生活水源的稳定氢氧同位素和水化学特征——以天津市为例

通过稳定氢氧同位素结合水化学的方法,在2017年采集天津市主要区(县)自来水的基础上,于2019年重点收集中心城区和西青区的直接供水和二次供水的自来水,分析水样中的稳定氢氧同位素组分和主要阴阳离子质量浓度。自来水中稳定氧同位素δ18O的范围为-4.41‰^-10.06‰,氢同位素δD的范围为-52.4‰^-74.4‰。引江水为水源的自来水中的同位素位于全球大气降水线附近,水库蓄存会导致水中同位素富集;深层地下水为水源的稳定同位素贫化。天津市中心城区、西青、津南、北辰、武清和蓟州的自来水水化学类型为Ca·Mg-HCO3,滨海新区和宝坻的水化学类型为Na·Mg-SO4,宁河的水化学类型为Na-HCO3。天津市自来水的主要阴阳离子质量浓度都符合国家饮用水标准,二次供水对水化学组成无显著影响。引江水的自来水水质较地下水为水源的水质好;滨海新区由于水库蓄存,自来水中Na+和SO42-的离子质量浓度高;宁河区的Na+和蓟州区的NO3-质量浓度高。

城市公园对城市热环境的降温效应——以天津市为例

为了解城市公园对城市热环境的影响,基于Landsat8遥感影像,通过反演天津市区地表温度和分析各公园的缓冲区,研究天津市市内六区公园的特征要素对周围环境的降温效应.结果表明:一方面,不同公园的降温范围、降温幅度和降温速率有所不同,各公园降温幅度与距离均近似成拟合二次多项式.另一方面,不同的公园特征要素对周边环境的降温效应存在差异,其中公园的绿地比例与降温范围、降温幅度和降温速率相关性最大,且二者呈拟合二次多项式.

近25a来天津市海河干流水质的演变特征

选取海河干流天津市区段1986—2009年的5项重要水质指标(氯化物、DO、COD、BOD和氨氮),采用距平法、LOWESS平滑法、Mann-Kendall检验法和Sen方法对其水质变化趋势及特点进行分析,研究近25 a来海河干流水质的演变特征。结果表明:①这4种方法及其结合为水质趋势分析和水质管理提供了一种有效手段,不同方法之间可相互验证、相互补充,共同反映水质的演变规律;②近25 a来,海河干流大致满足其为"备用饮用水源地,工业水源地,市区景观娱乐用水"的水功能区划,5项指标中仅COD呈显著上升趋势,上升速率为0.13 mg/(L.a),氯化物含量和BOD呈上升趋势,DO和氨氮含量呈下降趋势,但都不具有显著趋势。海河干流水质总体相对稳定,没有明显变化。

基于景观格局与生态过程的土地整理生态效应评价——以天津市七里海镇为例

目前,对土地整理项目效益的评价多集中关注于经济效益评价,对生态效应的评价较少,更没有将评价结果应用于土地整理项目的规划设计和实施中。该文从生态系统结构的整体出发,结合宏观的景观格局与微观的生态过程,选取了斑块个数、破碎化指数、景观隔离度、植被覆盖率、生物多样性指数、物质循环速率、干扰频率和土壤质量8个二级评价指标,构建了土地整理项目的生态效应评价体系,运用归一化方法对评价指标量化,并结合天津市七里海镇土地整理项目进行实证研究,结果表明该土地整理项目在景观格局方面得到了较好的优化,斑块个数减少,破碎化指数降低,总体景观隔离度降低,但局部区域由于修建水泥道路导致隔离度增加。在生态过程方面,植被覆盖率提高,但呈现季节性,生物多样性降低,物质循环速率和干扰频率增加,土壤质量有较大提高。总体上,土地整理项目取得了耕地面积和土壤质量改善方面较好的效益,但在生态系统方面受到较大干扰,带来了负效应。今后需要在土地整理项目中从生态学角度进行规划设计,以取得经济、社会和生态综合效益。

