基于地理探测器的土壤重金属空间分异及其影响因素分析研究进展

地理探测器是探测空间分异性,以及揭示其背后驱动因子的一种新的统计学方法,由于其既能揭示单一因素对因变量的影响,也能评价双因素相互作用的影响,且不需要考虑线性,还能避免多变量共线性的影响,没有较强的模型假设,解决了传统方法在分析类别变量时的局限性,在土壤重金属空间分异领域研究的应用越来越广泛.通过收集40篇关于地理探测器在土壤重金属空间分异领域的研究报道,梳理了采用的自变量离散化方法、研究尺度、因变量和自变量类型、因子探测、交换探测、风险探测和生态探测等内容,并提出下一步的应用研究急需明确的问题,为地理探测器在土壤重金属空间分异领域深层次应用提供支撑.     

序贯高斯法模拟新沂、东海农业区土壤砷空间变异性

采用序贯高斯条件模拟值法,研究了江苏省新沂、东海农业区土壤砷含量空间变异性.结果表明,研究区土壤砷为正偏态分布,经高斯非线性转化后,符合二阶平稳假设.其经验半变异函数表现为各向同性.采用加权多项式法,对经验半变异函数拟合结果进行评价,并根据结果选择了带块金效应的高斯模型作为拟合模型.对研究区砷分布情况进行了100次模拟,模拟结果平稳.根据模拟数据与实际监测数据的关系,采用相关系数法选择最终模拟结果.研究区西北部土壤砷含量最高,中北部最低.     

华北平原典型城市土壤微生物群落时空变化规律及其驱动因子

微生物群落结构和功能受多种环境因素的共同影响,为阐明典型城市土壤中微生物群落的时空变化规律及其主要影响因素,亟需开展典型城市土壤中微生物群落时空动态变化特征研究.鉴于此,选取华北平原典型城市——石家庄市为研究区,共设置12个采样点,分别于2021年6月（夏季）和9月（秋季）采集表层土壤,并利用16S rRNA高通量测序技术对土壤中微生物群落结构及功能进行研究,探究其时空变化规律;同时运用Pearson相关性分析建立微生物群落与环境因子间的相关性,识别微生物群落时空变化的主要驱动因子.结果表明：①石家庄市表层土壤中主要优势菌门为放线菌（Actinobacteriota）和变形菌（Proteobacteria）;就季节变化而言,在门水平上,Actinobacteriota和Proteobacteria相对丰度均呈降低趋势;在属水平上,夏季主要优势菌属为节杆菌属（Arthrobacter）和未知分类菌属,秋季主要优势菌属为Arthrobacter和Candidatus_Nitrocosmicus,且优势菌属呈显著季节差异（P<0.05）;②就季节变化而言,Simpson、Ace和Chao指数均值呈升高趋势,而OTU均值呈降低趋势;就空间差异而言,Shannon指数和Simpson指数呈显著空间差异（P<0.01和P<0.05）;③各类功能基因无显著季节和空间差异;其中能源生产和转换类功能基因相对丰度最高,在夏季和秋季的相对丰度分别为24.06%~24.84%和24.63%~25.98%;④微生物群落结构组成、多样性指数和功能基因与喹诺酮类抗生素（QNs）、总磷（TP）和硝氮（NO₃^--N）呈显著相关,且与QNs显著相关性最强（|r| >0.900）;这表明在石家庄市表层土壤中抗生素成为影响微生物群落变化的主要驱动因素.因此,为保障城市土壤中微生物群落结构和功能稳定,应进一步加强土壤中抗生素污染的综合管控.     

