生物可降解螯合剂GLDA强化电动治理镉铅砷复合污染土壤研究

以镉铅砷复合污染土壤为研究对象,将生物可降解络合剂谷氨酸二乙酸四钠[tetrasodium N, N-bis(carboxymethyl)glutamic acid, GLDA]应用于电动治理技术,同时结合投加方式和阴极pH值控制技术,以研究电动治理对土壤中不同重金属的同步去除效率并探讨其去除机制。结果显示:(1)GLDA明显提高了土壤溶液中重金属的质量浓度,有利于土壤重金属在电场作用下移出土体;(2)阳极投加GLDA有利于As的去除,土壤As总去除率可达60.7%,但土壤环境过碱时不利于Cd和Pb的移除;(3)阴极投加GLDA结合pH值控制处理中Cd和Pb的总去除率分别可达35.9%和23.7%,在所有处理中最高,且As的去除率(42.3%)也仅低于阳极投加GLDA处理,是一种较优的同步去除Cd、Pb和As的方法;(4)电动处理后土壤pH值和电导率依处理不同会发生较大变化,总体趋势为阳极附近土壤pH值低于阴极附近,且土壤电导率普遍升高。研究结果为GLDA在重金属复合污染土壤电动治理中的应用提供了理论基础和技术支持。

ERAERA5、GLDAS和FLDAS土壤湿度数据在内蒙古地区的适用性评价

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一,在气候变化和干旱研究中起着不可忽视的作用。利用2011-2013年内蒙古农作物生长发育和农田0~10 cm土壤湿度旬值数据,结合相关系数、偏差、均方根误差和DISO等统计指标,评估美国全球陆面数据同化系统(GLDAS)、欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)和美国国家航空航天局NASA发布的全球高分辨率陆面数据同化系统(FLDAS)等三套土壤湿度数据在内蒙古的适用性,旨在选出一种适用于研究内蒙古土壤湿度时空特征的大范围、长时间序列的替代资料。结果表明:在年尺度上三套产品数据空间分布与观测数据基本一致,均能体现内蒙古土壤湿度东湿西干的空间分布格局。其中ERA5与观测数据的相关性最高,但是误差较大;在月尺度上ERA5和GLDAS两套数据均能较好地捕捉和刻画土壤湿度随时间的变化特征。ERA5数据在各月与观测值的相关性较好,而GLDAS数据的误差更小;整体上来看,GLDAS、FLDAS、ERA5与观测数据之间的相关系数分别为0.93、0.68、和0.96,NAE分别为0.031、0.013、0.022,NRMSE分别为0.032、0.014、0.023。ERA5与观测数据之间的DISO距离值最小,为0.045,其次是GLDAS,FLDAS数据最差。研究结果可为内蒙古土壤湿度研究及应用提供理论依据。

基于GLDAS-2数据的中国极端降水事件时空变异性研究

全球气候变化导致极端降水事件频发,为了做好应对极端事件的准备,利用GLDAS-2.0数据集进行可靠性分析后,提取9个极端降水指标,使用M-K检验方法分析了1948—2014年中国极端降水事件时空变化特征及其突变趋势。结果表明:全国发生极端降水事件的频率增高,西北、西南和中南地区的年降水量增强趋势明显,连续湿润天数变少,强降水变多,其中西北地区变化最为明显;西北地区中西部,中南与西北、华东的两个交界范围,极端降水相关指标突变趋势明显。结果显示西北地区中西部,西南和中南交界地区以及中南和华东交界地区发生极端降水的频率高,应提前做好应对各种自然灾害的准备。