煤改气后天津市采暖期大气污染特征的时空分布研究

燃煤供暖被认为是中国北方采暖期大气污染的主要来源之一,因此国家计划以天然气替代燃煤作为取暖燃料以减轻大气污染。基于2016-2017年天津采暖期前后的空气质量监测数据,探究"煤改气"后城市大气污染物的时空分布特征及影响因素,为大气污染治理提供依据。研究表明,煤改气后天津采暖期主要大气污染物有PM_(2.5)、PM10和NO_2 3种,CO日均质量浓度有超标现象发生,SO_2和O_3日均质量浓度均低于二级标准限值。与使用燃煤采暖时期相比,大气中SO_2、PM_(2.5)、PM_(10)和CO的日均质量浓度均有不同程度的降低,尤其是SO2浓度降幅高达70%,但NO_2质量浓度没有有效降低。从日变化特征来看,采暖期PM_(2.5)、PM10和CO的日变化规律受到了采暖活动影响,呈单峰单谷型的变化趋势。NO_2、SO_2和O_3的日变化规律与非采暖期相似,受采暖活动影响较小。由于受供暖和大气逆温层的影响,采暖期晚上至上午时段大气污染物(O3除外)的质量浓度远远高于非采暖期相同时段的质量浓度。天津大气污染物在非采暖期呈现出典型的"周末效应",但是在采暖期没有出现"周末效应"。冬季,周末白天人为活动较工作日更为活跃,与之相对应增加的城镇生活源可能是造成周末白天PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度偏高及"周末效应"消失的主要原因。

基于Exergy天津市生态经济系统可持续发展度量

城市生态系统是复杂的高度人工化的复合生态系统,其正常的运转动力来自于外界能量的输入,Exergy作为热力学指标是指系统从给定状态到与其周围介质达到热力学平衡所需做的最大功,Exergy概念被生态学家借鉴应用于生态系统的研究,使它有了生物学的含义。在分析能量、能值和Exergy概念的内涵及总结Exergy的研究进展的基础上,通过构建城市尺度的能质账户分析模型,对天津市生态经济系统的能质效率进行了分析。将生态热力学的理论应用区域经济地理学定量研究中,结果表明,天津市总体的能质(exergy)输入从2003年的682.5PJ增加到2010年的1254.2 PJ,系统的总能质输出从1 42.0 PJ增加到299.8 PJ,能源输入总量快速增加,但总体的能质效率增加不大,提高资源和能源的利用效率方面还有较大的提升空间,这与采用其他方法的计算结果相一致,在该指标易于理解,可以为政府决策者在制定经济发展战略时提供有效理论支持。

三江平原农田排水期流域水体CH_(4)排放特征及影响因素

在施肥和土壤淋溶等多种因素的影响下,农业流域水体甲烷(CH_(4))的源汇关系尚不明确,目前对于农业流域水体CH_(4)排放的监测和研究仍然不足.本研究选取三江平原的浓江流域为研究对象,利用顶空平衡法和扩散模型法对该流域不同水体的CH_(4)浓度和排放通量进行监测和估算.结果表明:浓江流域水体普遍为CH_(4)的排放源,鸭绿河、浓江河流、沟渠和稻田水体的CH_(4)排放通量范围分别为0.51~99.60、0.97~20.44、4.13~20.90和24.84~58.07mg/(m^(2)·d),且沟渠和稻田水体的CH_(4)排放通量较高,分别为浓江河流的2倍和7倍.在鸭绿河干流和沟渠水体中,CH_(4)浓度与pH值和溶解氧(DO)均呈显著负相关,浓江干流的CH_(4)浓度与DO呈显著正相关.浓江干流和沟渠水体的CH_(4)浓度与溶解性有机碳(DOC)呈显著正相关,表明排水期农业有机肥的使用会促进水体CH_(4)的产生.流经湿地浅水区和受农田施肥影响的河段水体具有较高的CH_(4)浓度和排放通量,表明CH_(4)排放受到了土地利用方式的显著影响.相比于全球其他农业河流,排水期浓江流域河水在排水期具有较高的CH_(4)浓度和较低的CH_(4)排放通量,较低风速缓解了水-气界面的排放.而沟渠水体排水期间较低的CH_(4)排放通量主要受富氧状态的影响.三江平原作为典型的东北黑土农业区,探究其农业流域CH_(4)的产生和排放对于未来区域的碳收支平衡和碳排放评估具有重要意义.