国土空间规划视角下流域水环境改善潜力——以长春市第二松花江流域为例

国土空间规划对新时期流域水环境保护意义重大。本文结合国土空间规划对流域水环境影响的全过程(污染产生—污染排放—污染入河)机制,构建了国土空间规划视角下流域水环境变化评估指标体系和框架。以长春市第二松花江流域为例,利用系统动力学模型和一维水动力模型QUAL2K量化了国土空间规划对流域水环境的影响。结果表明,到国土空间规划近期目标年(2025年),流域水环境状况良好,体现为流域大部分河段COD和NH₃-N达标,水环境容量最小为44.96 kg/d和5.10 kg/d。国土空间规划中的总量目标、环保设施建设和相关布局的实施将会使COD和NH₃-N污染产生量降低52.61%和14.16%;污染排放量降低26.45%和59.09%;水环境容量增加10.68%和57.17%。总体而言,国土空间规划对流域水环境改善潜力巨大,同时改善潜力因不同区域、污染源、污染物而异。本研究提出的评估框架为国土空间规划背景下流域水环境保护提供了思路。     

石家庄市栾城区农田土壤重金属分布特征及作物风险评价

为探讨栾城区内农田土壤重金属的分布特征,对表层土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn这8种重金属污染特征、空间分布和污染风险进行分析,并使用PMF模型进行污染源解析,探讨栾城区土壤管控方案.进一步检测作物中重金属含量,利用概率风险评价方法评价研究区农产品的非致癌健康风险,为栾城区内农田土壤重金属污染治理与防控提供理论基础.结果表明,表层土壤ω（Cd）、ω（Cr）、ω（Cu）、ω（Pb）和ω（Zn）分别为0.06~1.08、22.14~473.47、12.83~150.74、10.75~577.72和62.23~652.78 mg·kg^-1,点位超标率分别为1.83%、1.22%、0.61%、0.61%和1.22%.此外,部分区域土壤中的重金属有向作物中转移并积累的现象,小麦籽粒Cd和Pb含量超标率分别为2.13%和5.32%,玉米籽粒Cd含量超标率为1.20%.健康风险评价结果表明,栾城区玉米的复合非致癌健康风险（TTHQ）小于1,对人体没有明显的负面影响,食用研究区小麦的复合非致癌风险（TTHQ>1）,对人体产生负面影响的可能性较大.土壤中重金属的空间分布受工业区涉污企业分布的影响,8种重金属含量较高的区域均主要分布在工业企业较集中的中部、西部和南部.总体而言,研究区大部分表层耕地土壤未受到明显的重金属污染,存在中等强度（2级）的生态危害.Cd为无-中度污染（1级）,Cd和Hg存在中等强度潜在生态风险（2级）,其余重金属均为无污染,低潜在生态风险（1级）.根据PMF污染源解析结果和实地调查推测,土壤重金属主要来自土壤母质（52.05%）,历史污灌和工业生产的人为污染源（32.98%）和大气沉降（14.97%）.综上所述,研究区北部和东部土壤重金属含量较低,应划分为优先保护类,研究区西部、中部和南部部分点位重金属含量超标,其来源主要为化工、涂料、机械装备等企业,应划分为安全利用类,严控污染物的输入,采用农艺调控等措施,减少重金属向农作物的转移,降低食品安全健康风险.本研究将有助于栾城区土壤的分级治理和污染管控.     

东湖溶解态磷酸酶的活性、动力学特征及其空间分布

湖泊中酶的活性是具有监测意义的生物化学参数．不同季节东湖纳污点的溶解态碱性磷酸酶活性（ＡＰＡＤｉｓｓ）显著高于湖区水样中的相应值．在纳污点和湖区,ＡＰＡＤｉｓｓ与溶解正磷酸盐浓度的关系不尽一致．与表层水相比,富营养型湖区沉积物间隙水中的ＡＰＡＤｉｓｓ及其动力学参数均明显不同．郭郑湖区表层水ＡＰＡＤｉｓｓ的非均一性空间分布是不同来源且具不同动力学特征的酶循不同的反应机制共同作用的结果,它反应了湖泊污染程度、营养水平以及有机物质转化效率的概况．     