八角金盘水浸提液和GLDA强化马缨丹修复镉污染土壤的效果研究

【目的】探明八角金盘水浸提液(FJ)和谷氨酸N,N-二乙酸四钠(GLDA)复合活化剂强化马缨丹修复镉污染土壤的效果及机理。【方法】采用盆栽试验,研究FJ和GLDA对马缨丹生物量、镉富集特征及根际土壤镉有效性的影响。【结果】GLDA对马缨丹生长无影响,FJ和FJ+GLDA均能促进马缨丹地上部的生长,其地上部干重较CK分别增加了29.26%和19.47%。马缨丹根和茎中的镉含量受FJ的影响较小,而经GLDA和FJ+GLDA处理后分别提高了52.39%、60.66%和34.95%、40.36%。3种活化剂均显著增加了马缨丹地上部的镉富集量,分别较CK增加了53.11%、53.53%和88.79%,其中FJ+GLDA处理的效果最好。土壤DOC含量在3种活化剂处理下均显著提高,分别为CK的1.22、1.34和1.28倍。同时,3种活化剂促进了土壤中可还原态和可氧化态镉向酸提取态镉的转化以及有效态镉含量的增加,其中有效态镉在FJ+GLDA处理下增加了24.26%,优于其他处理。【结论】利用复合活化剂强化马缨丹修复镉污染土壤是可行的。复合活化剂促进了马缨丹的生长,并通过提高土壤DOC含量,增强了土壤镉的有效性,从而促进了马缨丹对镉的吸收和富集,显著提高了马缨丹修复镉污染土壤的效率。

基于GLDAS与TVDI降尺度反演土壤含水量

土壤水是连接大气降水、地表水和地下水的关键水文带,在旱寒区对于维系植被生长起到至关重要的作用.为获取相对精度较高,时空分布更广的土壤含水量数据,本文采用青藏高原2006年MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)植被归一化指数NDVI(normalized difference vegetation index)数据与地温数据LST(land surface temperature)计算出青藏高原全年温度植被干旱指数TVDI(temperature vergetation dryness index);分析TVDI数据与GLDAS各层土壤含水量的相关性以及相关性的稳定性,结果表明:总体上TVDI数据与GLDAS各层土壤含水量数据呈负相关关系,其中TVDI与GLDAS第1层土壤湿度数据相关性最好,且相关性的稳定性较强;利用TVDI和GLDAS第1层数据的相关关系反演出青藏高原2006年每月土壤水分分布图,并利用月均值进行实例分析,结果表明反演结果与GLDAS数据基本吻合,仅在青藏高原南部和北部两个区域存在偏差.与原始GLDAS数据相比,TVDI反演的土壤含水量数据具有更高的分辨率(分辨率为1km),在时间尺度上,可以反演逐月的土壤水分.

可生物降解螯合剂GLDA和磷素活化剂促进东南景天提取土壤重金属的潜力

植物提取是重金属污染土壤的植物修复技术中去除重金属最具前途的方式之一。为了进一步提高植物对重金属的提取效率，向土壤施加螯合剂增加土壤重金属的可溶性，促进植物对重金属的吸收和积累，该技术被称为螯合诱导植物提取技术。EDTA（乙二胺四乙酸）由于其较强的络合能力，是目前常用和研究较多的螫合剂。但EDTA在环境中不易被生物降解，施入土壤的EDTA有着较长的残留效应，因此施用EDTA存在潜在的环境风险。

GLDAS和CMIP5产品的中国土壤湿度-降水耦合分析及变化趋势

利用GLDAS同化产品和12个CMIP5模式的输出结果,从土壤湿度对降水影响的两个中间环节出发,通过分析陆面耦合指数ILH、潜热通量—抬升凝结高度耦合指数ILCL以及抬升凝结高度ZLCL间接研究中国区域土壤湿度与降水间耦合特征,并对1958～2013年及RCP4.5辐射强迫情景下50年（2006～2055年）的4个代表性区域夏季耦合强度的年代际变化特征进行分析。研究发现：1958～2013年期间,内蒙古阴山山脉附近、新疆和青海的部分地区为夏季中国土壤湿度与降水耦合的最强区域;陆面耦合指数ILH变化幅度从高到低依次出现在华北、华南、内蒙古中部和西北地区,并在20世纪70年代中到80年代中发生转折。2006～2055年的平均而言,预估内蒙古阴山山脉附近仍为耦合最强区;与历史时期（1958～2005年）比较,新疆中部和内蒙古阴山山脉附近的耦合指数ILH增大,而广西和广东地区的则减小;对于耦合指数ILH的年代际变化（2006～2055年）,2026～2035年间华北最大而华南最小,西北地区变化不大,而内蒙古中部地区的耦合强度逐渐增大。

