基于数量化理论Ⅱ的鄂西北山区坡面土壤侵蚀强度评价

水土流失既是资源问题，又是生态环境问题。土壤侵蚀对人类生存和发展构成了严重威胁，成为制约可持续发展的障碍因素。以鄂西北丹江口库区郧西县坡面径流小区为试验点，通过分析小区的实地观测数据，建立坡面土壤侵蚀定性评价指标体系，并将数量化理论II作为有效的数学方法，建立郧西县坡面径流小区土壤侵蚀强度评价模型，对参与建立模型的样本进行回归分析，其准判率达到800%以上，并且利用该模型对其他年份坡面土壤侵蚀强度实测数据进行对比验证，得到土壤侵蚀强度分级的精度较高。研究表明，建立的郧西县坡面径流小区土壤侵蚀强度评价模型有较好的适用性与可靠性，可为郧西县及类似自然地理环境的其他区域水保工作起到一定指导意义     

基于参与式社区评估法的泾河流域景观管理问题分析

参与式社区评估法既兼顾了景观管理中的地理变量,同时还将社会经济因素纳入了考虑范畴,是深入进行问题分析客观有效的方法之一。本文采用参与式社区评估法,运用问题矩阵和问题树分析,对泾河流域景观管理中存在的问题和利益相关者的认知进行了分析。研究发现,绝大多数利益相关者认为土壤侵蚀已成为第一严重的问题,其次是土地生产力低下、自然灾害、植被破坏等。尽管当地公众已经认识到了土壤侵蚀的严重危害,但在安排土地利用方式时,却很少考虑土壤侵蚀带来的危害,仍然从事着自给自足的粮食生产活动。     

Stochastic Transfer Function Model and Neural Networks to Estimate Soil Moisture1

Abstract: A practical methodology is proposed to estimate the three‐dimensional variability of soil moisture based on a stochastic transfer function model, which is an approximation of the Richard’s equation. Satellite, radar and in situ observations are the major sources of information to develop a model that represents the dynamic water content in the soil. The soil‐moisture observations were collected from 17 stations located in Puerto Rico (PR), and a sequential quadratic programming algorithm was used to estimate the parameters of the transfer function (TF) at each station. Soil texture information, terrain elevation, vegetation index, surface temperature, and accumulated rainfall for every grid cell were input into a self‐organized artificial neural network to identify similarities on terrain spatial variability and to determine the TF that best resembles the properties of a particular grid point. Soil moisture observed at 20 cm depth, soil texture, and cumulative rainfall were also used to train a feedforward artificial neural network to estimate soil moisture at 5, 10, 50, and 100 cm depth. A validation procedure was implemented to measure the horizontal and vertical estimation accuracy of soil moisture. Validation results from spatial and temporal variation of volumetric water content (vwc) showed that the proposed algorithm estimated soil moisture with a root mean squared error (RMSE) of 2.31% vwc, and the vertical profile shows a RMSE of 2.50% vwc. The algorithm estimates soil moisture in an hourly basis at 1 km spatial resolution, and up to 1 m depth, and was successfully applied under PR climate conditions.     

城市老工业区土壤重金属污染状况与健康风险评价

本文对西部某老工业区土壤中As、Pb、Cr、Cd、Hg、Zn的含量、空间分布状况展开了研究,并依据《污染场地风险评估技术导则》对该老工业区的健康风险进行了评价。研究结果表明,该老工业区土壤重金属污染严重,6种元素与陕西土壤背景值相比超标100%,表明其不适宜作为居住用地开发。健康风险评价结果显示,As、Pb、Cr、Cd元素的非致癌风险值分别为3.83、1.7、1.94、1.09,均超过非致癌风险可接受值1,表明该老工业区对人们存在非致癌健康风险;对于致癌风险,As、Cr、Cd元素的致癌风险值远大于致癌风险边界值,分别超过致癌风险值的2个数量级(2.64×10-4)、4个数量级(1.94×10-2)、1个数量级(6.12×10-5),表示As和Cr已经达到了显著致癌风险的水平。     

铅锌冶炼厂周边农田土壤、苕子与荠菜的重金属污染特征

在云南某铅锌矿冶炼厂周边农田,采集当地主要绿肥(苕子)与野菜(荠菜)的植株和根部土壤样品,测定重金属(Pb、Zn、Cu和Cd)的全量和DTPA提取的有效态质量比,并进行污染评价.结果表明:1)综合污染指数评价显示,铅锌冶炼厂周边农田土壤以重度和中度重金属污染为主,Cd质量比为GB 15618-1995《土壤环境质量标准》三级标准限值的1.94～8.30倍,污染程度最重,其次为Pb和Zn;2)荠菜植株Pb、Zn和Cd质量比的最大值、平均值均大于苕子;荠菜对Cd的富集系数大于1,对Pb、Zn和Cd的转移系数大于或接近1;3)苕子和荠菜地上部与土壤的Cd、Pb质量比,苕子地下部与土壤的Pb质量比,荠菜地上部与土壤的Zn质量比均呈显著或极显著正相关.研究表明:铅锌冶炼厂周边农田存在严重的重金属污染,Cd是主要污染因子;苕子和荠菜植株重金属质量比高,且荠菜对重金属的富集能力大于苕子.     