三峡库区小流域稻田空间格局对氮磷流失影响

选取三峡库区涪陵段封闭性较好的王家沟小流域,分别利用2014~2015年采集的3个稻田坡面12次自然降雨地表径流样品和2次自然降雨过程地表径流样品以及2010、2015年两个子流域日径流样品,对比分析坡面稻田空间格局差异和子流域稻田空间格局变化对地表径流氮磷流失浓度影响.结果表明,坡底布设的稻田对TN、NO_3~--N和TP去除率高于坡腰,坡底稻田田块越大TP去除效果越好;次降雨过程中,3种空间格局稻田TN、NO_3~--N和TP流失浓度在大雨事件降雨前期差异最明显,而中雨事件则为降雨后期;与2010年相比,2015年两个子流域稻田空间格局变化削弱了稻田对子流域氮磷流失拦截净化能力,主要表现为小到中雨事件和基流时期TN流失浓度明显升高,中到大雨事件TP流失浓度极易呈现跳跃性浮动.因此,合理增加流域稻田数量,优化稻田空间格局是三峡库区农业面源污染控制的有效措施.     

黄土丘陵“梯田退耕”生态重建及地域分异特征

基于黄土丘陵区过去10年科技攻关成果及延安燕沟流域示范成功经验,在总结“梯田退耕”生态重建模式特点的基础上,根据土地利用、坡耕地和1999年农业人口数据计算了各县(市、区)需新修梯田、园地扩建、林草植被恢复的面积及投资需求额度。通过构建并采用基本农田扩建指数、园地扩建指数、林草植被恢复指数以及投资需求密度等指标对55个县(市、区)进行了类型划分和地域分异特征分析。结果表明:黄土丘陵区需新修梯田面积69.16×104hm2,新扩建经济林果园地面积79.2×104hm2,林草植被恢复面积541.02×104hm2,投资需求总额度158.2×108元;生态重建在地域分布上明显存在两个重点区,一个位于陕北和晋西北交界地区,另一个位于陇东和宁南地区;宜及早制定区域性分类指导政策,并应将有限的资金集中在重点区。     

种群水平生态风险评价方法概述及其在环境管理中的应用

生态风险评价的目的是保护生态系统功能的完整性、稳定性和持久性,为环境风险管理提供理论依据。然而,目前常见的用于保护生物的化学污染物浓度阈值大多是以个体水平的毒性试验结果为基础,忽略了物种在时间和空间相互作用等因素,不能够完全保护生态环境安全和生态系统功能的延续性。本文从生态风险评价的概念、目的和意义引出种群水平生态风险评价在环境管理应用的重要性,综述了种群水平生态风险评价的科学问题(如密度依赖、遗传变异和空间结构等),归纳了种群水平风险评价主要模型方法及其应用(如Euler-Lotka方程、预测矩阵、个体模型、空间模型和动态能量预算模型等),列举了各国现有法律法规中关于种群水平生态风险评价的规定,以期为种群水平生态风险评价方法研究及在环境管理中的应用提供有益借鉴。     

成都市人为源挥发性有机物排放清单及特征

基于成都市实地调查和环境统计等活动水平数据,采用排放因子法和计算模型等,编制了2014年成都市人为源VOCs排放清单,并完成了空间分配和不确定性分析。成都市人为源VOCs排放量为15.8×10~4t,其中化石燃料固定燃烧源、工艺过程源、溶剂使用源、移动源、储存运输源、其他源排放量分别为0.5×10~4、3.8×10~4、6.0×10~4、4.9×10~4、0.4×10~4、2.2×10~4t,溶剂使用源为最大人为排放源,其次是移动源和工艺过程源。木材加工业为最大工业贡献源,然后依次是医药制造业、非金属矿物制品业、化学原料、化学制品制造业、汽车制造业等。成都市人为源82%的VOCs排放量分布于二、三圈层的工业园区,而中心城区主要为移动源和建筑施工所贡献,其排放分布已随建成区联片发展而形成整体。排放清单活动水平数据可靠性较高,而排放因子存在一定不确定性。