亚热带水田土壤团聚体有机质对长期秸秆还田的响应

为了探究长期秸秆还田处理下土壤团聚体有机碳含量和固碳效率的变化情况,以江西省进贤县稻田红壤为研究对象,分别进行常规处理和常规+秸秆还田处理,利用元素分析仪测定不同粒级土壤团聚体的碳、氮含量,并通过土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)固存量和累积碳投入量计算土壤固碳效率.结果表明:①稻田红壤的优势团聚体粒级为[0.250,2.000)mm,质量占比为40.64%~47.04%.与常规处理相比,常规+秸秆还田处理对各级团聚体的质量占比和土壤团聚体稳定性指标均无显著影响.②相比于常规处理,常规+秸秆还田处理下全土的SOC和总氮(total nitrogen,TN)含量分别显著增加13.60%和10.17%,但全土的C/N以及各级团聚体的SOC含量、TN含量和C/N均未发生显著变化.③相比于常规处理,常规+秸秆还田处理下土壤的SOC固存量和累积碳投入量分别显著增加55.37%和216.76%,但固碳效率显著降低50.85%.综上,在南方亚热带红壤双季稻种植区,秸秆还田有利于SOC的固存,但降低了土壤固碳效率,对土壤团聚体稳定性的影响不显著.

2002—2020年海河流域陆地水储量变化的时空变化特征

为了探究海河流域陆地水储量变化的时空变化特征,基于2002—2020年GRACE(gravity recovery and cli-mate experiment)卫星和GRACE-FO卫星数据,计算海河流域陆地水储量变化,并通过地下水储量变化估值与地下水位变化的相关性分析GRACE/GRACE-FO卫星数据的可靠性.结果表明:①地下水储量变化估值和地下水位变化之间的相关性较强,相关系数r=0.78.②海河流域陆地水储量变化大致呈现自南向北递减趋势;陆地水储量变化的变化速度为-9.80 mm/a.

土壤水分及其垂直分布对内蒙古草原冰草和冷蒿竞争的影响

内蒙古退化冷蒿草原围封恢复演替3—4年,植物群落更替出现半灌木冷蒿(Artemisia frigida)向禾草冰草(Agropyron cristatum)群落突然转变的现象,这对内蒙古草原植被恢复具有积极的作用,但目前关于冰草-冷蒿演替和竞争机制的研究鲜见报道。水分作为草原植被生长的主要限制因子,是影响群落演替的重要因素。气候干旱和过度放牧导致草原土壤水分垂直分布发生明显变化。由于冰草和冷蒿的根系分布深浅不同,土壤水分垂直变化可能会影响冰草-冷蒿的竞争。为探讨土壤水分及其垂直分布对冰草和冷蒿竞争的影响,本盆栽试验设置冰草、冷蒿单种以及混种处理,并进行不同土壤深度(0—30cm,30—60cm)的水分处理(上干下湿、上湿下干、上干下干),结果表明:(1)与冷蒿相比,冰草受土壤水分变化影响显著,相对于上干下干处理,冰草在湿润(上干下湿或者上湿下干)处理的地上、地下生物量均显著增加,而冷蒿没有显著变化;(2)上干下湿和上湿下干处理间,冰草、冷蒿的地上、地下总生物量和根长差异均不显著;(3)不同水分处理,冰草和冷蒿的根系均可分布在30—60cm土壤中,且土壤30—60cm层冰草单种的根生物量和根长显著高于冷蒿单种;(4)相对竞争强度和竞争攻击力系数表明:湿润处理冰草的竞争力大于冷蒿;上干下干处理冷蒿的竞争力大于冰草。土壤水分变化引起冰草、冷蒿的明显竞争,上湿下干与上干下湿处理间冰草与冷蒿竞争力差异不显著。由于冰草和冷蒿均为多年生物种,冰草-冷蒿的竞争实验仍需在今后的研究中反复地验证。

