基于精细化管理的环境物联网发展趋势

环境物联网运用智能传感器等设备感知生态环境的变化,监测环境质量、监控企业的排污行为,通过环境数据的采集、传输、处理、整合,辅助环境管理决策。近年来环境物联网得到长足发展,但现有的环境物联网体系无法满足多种任务和应用场景的需求,主要问题体现在数据质量和精准度缺乏保证,数据传输能力有限,数据共享还未打通,数据分析应用能力还有待提升。笔者系统分析了环境物联网感知层、传输层和应用层的现状与问题,较全面地研究了物联网与大数据技术的最新进展,提出了环境物联网的发展方向以解决上述问题,为实现精细化管理与科学决策提供科学参考。     

溶解性有机碳对微库仑法测定水中可吸附有机卤素的影响

微库仑法测水样中可吸附有机卤素(AOX)受多种因素影响,其中溶解性有机碳(DOC)的影响非常显著。DOC对微库仑法2种前处理方法(双柱法和振荡法)的影响差异很大。双柱法受DOC影响较小,当DOC浓度小于1 000 mg/L时,AOX加标回收率范围为94.0%~104%。振荡法受DOC影响较明显,随着DOC浓度的升高,AOX回收率持续下降,当DOC浓度达到1 000 mg/L时,AOX加标回收率下降至72.1%,但DOC浓度小于100 mg/L时,AOX加标回收满足方法要求。进一步研究发现,DOC对振荡法的影响主要由于竞争吸附降低了活性炭对AOX的吸附容量,而非吸附速率,虽然增大活性炭用量可在一定程度上减小DOC对AOX测定的影响,但对样品进行稀释是减少DOC影响的最简单高效的办法。同时,DOC对不同类型的有机卤代物影响不同,有机溴受DOC影响程度小于有机氯。     

地表水环境遥感监测关键技术与系统

介绍了地表水环境遥感监测的关键技术与系统及其典型应用,其代表性机理模型和应用示范成果主要来自于中国科学院遥感与数字地球研究所的高光谱遥感团队在最近几年中取得的一些研究进展,主要包括建立了基于改进双峰法的水体分布自动化遥感提取方法,实现了简单、高效和高精度的水体提取;提出了大型湖泊长时序水量估算方法,并以青藏高原湖区为例,重建了典型湖泊面积、水位和水量序列;发展了基于“软分类”的典型内陆水体叶绿素a浓度反演方法,构建了基于生物光学模型的高度浑浊水体悬浮物浓度遥感反演半解析方法,提高了反演方法的区域和季节适用性;构建了基于水色指数的大范围湖库营养状态和透明度遥感监测方法,实现了全球大型湖库营养状态遥感监测,以及全国大型湖库透明度遥感监测;在此基础上,开发了地表水环境遥感监测系统,提高了水环境遥感监测效率,促进了卫星遥感在水环境监测中的高精度业务化应用。     

攀西区域涉重金属典型企业周边环境特征及潜在生态风险

通过对攀西区域安宁河流域的7个断面底泥以及该区域17家典型涉重金属工业周边土壤进行环境质量状况调查和生态风险评价,结果显示,底泥中6种重金属砷、铬、铅、镉、汞和钒含量在凉山州境内特别是冕宁县断面含量最高,污染最重,攀枝花境内米易县部分含量较低;底泥中铅、镉和砷等出现了中重度污染,且钒和铬含量、砷和镉含量之间分别呈极显著和显著相关,同源性特征明显,土壤中镉超标范围最广,超标程度最重且呈面状重度风险,钒和汞超标范围较大,汞出现较重风险,其余为低度风险。     

并联式双梯度反相离子对液相色谱法快速检测土壤中芳磺酸

通过阀切换并联式双系统,建立了一套测定土壤样品中7种芳磺酸的反相离子对液相色谱法。该方法采用2根色谱柱,一根色谱柱分析的同时,另一根色谱柱通过阀切换实现平衡,节约了38.5%的分析时间。方法使用Dikma Diamonsil C18(150 mm×4.6 mm×5μm)色谱柱,以离子对试剂(四丁基硫酸氢铵)和乙腈为流动相,检测波长为226、235、258 nm。各组分线性关系良好,线性相关系数均在0.999 9以上。随机抽取样品进行重新提取、检测,得到各组分的相对标准偏差均小于7%,且定量限最高不超过0.181 2μg/g,重复性和定量限均能满足实验要求。     