河南省武陟县大田土壤重金属形态分布及潜在生态风险评价

为了解河南省武陟县大田土壤重金属Cr、Cd、Pb、As、Cu、Se、Ni和Co的形态分布和生态风险情况,在该区域采集了12个表层土壤(0～20cm)样品,采用修正的BCR连续提取法进行形态分析,探讨其生物有效性,并采用Hakanson指数法评价了重金属的潜在生态风险.结果表明,土壤中不同重金属的形态分布差异很大,其中,Cr、As、Ni和Co均主要以残渣态存在,分别占其总量的66.6％、61.4％、50.7％和41.8％;Cu和Se主要以可氧化态存在,分别占其总量的43.8％和67.8％;Pb主要以可还原态存在,占总量的61.1％;Cd主要以酸提取态存在,占总量的53.3％.生物有效性分析表明,Cd的可利用态K1为0.933,生物有效性是最大的,对土壤生态系统的潜在危害性较大,其次是Pb和Co;Cu和Se在土壤环境发生变化时,很容易再次释放到外界环境中;Cr、As和Ni不易被外界生物利用.潜在生态风险评价结果显示,以国家土壤环境质量标准二级标准为参比值时,Cr、Cd、Pb、As、Cu和Ni的单项潜在生态风险程度均为轻微,综合潜在生态风险处于轻微等级.     

双室微生物燃料电池处含银废水的产电性研究

以剩余污泥为阳极底,糖蜜废水为基质,Ag Cl废水为阴极电子受体,构建了双室微生物燃料电池(Two-chamber Microbial Fuel Cell,简称MFCs),并研究了电池的产电特性、库仑效率及金属去除率.结果表明:Ag+不仅可以作为阴极电子受体,而且还能稳定产电,外电阻为1000Ω时,获得的最大电压为514.5 m V,最大功率密度为65.82 m W·m-2.在阴极实现了对废水中Ag+的去除,最大去除率可达71.6%,而且Ag+浓度为2000 mg·L-1时,回收金属银单质质量为197.66 g.在阳极对废水的处理效果也很显著,库仑效率最高为2.66%,COD去除率最大为81.22%.     

三江平原泥炭沼泽孔隙水甲烷浓度变化动态及其影响因子

湿地土壤孔隙水甲烷浓度变化动态对于揭示湿地碳循环过程具有重要作用.于2012年和2013年对三江平原毛苔草泥炭沼泽不同土壤深度孔隙水甲烷浓度的季节变化动态进行监测,并分析了其关键影响因子.结果表明:植物生长季孔隙水甲烷浓度呈单峰变化趋势,不同土层甲烷浓度峰值(80.45~490.95μmol·L-1)主要集中在湿润的生长季末,但年际间存在显著差异;从土壤剖面来看,土壤融通之后,孔隙水中甲烷浓度随着土壤深度的增加而增加;土壤表层(5 cm和10 cm)甲烷浓度主要受到株高(R2=0.6,p=0.005)和土壤充水孔隙率(R2=0.36,p=0.01)的影响,而深层(20~40 cm)甲烷浓度主要受到土壤温度等因素的综合影响.研究还表明,表层土壤孔隙水甲烷浓度能够解释生长季甲烷排放通量变化的26%~60%,而且短期的极端降雨事件可能不会对甲烷浓度以及甲烷排放产生即时影响,而是出现大约一周的延迟(time lag)现象,这主要取决于实际土壤湿度.     

黄壤表面电场作用下Cu~(2+)与Zn~(2+)的吸附/解吸动力学研究

利用静态恒流法研究了黄壤表面电场作用下Cu2+与Zn2+的吸附/解吸动力学.结果发现:考虑黄壤表面电场作用下,Cu2+和Zn2+的吸附实验呈现初期强吸附作用下的零级动力学过程和一定时间之后弱吸附作用下的一级动力学过程,与理论预期一致;在Cu2+和Zn2+的解吸实验中,只有前期出现了弱吸附作用下的一级动力学过程,实验结果与理论预期存在差别,原因在于专性吸附的Cu2+、Zn2+很难被解吸下来;在交换/吸附实验中,Cu2+的吸附速率值和平衡吸附量均大于Zn2+,且Cu2+-K+体系的表面电化学参数φ0、σ0、E0均大于Zn2+-K+体系中的对应值,证明了黄壤颗粒表面对Cu2+的吸附作用强于Zn2+;在交换/解吸实验中,Zn2+的解吸速率值和平衡解吸量均大于Cu2+,Zn2+-K+体系的表面电化学参数φ0、σ0、E0均大于Cu2+-K+体系中的对应值,证明Zn2+-K+体系中Zn2+的解吸作用比Cu2+-K+体系中的Cu2+解吸作用强.     

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.