京津冀城市群水资源循环经济发展的障碍因子分析

水资源是城市群经济发展、社会进步的重要支撑,稳定优质的水资源对城市的发展十分重要。京津冀地区作为典型的城市密集区,水资源短缺问题十分突出。以循环经济理念为基础,从供水、用水、排水、再生回用4个维度出发,建立京津冀城市群水资源循环经济综合评价指标体系,应用熵权法确定指标权重,利用障碍度评价模型对其障碍因子进行诊断,最后采用ArcGIS进行空间可视化分析。结果表明:工业废水排放量、排水管道长度和人均日生活用水量是影响京津冀城市群水资源高效循环利用的主导障碍因素。其中,北京的障碍因子主要为工业废水排放量和排水管道长度,天津的障碍因子主要为供水总量和新水取用量,河北的主要障碍因子为工业废水排放量、排水管道长度、再生水利用量以及节约用水量。

天津市北京排污河灌区居民头发中重金属特征

以天津市北京排污河污灌区8个乡镇199个居民头发样品和对照区蓟州区6个乡镇93个居民头发样品中重金属的含量为基础,对比分析了北京排污河污灌区当地居民头发中重金属含量特征。研究结果表明,污灌区居民头发中的Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、As的平均含量分别为0.21、16.82、197.29、13.69、2.65和0.62 mg/kg,污灌区居民男性头发中重金属含量高于女性,不同性别居民头发中除Pb的含量差异具有显著的统计学意义(P<0.01)外,其他重金属的差异性不显著(P>0.05)。污灌区居民头发中Cd、Cu、Zn和Cr的含量随着年龄的增长而增加,但在发铅含量随年龄的增加而降低。对照区(蓟州区)不同性别和年龄居民中人发的重金属含量显示与污灌区相同的趋势。与对照区(蓟州区)相比,污灌区居民头发中的重金属含量明显偏高,其中Cd高110%、Cu高20%、Zn高55.9%、Pb高36.6%、Cr高64.6%。对照区和污灌区人发中重金属之间的相关性有明显差异,污灌区人发中Cd与Pb、Cr具有显著的正相关关系,而对照区人发中Cd与Pb、Cr之间呈明显的负相关关系,表明污灌区人发中重金属与对照区有不同的来源,污灌区土壤、农作物中重金属的累积可以通过当地居民人发中重金属含量显示出来。

天津主要水体表层沉积物中重金属污染特征

以天津主要水体（于桥水库、团泊洼水库、海河干流、大沽排污河和渤海湾天津近岸海域）为研究对象，测定了表层沉积物中重金属Cd，Zn，Cu，Ni，Pb，Cr，Mn和Fe的含量，采用潜在生态风险指数（RI）、相对富集系数（REF）和相关分析等方法，研究了沉积物中重金属的污染水平、富集规律和可能来源．结果表明：各水体表层沉积物均以Cd和Zn污染较重，Pb，Mn和Cr污染较轻，污染程度为：Cd〉Zn〉Cu〉Ni〉Pb〉Mn〉Cr．Cd和Zn富集相当严重，REF分别在12．68～43．OO和2．48～14．02之间，Mn和Ni的REF均小于4．不同水体的污染程度存在较大差异，大沽排污河、海河干流属于严重污染，具有严重生态风险（RI〉926）；团泊洼水库和于桥水库属于重度污染，具有重度生态风险（RI=508-621）；天津近岸海域属于中度污染，具有中度生态风险（RI=240）．相关分析的结果反映了Cd，Zn，Cr和Pb等重金属来自人类活动的污染，Mn和Ni则以自然来源为主．