挥发性有机物污染土壤样品采样方法比较

以苯系物污染土壤样品的采集为例,比较了4种不同采样方法导致样品检测结果的差异。其中,方法 1将样品装填至广口瓶内并压实密封,方法2采用非扰动采样器采集10 g样品后转移至加有10 mL甲醇保护剂的Vial瓶中密封,方法 3用非扰动采样器采集10 g样品后直接将其密封于采样器内,方法 4用Encore采样器采样后将其密封于采样器内。结果表明,方法 2采集样品的检出率最高,其余3种方法的差异不明显,方法 2采集样品的检出结果 71%以上都大于其余3种方法。而且,对于挥发性较强的苯与甲苯,以方法 2采集的样品91%以上都大于其余3种方法,最大及平均检出浓度高出2~3个数量级。5种不同土质样品检测结果表明,对于有机质含量较低的细砂,方法2的最高及平均检出浓度均高于其余3种方法 1~3个数量级,差异随土壤有机质含量的升高而降低。可见,对于苯系物及挥发性强于苯系物的其他挥发性有机物污染土壤样品的采集,方法 2效果最优,可指定为VOCs污染场地土壤样品的采样方法。     

北京市空气质量及其与能源消费结构的动态关联

运用模糊集理论中的Euclidean权距离评价2002—2011年北京市空气质量。根据最大隶属度原则确定空气质量等级值,结合灰色系统理论中的关联动态矩阵分析法,研究北京市主要大气污染物与9种能源消费因子的动态关系。结果表明,2002、2004—2007年北京市空气质量处于Ⅲ级,2003、2008—2011年处于Ⅱ级,空气质量由劣到优的年份排序为2002、2011、2010、2006、2007、2009、2008、2005、2004、2003年,2003、2008年空气质量得到改善,2009年以来有所恶化;燃料油、焦炭和煤炭是造成北京市大气污染的前3位能源,天然气是最清洁的能源;同种能源与不同污染物的关联程度相似;同种能源与污染物在不同时间段的关联序基本不变,不同能源因子分别表现出"缓慢上升"、"逐渐升高"、"水平S"型和"倒U"型4种态势;燃料油与大气污染物"同增同减",大气污染物与燃料油正相关;天然气与大气污染物"此涨彼消",天然气与大气污染物负相关。     

永定河上游流域水生态系统服务价值评估

张家口市是首都的水源涵养区和生态功能支撑区,流经该区域的永定河上游流域发挥着保育水资源的重要作用。为全面认识永定河上游流域水资源生态价值,对流域水生态各项服务功能开展定量评价。以2017年为基准年,综合采用InVEST模型与市场价值法系统评估研究区的水源供给量,以空间和货币的手段直观地表达该地区的水源供给情况;对于空间数据较难获取的地区,采用当量因子法评估水土保持与生物多样性价值;采用分摊法计算水生态旅游价值。结果表明:其总价值量为55.14亿元,约占张家口市各区县平均GDP(81.87亿元)的67.35%。其中,水源供给价值、水力发电价值、水产品生产价值、休闲娱乐价值等直接使用价值为28.64亿元,土壤保持、河流输沙、生物多样性等间接使用价值为26.50亿元,水源供给、休闲娱乐和水土保持功能对研究区域水生态系统价值提升和发展具有重要作用。研究区单位面积的生态价值和经济效益分别为0.35亿元和0.23亿元,生态价值远高于经济效益。本文因地制宜的综合评价方法提升了价值评估的科学性和可靠性,对于基础数据较为缺乏的地区,有一定的参考意义。     

激励相容理论视角下生态公益林补偿对农户的增收效应——以福建三明为例

基于福建三明499户农户的实地调查数据,用倾向得分匹配法测算了生态公益林现金直接补偿和岗位性补偿对农户的增收效应,结果表明:现金直接补偿和岗位性补偿对生态保护和农户增收都是正效应。现金直接补偿对农户增收效应不显著,而岗位性补偿对农户家庭总收入和家庭人均收入的净效应分别达55.4%和57%。进一步研究发现,两种补偿方式对贫困户和非贫困户的增收效应也不尽相同,其中现金直接补偿不利于贫困户增收,而岗位性补偿对不同收入的农户都具有正向显著增收效应。此外,从生态公益林的根本使命出发,可以发现现金直接补偿和岗位性补偿对生态保护的净效应也存在较大差异。故此,科学规划生态补偿方式和补偿标准是实现生态保护和农户增收双重效应的根源所在。     

地理学与资源科学研究的交叉与融合

交叉性以及通过学科交叉实现学科创新,是学科创新发展的重要特征。本文探讨了地理学和资源科学融合的学科基础,指出自然资源的稀缺性、自然资源的空间性、自然资源系统的复杂性和自然资源问题的应对性是地理学和资源学学科对象的共性;阐述了地理学、资源科学两者相互作用及其历史过程,梳理了地理学、资源科学与人地关系思想、可持续思想的发展关系,揭示了地理学和资源科学的差异性特征;地理学、资源科学的共性与差异性,促进了资源地理学的产生与发展。据此,提出了资源地理学的学科内容与方向,论述其全球及国家战略支撑,展望中国资源地理学的发展趋势,以期更好地认识中国地理学和资源学交叉融合的现状,从整体范畴上把握学科发展的脉络,促进学科之间的相互渗透,理论和方法的移植创新,不断开拓新的研究领域和提高学科研究水平。