuir和Freundlich模型都能很好地描述Pb（Ⅱ）在Fe₃O₄-PEI-RS上的吸附行为,20、30和40℃时最大吸附量分别为192.31、200.00和212.77 mg/g;热力学参数△G < 0,而焓变△H>0、△S>0,说明该吸附属于熵增加的自发吸热反应过程,升温有利于吸附.重复试验表明,EDTA作解吸剂,经5次吸附/解吸附循环后吸附剂仍能保持较高的吸附容量.研究显示,所制Fe₃O₄-PEI-RS对Pb（Ⅱ）具有较高的吸附容量,稳定性好、可循环利用,能在磁场下实现快速分离.      

不同粒径羟基磷灰石对污染土壤铜镉磷有效性和酶活性的影响

为研究不同粒径羟基磷灰石对重金属污染土壤的修复效果,采用向污染土壤添加常规磷灰石（150 μm）、微米（3 μm）和纳米（40 nm）羟基磷灰石的田间原位试验方法,考察其钝化修复5 a后对土壤铜镉磷有效性和酶活性的影响.结果表明:3种粒径羟基磷灰石均提高了土壤pH,降低了土壤交换性酸和交换性铝的含量,且微米羟基磷灰石处理效果最好.常规磷灰石、微米和纳米羟基磷灰石处理分别使w（离子交换态铜）降低了62.6%、74.3%和70.4%,w（离子交换态镉）降低了15.7%、25.3%和26.7%.3种材料均增加了土壤w（TP）,其中4.61%~17.4%和73.4%~89.8%分别转化为树脂磷和稳定态磷.微米羟基磷灰石处理分别使土壤脲酶活性和微生物量碳含量提高了4.66和0.66倍.研究显示,微米羟基磷灰石更有利于铜和镉由活性态向非活性态转化,增加土壤磷的有效性,提高土壤微生物活性,在我国南方重金属污染红壤区具有较好的应用潜力.      

烟草废弃物快速堆肥过程中重金属Cd形态变化特征

以烟草废弃物为原料,活性土壤为载体建立堆体,研究重金属镉的形态变化,及堆肥过程中的动态变化规律。结果表明,烟草废弃物与活性土壤混合能快速腐熟。堆肥总质量下降,重金属镉含量相对增加。重金属镉的铁锰氧化态比例增加19%,有机结合态比例在堆肥升温阶段增加,腐熟后有所下降。残渣态比例大幅度上升,增加达到5倍,且在腐熟阶段增幅最大。说明堆肥处理有利于降低重金属镉的活性。     

酸雨区不同用地类型土壤有效态Cd含量季节变化及关键影响因子

探明污染土壤重金属有效态含量的季节变化特征及其敏感影响因子,对农业生产过程中减低重金属生态风险具有重要的参考价值.研究于湘江中下游典型Cd超标农业小流域中选取稻田、旱作蔬菜地、丘陵林地这3类主要用地类型,分析不同用地类型Cd活性的季节变化特征及其与土壤基本理化参数的关联.为期1 a的原位监测结果显示,研究区为典型酸雨区,雨水p H值呈现冬、春季节低于夏、秋季.稻田土壤总Cd含量显著高于旱作蔬菜地,菜地显著高于林地,3种用地类型土壤总Cd含量季节特征相似,均为夏秋季节略低于冬春两季.3种用地类型Cd有效态季节变化与总Cd含量无明显的相关性,稻田土壤有效态Cd含量在5~9月的作物生长季明显低于其他月份,而菜地和林地则恰好相反.稻田土壤Cd有效性的最关键影响因子为Eh,呈显著正相关,与土壤p H负相关,菜地土壤与土壤TOC明显负相关,而林地土壤Cd有效性与水溶性有机碳、TOC呈现明显的正相关关系.研究可为Cd超标土壤污染阻控与农业安全生产提供一定的数据参考.