利用GRACE及气象数据评估GLDAS水文模型在青藏高原的适用性

以青藏高原地区为研究背景,以评估水文模型在该区的影响因素、改善条件及其整体适应性为研究目标,利用GRACE重力卫星对比水文模型模拟的陆地水变化,以及地面气象实测数据对比降雨与温度两项重要指标,采用相关与误差分析法评价水文模型输入参数,将其作为模型预测数据与实际观测数据进行对比分析。结果表明,GLDAS/Noah各项指标与GRACE更为相近,降雨与气温数据除夏冬两季存在幅值差异外,整体上周年幅值与相位都存在较高NSE系数,表明GLDAS模型的降雨及气温输入参数与地面观测数据有较高的一致性。

CLDAS和GLDAS土壤温度数据在陕西省的适用性评估

利用陕西省2016年97站逐日5cm土壤温度观测数据,结合相关系数、平均偏差和均方根误差等统计参数,评估了中国气象局陆面数据同化系统CLDAS2.0和美国全球陆面数据同化系统不同陆面模式(Noah-GLDAS2.1,Noah-GLDAS1,CLM-GLDAS1)土壤温度数据在陕西省的适用性。结果表明:(1)CLDAS2.0在陕西省的相关系数最高,均方根误差最小,Noah-GLDAS2.1次之,Noah-GLDAS1最差。(2)从陕西省3个区域的时间演变序列的分析可以看到,CLDAS2.0和Noah-GLDAS2.1能很好模拟出土壤温度的季节变化以及日变化,Noah-GLDAS1、CLMGLDAS1对于日变化的模拟较差,且前两者偏差也明显小于后两者。(3)Noah-GLDAS2.1在陕北与关中地区土壤温度模拟能力与CLDAS2.0相差无几,但在陕南地区CLDAS2.0要好于Noah-GLDAS2.1。总体来看,CLDAS2.0对陕西省土壤温度模拟能力最好,在陕西省有着更好的适用性。

基于GRACE和GLDAS的长江下游陆地水储量变化预测

利用GRACE重力卫星数据反演2002—2015年间长江下游陆地水储量变化,与GLDAS模型模拟陆地水储量从趋势性和相关性两方面进行对比分析,并利用长系列GLDAS模拟水储量和两者间函数关系,建立改进灰色-马尔可夫模型预测长江下游地区未来陆地水储量变化.结果表明:GRACE重力卫星数据反演的陆地水储量变化和GLDAS模型模拟的陆地水储量变化趋势一致,均有微弱增长趋势,最小二乘拟合相关系数为0.79,两者间具有强相关性;利用改进灰色-马尔可夫模型预测长江流域下游地区2016年和2017年陆地水储量变化区间分别为(7.37,cm,12.05,cm]和(7.29,cm,11.25,cm],2016年预测结果与实际情况一致,结果表明区域将会出现连续丰水状态,极有可能导致洪涝灾害发生,未来防洪治涝形势严峻.

