湖泊水-沉积物界面SiO_3-Si交换通量研究

以乌梁素海(WLSH)和岱海(DH)为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了湖泊水-沉积物界面溶解性硅酸盐(SiO_3-Si)扩散通量研究。结果表明,在夏季90 d的时间内,浅水草型湖泊乌梁素海明水区沉积物-水界面交换速率约为1.28 mmol·m^(-2)·d^(-1),沉积物约向上覆水体释放了963.07t SiO_3-Si;而深水藻型湖泊岱海深、浅湖区沉积物-水界面交换速率分别为1.10、1.95 mmol·m^(-2)·d^(-1),沉积物约向上覆水体释放了893.41t Si_O3-Si。SiO_3-Si在水-沉积物界面的交换速率与两湖沉积物中粘土矿物含量、生物硅(BSi)含量及沉积物的粒度有较好的相关性。沉积物释放的SiO_3-Si对维持湖泊初级生产力有重要作用,乌梁素海沉积物释放的硅可提供浮游植物所需硅的11.96%,岱海沉积物释放的硅可提供浮游植物所需硅的41.3%。从元素化学计量学角度考虑,结合两个湖泊上覆水营养盐浓度变化,随湖泊富营养化水平的逐渐提高,磷有可能成为乌梁素海初级生产力的潜在限制因子,而Si是岱海初级生产力可能的限制因子。

沉积物中硅释放的影响因素研究

为揭示沉积物中硅的迁移转化机制及其生物地球化学循环规律,给湖泊富营养化发生机制及水环境治理与保护研究积累基础数据,以乌梁素海为研究对象,深入探讨了p H、微生物和低分子量有机酸等环境因子对沉积物中Si释放的影响机制。结果表明,随着p H的升高（7.0~9.5）,乌梁素海上覆水中Si浓度降低,沉积物中生源硅（BSi）含量升高,显示乌梁素海的偏碱性环境使硅在水-沉积物界面的扩散矢量方向指向沉积物。方差分析表明,有微生物体系和无微生物体系之间上覆水Si浓度具有显著差异,可能与微生物的捕食作用和降解作用有关。菖蒲区上覆水中Si浓度整体高于对应季节芦苇区上覆水,而菖蒲区沉积物中BSi含量低于对应季节芦苇区沉积物,主要是由于芦苇和菖蒲根基分泌的低分子量有机酸不同,进而对硅酸盐矿物的溶解能力存在差异导致的。沉水植物区沉积物冬春季和夏秋季整体表现为上覆水的硅汇,上覆水共向沉积物中转移约15.62 t Si;挺水植物区沉积物冬春季和夏秋季整体表现为上覆水的硅源,沉积物共向上覆水中释放约33.15 t Si。

基于贝叶斯决策树的小麦镉风险识别规则提取

为揭示环境因素与小麦Cd超标风险的关系,综合考虑了小麦Cd富集的7个影响因素(土壤Cd浓度、污染企业、城镇村及工矿用地、交通运输用地、土壤类型、土壤有机质含量(SOM)和土壤pH值),采用ID3算法与朴素贝叶斯算法,建立起5棵贝叶斯决策树.提出了15条小麦Cd超标风险的识别规则,将超标风险分为5级并确定了小麦Cd富集的3个主控因子:污染企业、土壤pH值和土壤Cd浓度.经检验,5棵决策树风险识别的平均精度为81.14%,而使用风险识别规则和贝叶斯算法后识别精度提高为89.32%.该模型将贝叶斯算法融入到了决策树模型,可以评估数据完整或缺失样本的Cd污染风险,确定小麦Cd富集的主控因子,同时可以基于风险识别规则判定小麦Cd风险程度和范围,为土壤安全利用和小麦安全生产区的划定提供参考.

基于随机森林与地统计预测城市土壤PAHs分布

收集南京城区采样点位置信息和环境变量等数据,应用地统计和随机森林方法,以及两种方法相结合分别预测土壤多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)含量,并比较不同方法预测精度.结果表明:随机森林与地统计方法结合能大幅度提高城市土壤污染物制图精度,整合克里金与随机森林预测残差模型拟合优度R^2相比克里金插值法提高74.8%.PAHs空间制图结果能够较好拟合污染物的变化范围,识别污染高值区与低值区的空间分布.随机森林输出特征重要性发现影响南京城区土壤PAHs分布的主控因子为土壤碳和土壤粒度以及工厂密度.本研究可为城市污染物高分辨率和高精度制图以及污染防控治理提供参考.

基于决策树模型的水稻镉超标空间识别及预测研究

为探究水稻籽粒中Cd元素的超标风险及其与环境要素之间的关系,筛选了11个环境因子,基于决策树模型,识别出影响水稻Cd超标的主控因子,并建立超标空间预测技术。结果表明,距交通运输用地距离、土壤有机质含量和无定形铁含量为研究区水稻Cd超标的主控因子。经验证,提取的研究区水稻籽粒Cd超标识别规则的精度为85.71%。进一步运用隶属度空间制图法,以有限的样点对研究区水稻籽粒Cd超标进行空间分布预测制图,分类精度达到91.67%,该结果精度比单纯的决策树和传统插值制图方法都有较大提高。构建的决策树模型能较好地预测水稻籽粒Cd超标的空间分布,对研究区水稻Cd超标空间识别与分区管控有实践意义。

