特殊区域地表水环境背景值表征技术方法研究与应用

选取黑龙江省源头水保护区作为研究对象,根据DEM数据对保护区内随机布设的水质监测点控制单元进行划分并提取单元内的相关指标建立监测点背景特性量化模型,基于量化结果提出地表水环境背景值监测方案,建立背景值数据库.选取研究区自然属性指标与空间属性指标,以空间叠置技术与聚类分析方法对研究区地表水进行背景值分区,最终将黑龙江省分为六大地表水水质背景值地理分区,并计算了各分区地表水环境背景值表征范围.表征范围显示：依据现行标准进行水质评价,保护区内水质背景值已超出Ⅱ类水质标准限值.因此,基于水质背景值研究成果提出了考虑背景值影响下的水环境质量评价方法,并将方法应用于研究区,结果表明方法切实可行且优于单因子评价法.研究成果可为区域制定背景值影响下的水环境评价方法提供科学的数据支撑与理论依据.     

长江流域水生态环境安全主要问题、形势与对策

为进一步深化长江流域水生态环境保护的系统性、整体性科学认识,围绕长江水生态环境安全的主要问题及形势进行了剖析,提出了进一步加强长江流域水生态环境安全保障的对策建议.研究表明:在水环境质量方面,磷污染成为制约水质改善的主要影响因素,农业源排放量占比高,但工业源入河对水体的影响更直接,水库群运行带来的水沙条件变化对磷污染沿程演变有明显影响;在水生态健康方面,长江水生生物资源衰退、湖库富营养化格局发生改变、湿地生态功能退化问题突出;在水环境风险方面,化工围江、航运污染风险引起广泛关注.当前长江流域面临着源头区水资源战略储备减少、区域经济发展与生态环境保护双重压力仍较大、水环境质量仍存问题隐患、水生态系统退化态势未得到根本遏制等复杂且严峻的形势,未来长江水生态环境安全保障仍有诸多挑战.建议统筹长江全流域“一盘棋”,推进区域绿色协调发展,强化磷污染点面源综合管控,着力提升水生态健康水平,同时加快水环境风险隐患排查整治,强化科技创新有效供给.      

人工智能技术对长江流域水污染治理的思考

随着经济的快速发展和城市化进程的不断加速,促使水污染严重的长江流域需从污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制、水污染监测系统的构建开展水污染治理研究.传统的水污染处理技术存在污染物去除效率预测精度较低、污水优化控制成本较高、水污染监测滞后效应严重的问题.人工智能技术能够有效克服上述问题,因此通过梳理国内外学者利用人工智能技术在污水污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制及水污染监测系统的构建等方面的研究成果,为全面加强长江流域水污染治理能力提供科学可靠的技术指导.结果表明:①利用人工神经网络技术（径向基神经网络、多层前馈网络-人工神经网络、多层感知器神经网络）对污水污染物去除过程进行建模与优化,为精确预测长江流域重金属（Cr、Cu）、营养盐（TN、TP）、持久性有机污染物〔PBDEs（多溴二苯醚）、HCH（六氯环己烷）〕的去除率提供重要参考价值.②采用污水处理的自动控制技术与人工智能技术（递归神经网络、支持向量机、模糊神经网络等）构建污水智能控制系统,为长江流域实现高效节能的污水优化控制提供重要的技术指导.③利用在线监测仪器和人工智能技术（小波神经网络、多元线性回归-人工神经网络、叠层去噪自动编码器等）建立水污染智能监测系统,为解决长江流域水污染监测响应滞后问题提供有力的技术支持.因此,人工智能技术对长江流域提高污水污染物去除率,降低污水优化控制成本,提升水污染监测时效性具有重要的推广价值.      

中国“四化”建设对水足迹强度的影响分析

采用2000—2016年中国30省市（不包括香港、澳门、台湾、西藏四省区）的数据,构建四化指标体系,计算四化发展指数,进行地区四化水平评价,通过OLS和GMM回归模型考察四化发展对水足迹强度的影响,同时设置四化之间的交互项来识别四化指标之间的相互作用。主要结论如下：首先,从四化水平的地域发展差异上来看,中国四化水平总体上呈现出东部优于中部、中部优于西部的格局,水足迹强度的分布与之类似,说明四化水平发展与水足迹强度之间可能存在相关关系;其次,计量模型显示四化水平的提升对于水足迹强度的改善有积极影响,但每一化对于水足迹强度改善的影响大小不一;第三,以交互项衡量的四化相互作用对于水足迹强度的影响作用为正,表明四化发展对水足迹强度的改善效果逐渐趋于收敛。因此,优先提升落后地区的四化水平,以四化水平的提升推动水足迹强度的降低,能够有效降低我国总体水足迹强度水平。     