螯合剂GLDA对土壤Cr的淋洗修复研究

采用螯合剂GLDA(谷氨酸,N,N-乙酰乙酸四钠)对Cr污染土壤进行批次淋洗,考察不同浓度和pH值的GLDA对土壤中Cr淋洗的效果,并比较GLDA与乙二胺四乙酸(EDTA)的淋洗差异,筛选优化GLDA淋洗土壤中Cr的过程中淋洗时间、水土比和淋洗次数等条件。结果表明:在低浓度时GLDA去除土壤中Cr的效果明显优于EDTA,当GLDA浓度为0.70%时淋洗率达到最高,为67.59%。在酸性和碱性条件下,GLDA与EDTA淋洗效果差异不显著。优化得出的最佳淋洗条件为淋洗时间24 h,水土比25:1,淋洗次数2次。对土壤中Cr进行形态分析发现,GLDA可以有效去除弱酸提取态以及可还原态的Cr,部分去除可氧化态的Cr,有效地降低土壤中Cr的毒性和生物有效性。

CLDAS和GLDAS土壤湿度资料在黄土高原的适用性评估

本研究基于2011～2013年3～9月CMA陆面数据同化系统(CLDAS)和全球陆面数据同化系统(GLDAS) Noah陆面模式提供的表层10 cm土壤湿度数据,以国家气象信息中心提供的站点土壤湿度观测资料为参考,通过对比分析两套模拟数据在黄土高原区域的时空差异,并分别计算其与观测资料的相关系数(Corr)、平均偏差(MBE)和均方根误差(RMSE)等统计特征值,就两套模拟数据在黄土高原地区的适用性进行综合对比和评估,旨在选出一种适用于研究黄土高原地区土壤湿度时空特征的大范围、长时间序列的替代资料。结果显示:(1)两套陆面模式资料均能较好模拟黄土高原地区土壤湿度的空间变化特征,主要呈现出从西北向东南和西南增加的趋势,其中CLDAS具有较高的空间分辨率,能够较好刻画研究区细部特征;(2)从站点角度的统计特征值来看,两套资料的Corr值普遍偏高,CLDAS有71%和63%的站点分别达到极显著和显著差异水平,而GLDAS的略低,分别为70%和62%;研究区内各套资料的MBE和RMSE分布均类似;正负偏差站点个数相差不大,分布区间主要为-0.05～0.05,其中CLDAS有26和32个站点分别处于-0.05～0和0～0.05之间,而GLDAS则为28和24; GLDAS的RMSE主要集中在0.05～0.07之间,而CLDAS绝大部分低于0.05;(3)从时间序列来看,GLDAS资料与实测最为接近,但在春季存在一定程度的偏干情况,偏干程度小于CLDAS;(4)从整个研究区土壤湿度的模拟状况来看,GLDAS的Corr、MBE和RMSE值分别为0.821、0.0126和0.0221,较CLDAS资料具有更小的平均偏差、均方根误差和更大的相关系数。总体来说,两套陆面模式资料在黄土高原区域土壤湿度模拟上均存在各自的优势,均可作为土壤湿度观测的替代资料,对于土壤湿度研究和业务应用都具有积极的意义。

WRF和GLDAS降水数据在黑河上游山区流域的比较与分析

参考黑河上游4站点的观测数据,用包含多统计指标的全面评价方法评价了2004-2009年WRF制备的5 km,1 h降水数据和空间插值后的5 km,3 h GLDAS降水数据。结果表明两者对降雨的时空分布表现均优。 WRF产生的〈1 mm和〉8 mm降水的总日数、总量更符合实际降水情况,但缺少1～8 mm的降水,春季降水峰值偏大,总降水日数偏少。 GLDAS降水和观测的相关系数更高,但年降水量偏少；〈1 mm降水日数、总量过多,〉2 mm降水日数偏少,春季降水峰值过大。由此两组数据驱动模型模拟时,需考虑数据本身的特点,同时黑河流域仍迫切需要更精确的降水数据。