水稻和蔬菜的膳食结构变化对农村居民镉摄入健康风险的影响——以珠海市斗门区为例

为了研究膳食结构(水稻、蔬菜)变化对农村居民镉(Cd)摄入健康风险的影响,本文选取珠海市斗门区为研究区,分析了研究区内水稻和蔬菜的Cd含量现状,分别构建了2000年以来Cd含量与膳食结构的变化趋势,并采用靶标危害系数法(THQ)评价了研究区农村居民的Cd摄入健康风险。研究结果表明,研究区内水稻的Cd污染风险高于蔬菜,少量水稻样点存在超标,蔬菜无超标。2000-2017年,研究区水稻籽粒中的Cd含量在0.1 mg·kg^-1附近波动,蔬菜可食部分的Cd含量逐渐降低。在膳食结构中,水稻的比例降低了8.7%,年消费量降低了27%,蔬菜的占比和年消费量都较为稳定。在Cd含量变化和膳食结构改变的双重作用下,2002-2017年居民通过水稻、蔬菜的年摄入Cd总量降低了49%,Cd摄入健康风险降低了56%,其中膳食结构变化对健康风险降低的贡献率为47%。研究结果表明,膳食结构(水稻、蔬菜)变化是影响农村居民Cd摄入健康风险的重要因素。

外源砷胁迫对土壤细菌群落结构的影响

研究不同浓度外源砷胁迫对土壤细菌群落结构的影响,采集山西省某污灌区土壤,经不同浓度外源砷处理、培养、稳定后,盆栽油菜,并利用土壤微生物Miseq测序方法,研究不同处理样本微生物的群落组成。结果表明,A处理下土壤中变形菌门(Proteobacteria)相对丰度较B处理、C处理土壤中比例明显降低,而酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)在土壤中的丰度表现出相反的趋势,A处理土壤中这2种菌门的相对丰度明显低于B处理、C处理土壤。表明砷污染程度的加大,将引起细菌物种数量的下降,并导致细菌群落丰富度和多样性降低;污染土壤中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)菌群丰度较高,不同菌门砷的胁迫能力不同,促使不同砷污染土壤中细菌的相对丰度不同。

湖泊水-沉积物界面DIC和DOC交换通量及耦合关系

以乌梁素海和岱海为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了2个湖泊水-沉积物界DIC和DOC交换通量及耦合关系研究.结果表明,在夏季90 d的时间内,乌梁素海明水区沉积物表现为上覆水中DIC和DOC的碳源,DIC和DOC的平均释放速率分别为71.07 mmol·(m2·d)-1和185.09 mmol·(m2·d)-1;岱海浅、深水区沉积物整体上表现为上覆水中DIC和DOC的碳汇,浅水区DIC和DOC的平均释放速率分别为155.75 mmol·(m2·d)-1和-1 478.08 mmol·(m2·d)-1,深水区DIC和DOC的平均释放速率分别为-486.53 mmol·(m2·d)-1和-1 274.02 mmol·(m2·d)-1;岱海浅水区和乌梁素海水-沉积物界面DIC与DOC耦合作用(含量、释放速率、总量变化量的同步变化)主要受微生物摄取、微生物或非生物降解及水生植物的影响;岱海深水区水-沉积物界面DIC与DOC耦合作用则主要与Ca CO3共沉淀作用及沉积物中无机碳形态分布特征等有关.总体上,不同类型湖泊或同一湖泊不同湖区的DIC或DOC源/汇功能差异是湖泊类型、离岸距离、湖泊水文地球化学及无机碳形态分布等多种因素综合作用的结果.

微生物对冰封期湖泊沉积物中有机磷降解释放的影响

以寒旱区湖泊乌梁素海为研究对象,以有机磷降解过程中的形态转化为主线,探讨了冰封期内底物添加与灭菌处理对有机磷释放特征的影响.结果表明,180 d冰封期内,灭菌处理(T_N)上覆水中可溶性总磷酸盐(DTP)和可溶性正磷酸盐(DIP)及可溶性有机磷(DOP)的质量浓度均高于底物添加处理(T_M),揭示T_M体系中厌氧微生物的同化利用降低了上覆水中磷的质量浓度;同时微生物驱动下铁的异化还原作用也是影响水-沉积物界面有机磷释放的重要机制.释放周期内,沉积物中活性有机磷(LOP)、总活性磷(TLP)的含量均减少;T_M体系的中等活性有机磷(MLOP)含量先减少后增加,非活性有机磷(NLOP)的含量先增加后减少;T_N的MLOP含量波动性增加,NLOP的含量波动性减少.释放初期(0~60 d),T_M的MLOP含量高于T_N,而NLOP的含量低于T_N;释放中末期(60~180 d),T_M的MLOP含量低于T_N,而NLOP的含量高于T_N.揭示释放中沉积物MLOP与NLOP之间存在相互转化的可能性.释放过程中,T_M沉积物有机磷的相对含量降低,无机磷的相对含量增高,呈现有机磷向无机磷转化的趋势,沉积物有机磷约有6.1%转化为无机磷,揭示了冰封期内,微生物可加速沉积物有机磷向无机磷的转化,提高了磷的生物可利用率,增加了沉积物磷向上覆水释放的风险.