基于SVR的长江经济带水环境承载力评价

基于DPSIRM模型构建区域水环境承载力评价指标体系,并基于SVR模型构建了区域水环境承载力评价模型,利用交叉验证法对SVR模型参数进行优化选择,进一步提高模型预测精度.运用该模型研究了长江经济带2009~2018年的水环境承载力演变趋势及空间差异,结果表明：长江经济带水环境承载力等级整体呈现升高趋势,其中上游城市群承载等级由II级（超载）提升到了IV级（弱可承载）;中游城市群承载等级由II级（超载）提升到了IV级（弱可承载）;下游长三角区域承载等级由I级（重超载）提升到了IV级（弱可承载）.将评价结果与熵权-TOPSIS法的评价结果相比较,相同率达到91.7%,说明SVR模型评价区域水环境承载力可行,评价结果可靠.以下游区域为例,分别对其6个子系统的承载力进行剖析,并运用单因素轮换OAT法对各子系统内的评价指标进行敏感性分析,便于决策者识别指标敏感性.     

基于土壤重金属特征的绿色食品产地环境评价——以重庆(江津)现代农业园区为例

以重庆市江津区现代农业园区内4种农用地类型的653个表层土样为研究对象,测定土壤重金属元素含量.依据绿色食品产地环境相关标准,采用重金属污染指数法对标准中所涉及的Cu、Cr、Cd、Hg、As和Pb共6种重金属元素开展土壤环境质量评价和潜在生态风险评价,并结合用地类型确定绿色农产品生产的适宜性土壤分区.结果表明：除元素Cu、Cr和As外,其他元素的平均含量均高于重庆市土壤背景值;除元素As和Hg外,其他元素的平均含量均高于我国土壤背景值.土壤重金属元素Cu、Cr、Cd、Hg、As和Pb的平均浓度均达到《绿色食品产地环境质量》标准要求,但Cd污染已处于安全警戒线内,应高度警惕和严格监管园区内该元素的污染.水田、旱地和果园的土壤环境均以尚清洁为主,其他园地的土壤环境以轻度污染水平为主.部分水田存在一定程度的Pb污染（轻度）、Hg污染（中度）和Cd污染（中度）,旱地存在一定程度的Hg污染（中度）和Cd污染（中度）,果园和其他园地的土壤存在一定程度的Cd的轻、中度污染.全区符合《绿色食品产地环境质量》标准要求的土壤面积为12.47km²,占农用地总面积的63.64%,旱地、果园、水田和其他园地中符合该标准的面积分别占各自总面积的84.83%、68.07%、56.51%和42.09%.4种用地类型的土壤环境生态风险水平均以低等为主,共占研究区总面积的74.70%.Cd和Hg在园区表层土壤重金属生态风险评估中占有较大的贡献率,应列为优先控制污染元素并对其生态效应开展进一步研究.     

组配改良剂联合硅肥对Cd污染稻田的修复效果

选取湖南省浏阳市某Cd污染稻田进行田间试验,研究组配改良剂石灰石+海泡石（LS）、基施硅肥及叶面喷施硅肥对Cd污染稻田修复效果,结果表明：（1）基施硅肥90kg/hm²和叶面喷施硅肥（0.2,0.4g/L）对土壤pH值无明显影响,添加LS（2250,4500kg/hm²）的各处理均显著提高土壤pH值（P < 0.05）.（2）基施硅肥90kg/hm²分别降低土壤交换态、毒性特征浸出（TCLP）提取态Cd含量20.0%和18.5%,叶面喷施硅肥对土壤Cd两种提取态含量无明显影响,添加LS的各处理（2250,4500kg/hm²）分别使土壤交换态、TCLP提取态Cd含量降低25.8%~49.9%、26.4%~44.5%.（3）3种单一技术措施均能明显降低水稻各部位Cd含量,但降低糙米中Cd含量的效果低于3种技术措施的组合处理;“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”各处理（JL1F1、JL1F2、JL2F1、JL2F2）使水稻糙米中Cd含量降低25.6%~70.5%.（4）“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”的组合技术处理能显著降低土壤中Cd的有效性,显著降低水稻各部位中Cd含量,其中JL2F2处理效果最佳,能使对照糙米Cd含量从0.66mg/kg降低到0.19mg/kg,实现中重度Cd污染稻田的水稻安全生产.     