GLDAS月气温数据在中国区的适用性评估

鉴于全球陆面数据同化系统（GLDAS）已广泛应用于全球变化与水循环研究中,以气温逐月变化趋势、相关系数、平均偏差和平均绝对偏差等指标,评估了1979~2012年间GLDAS五套气温数据在中国区的数据质量时空间分布特征。结果表明,GLDAS气温数据与实测气温数据相比,总体误差较小,相关性较好,但不同时段数据质量有所不同。其中各套数据在1979~1982年质量最高;GLDAS-1气温数据在2000~2006年有严重问题,相关系数明显偏低;GLDAS-2/NOAH则在2008~2009存在一定异常;各套数据中,GLDAS-1/NOAH、GLDAS-1/MOS与GLDAS-1/VIC三者精度一致,GLDAS-1/CLM数据质量最差,而GLDAS-2/NOAH数据在一致性、趋势性特征描述、季节稳定性等方面优于其他几套数据;各套GLDAS气温数据在湿润区的描述能力明显高于干旱区。

GLDA对狼尾草镉吸收、富集及转运能力的影响

【目的】探究可降解螯合剂谷氨酸二乙酸四钠(GLDA)以不同浓度施加时,对狼尾草镉(Cd)吸收、富集及转运的影响,为充分利用螯合剂与植物联合修复Cd污染的土壤提供科学依据。【方法】以狼尾草为试验材料,采用盆栽试验法,分析不同浓度GLDA[0(对照)、1、2、3、4和5 mmol/kg]处理下狼尾草生长特性、生理指标及狼尾草各部位对Cd的富集量,并进行GLDA浓度与狼尾草理化性质的相关性分析。【结果】与对照相比,随着GLDA浓度的增加,狼尾草株高、根长和总生物量均呈先升高后降低的变化趋势,在GLDA浓度为2 mmol/kg时分别增加8.23%、4.41%和7.75%;狼尾草叶绿素a含量、总叶绿素含量和叶绿素a/b也呈先升高后降低的变化趋势,在GLDA浓度为2 mmol/kg时达最大值,分别为对照的1.16、1.09和1.19倍。在GLDA处理下狼尾草富集系数(BCF)与对照相比明显升高且表现为根>叶>茎;在GLDA浓度为2 mmol/kg时,狼尾草转运系数(TF)高于1.00,植物修复系数(PRF)达最大值,为1.93。相关分析表明,螯合剂GLDA处理浓度与狼尾草株高、叶绿素含量、地上部生物量及地下部生物量呈极显著负相关(P<0.01,下同),而与地下部Cd含量呈极显著正相关。【结论】低浓度GLDA可通过促进狼尾草叶绿素的生成提高光合效率,促进其生长,提高其富集及转运能力,高浓度则抑制狼尾草生长。GLDA对狼尾草修复Cd污染的最适浓度为2 mmol/kg,可显著提升狼尾草修复Cd污染的效率。

基于GRACE和GLDAS的塔里木河流域地下水储量演变规律研究

塔里木河流域位于中国西北干旱区,降水稀少,生态脆弱,水资源是维系当地社会经济发展和生态健康的关键因素。文章利用GRACE重力卫星数据和GLDAS全球陆面同化系统数据识别了塔里木河流域2003~2019年地下水储量变化,并分析其时空分布规律。结果显示,2003~2019年间塔里木河流域地下水储量整体呈下降趋势,速率为-2.13 mm/a。在空间分布上,由北向南,地下水储量的下降降幅逐渐减少,天山南坡中段地区地下水亏损最大,而塔里木河下游地下水储量稳步回升,与近十多年的应急生态输水有关。此外,塔里木河流域地下水储量变化与年降水量存在比较一致的年际变化特征。2004、2006~2009年降水量偏少,地下水储量显著减少,降水量多的年份,地下水储量出现回升。基于GRACE和GLDAS的地下水储量分析方法对于对监测缺乏地下水站网的塔里木河流域地下水资源具有较大应用潜力。

可生物降解螯合剂GLDA土柱淋洗修复镉锌污染土壤

为了降低重金属污染土壤的风险,需要研究有效的修复技术.采用可生物降解螯合剂谷氨酸N,N-二乙酸(GLDA)为淋洗剂,通过开展土柱淋洗实验,考察了GLDA对Cd和Zn的修复效果和对土壤理化性质的影响.研究结果表明:GLDA对Cd、Zn的淋出率(61.7%、22.3%)与乙二胺四乙酸(EDTA)的相近,酸可提取态和可还原态的Cd和Zn显著减少,Cd、Zn迁移性和环境风险有效降低.FeS沉淀淋洗液中的Cd和Zn,可以实现GLDA回收利用,再生与新鲜的GLDA对Cd、Zn具有相近的提取能力.GLDA淋洗后采用水冲洗土壤,可以减少GLDA的使用量,也会降低GLDA在土壤中的残留.GLDA淋洗对土壤pH、速效磷、速效钾均有不同程度的改变,并显著增加土壤细颗粒的比例,对土壤结构和质地会造成一定的影响.

基于GLDAS-Noah模型的闽江流域实际蒸散发评估

以亚热带季风区的典型流域—闽江流域为研究区域,根据Penman-Monteith(P-M)公式和双作物系数法,计算了闽江流域内8个气象观测站点的实际蒸散量,并评估了GLDAS-Noah实际蒸散产品在闽江流域的适用性。在此基础上,基于GLDAS-Noah实际蒸散发数据,解读了2000—2019年闽江流域的实际蒸散量的变化特征。结果表明:①GLDAS-Noah实际蒸散发数据在闽江流域的适用性较好(R^(2)>0.9,NSE>0.8);②2000年以来闽江流域的实际蒸散发呈增加趋势(3.86 mm/a,P<0.01),且存在显著的季节差异,表现为冬季和春季的增加速率要大于夏季和秋季;③闽江流域冬季和春季蒸散发增加与气温密切相关,冬季蒸散发与冬季气温呈微弱正相关(R=0.27),春季蒸散发的增加与春季升温密切相关(R=0.79)。

基于GLDAS产品的青藏高原土壤湿度特征分析

选取青藏高原中部那曲地区10个试验点2010年8月至2012年12月的土壤湿度数据与全球陆面数据同化系统(GLDAS)中4个陆面过程模型(NOAH、CLM、VIC、MOSAIC)模拟得到的土壤水分产品进行对比分析,发现NOAH陆面模式资料在青藏高原适用性较好。采用中国科学院青藏高原研究所那曲站10个试验点观测土壤湿度资料和长时间序列的GLDAS陆面模式资料研究青藏高原地区不同深度土壤湿度的时空分布特征。结果表明:那曲地区土壤湿度呈现显著的季节变化特征,一年之中出现两个峰值和两个低值阶段。基于NOAH陆面数据同化产品发现青藏高原土壤湿度的空间分布呈现明显的纬向分布特征,随纬度的升高,土壤湿度值降低;同时,青藏高原中部浅层土壤和中间层土壤湿度有变湿的趋势。0~10 cm、10~40 cm、40~100 cm土壤湿度EOF展开第一模态(EOF1)在高原北部及南部呈反位相分布。

基于GLDAS-NOAH的长江流域蓝绿水资源时空变化特征

基于GLDAS-Noah水文模型,模拟长江流域蓝绿水资源量,并揭示其时空变化特征。结果表明:2000—2019年长江流域多年平均蓝水资源和绿水资源分别为420.24 mm和686.95 mm,绿水资源约是蓝水资源的1.62倍。近20 a来长江流域蓝水资源、绿水资源和绿水系数呈不显著增加趋势,2000—2019年蓝水资源与绿水资源变化速率分别为3.26 mm/a和2.27 mm/a。从年内分配上看,蓝绿水资源在7—8月份较多,占全年的29%~32%;在1—2月份较少,占全年的5%~6%。从空间分布来看,蓝水资源呈现东南高西北低的分布格局,绿水资源呈现东高西低的分布格局,而绿水系数呈现西北高东南低的分布格局。科学全面评价蓝绿水资源可以为优化水资源利用模式、提高水资源利用效率提供科学依据。