短期干旱胁迫对马尾松排放挥发性有机物的影响

为探究干旱环境对BVOCs排放的影响,应用动态封闭式采样系统和热脱附-气相色谱-飞行质谱仪,对短期干旱胁迫作用下马尾松的BVOCs排放进行了实验室测量,定量分析BVOCs排放速率和排放组成的变化.结果表明,干旱胁迫时异戊二烯的排放受到抑制,排放速率降低约50%;单萜烯和倍半萜烯的排放水平增强,排放速率分别为137.85和0.98μg/（m²·h）,是未受胁迫时的2.9和2.0倍.除反式-α-香柠檬烯外,干旱胁迫促进各单萜烯和倍半萜烯化合物的排放,是未受胁迫时的1.3~42.4倍,其中3-蒈烯排放的响应最敏感,α-葑烯、α-水芹烯和石竹烯的响应最弱.干旱胁迫时单萜烯和倍半萜烯的排放组成有所变化,但主导的化合物种类不变,单萜烯以α-蒎烯、香桧烯和β-蒎烯为主,占比分别为48%、17%和17%;倍半萜烯以石竹烯和长叶烯为主,占比分别为57%和34%.     

联合改良剂对桉树吸收重金属的作用——以矿区土壤中Cd、Zn和Cu为例

通过5种矿区土壤的盆栽试验,研究了联合改良剂对桉树部分生理指标、根中Cd、Zn和Cu的含量、以及土壤中Cd、Zn和Cu的BCR提取形态的影响,探讨了其对矿区土壤还林的作用.结果表明,与对照相比,施用改良剂后桉树的生物量和叶绿素含量的增幅分别为-7.6%~158.8%和-0.7%~23.1%,丙二醛含量的降幅为2.6%~37.9%,其中部分处理的生物量和丙二醛含量的变化达到显著水平（P<0.05）;土壤中有效态Cd、Zn和Cu的含量分别下降12.5%~63.8%、1.6%~54.7%和16.2%~57.6%,桉树根中Cd、Zn和Cu的含量分别下降3.1%~56.6%、-1.5%~21.3%和9.3%~50.1%.土壤对桉树根中Cd、Zn和Cu的含量有显著影响（P<0.05）,改良剂的配比或施用量无显著影响（P>0.05）,但在5种矿区土壤中G3降低桉树根中Cu含量的效果优于G1和G2;在重金属含量最高的2种土壤中,G1降低桉树根中Cd和Zn含量的效果优于G2和G3.研究表明施用联合改良剂能降低桉树对重金属的吸收,有利于矿区土壤的还林.     

石油污染土壤多酚氧化酶的动力学及热力学特征

土壤多酚氧化酶是一种氧化还原酶,能够将土壤中芳香族化合物氧化成醌,促进土壤中石油类物质的分解转化.以距大庆油田工作区不同距离（1、5、15 km）的石油污染地为对象,研究不同温度下石油污染裸地及羊草（Leymus chinensis）修复地的土壤多酚氧化酶活性及其动力学和热力学特征的变化.结果表明:土壤多酚氧化酶活性随温度和底物浓度的增加而逐渐增大,在温度为30℃或40℃、底物浓度为80 mmol/L或160 mmol/L时达到最大值;各样地土壤酶的动力学参数K_m（Mihaelis常数）随温度的变化规律不同,V_max（酶促反应最大速度）和V_max/K_m（催化效率）随温度升高而逐渐增大,均在30℃或40℃时达到最大值;热力学参数Q₁₀（温度系数）、ΔH（活化焓）、ΔS（活化熵）随温度变化差异不显著,ΔG（活化自由能）随温度升高呈逐渐增加趋势.在同一温度下,石油污染裸地土壤多酚氧化酶活性高于羊草修复地;K_m和V_max/K_m在各样地均表现为无规律性变化,V_max最大值出现在距油田工作区5 km处的裸地（BMP）,最小值出现在距油田工作区5 km处的羊草修复地（LMP）;Q₁₀、E_a（活化能）、ΔH、ΔS的最大值均出现在距油田工作区1 km处的裸地（BVP）,最小值均出现在距油田工作区1 km处的羊草修复地（LVP）.研究显示,升温和植物修复对土壤多酚氧化酶活性的反应特征有较大影响.