天津典型湿地芦苇种群生产力和氮磷营养结构与环境因子的关系

天津芦苇（Phragmites australis）湿地是东亚—澳大利亚候鸟迁徙必经之地,具有重要的生态功能。近几十年来,随着城市化进程的快速发展和人口的增加,天津地区水体咸化、氮污染等问题严重。调查了天津典型湿地七里海、北大港和大黄堡湿地芦苇种群地上部生物量、形态特征及氮、磷营养状况,探讨其与环境氮、磷营养和含盐量的关系,结果表明：（1）天津典型湿地芦苇种群地上部最大生物量变化范围为978~1 263 g·m-2,并未随样地间含盐量和氮含量等环境因子的变化而显著改变;（2）在最大生物量时期（8月）,北大港湿地芦苇地上部氮含量和氮储量明显低于七里海和大黄堡;8月北大港湿地芦苇叶片氮磷比为12.48,氮限制植物生长;七里海和大黄堡湿地芦苇叶片氮磷比分别为14.89和15.72,氮、磷共同限制植物生长;（3）当前环境压力显著影响了芦苇地上部氮、磷营养状况。底泥含盐量增加可降低芦苇叶片氮、磷含量;随着底泥氮营养的增加,芦苇茎氮含量呈线性增加;而随着底泥磷营养的增加,芦苇叶和茎磷含量并未增加。虽然天津地表水体氮污染严重,但是氮而非磷成为芦苇生长的主要限制因子,天津芦苇湿地仍然具有吸纳环境氮污染物的潜力。

天津滨海地区城市供水调节水库水质咸化原因与改善途径

对天津市滨海地区的北塘水库沉积物（0～40cm）中有机物、全盐量、钠离子和氯离子等浓度进行测定，运用沉积物盐渍化和碱化度（ESP）等方法，探讨滨海地区蓄淡水库水质成化的主要影响因素和改善途径。结果表明：成化浅层地下水的补给是水库成化的重要因素，扩大水源地保护区范围，加强水库周边排沥设施建设，使地下水深度降至水库的临界深度以下，是水库水质咸化首要的改善途径。

咸化水体中DIC的同位素组成及环境过程分析

系统采集了天津地区地表水样品，对其溶解无机碳的稳定碳同位素比值（δ^13CDIC）及相关化学组成进行了全面测定，以期对咸化并且受到污染水体中的溶解无机碳的来源和迁移转化特征进行探讨。研究结果显示，天津地表水中溶解无机碳的δ^13CDIC值主要分布于0.27‰～14.9‰之间，显示了相对较宽的分布范围。同时，天津地表水体具有非常高的溶解无机碳浓度，浓度范围分布于155～1000mg／L之间，主要分布区间为200～500mg／L。从溶解无机碳浓度及其同位素组成特征分析，水体咸化引起的水／气界面的大气CO2气体交换和水体自身有机质降解过程是天津地表水溶解无机碳的两个最主要来源。

天津地区降水和气温的变化趋势及多尺度交叉小波分析

由于降水量和气温的变化对水循环研究与水资源规划和利用具有重要意义，运用线性倾向估计、Mann-Kendall检验和交叉小波的方法分析了1954年—2013年天津地区主要气象站点的年降水量和年均气温．结果表明：天津站点的降水倾向率为-16．92～14．11mm／（10a），年平均气温的线性倾向率为0．181--0．309℃／（10a）；天津地区气温在1954年-1982年波动变化，1982年发生突变呈上升趋势，且在1991年后上升显著；天津地区降水量和气温的周期性具有相似性，降水量和气温在1960年-1970年呈负相关关系，其共振周期高能量区主要分布在1965年前后的2a；天津地区的降水量和气温在多时间尺度上主要呈非线性关系，降水量减少而气温升高，总体呈现干旱化趋势．

天津北大港水库水体的同位素和水化学特征

天津北大港水库蓄水后水质变差,严重影响着水库的安全运行、水资源的合理调配。为研究天津北大港水库水体咸化成因,在2015年丰水期(8月)和枯水期(12月)分别采集河水、水库水和地下水样品,测定水体中的稳定氢氧同位素(δD,δ^(18)O)和水化学组成。结果表明,在丰水期,水体受到强烈的蒸发作用,水体中的稳定氢氧同位素组分比枯水期富集;河水和水库水的水化学类型为Na-Cl(SO_4)型,地下水的水化学类型为Na-HCO_3Cl型。河水和水库水水化学组成受蒸发结晶作用控制,且距海岸越近,水体的电导率越高,同位素越富集。滨海地区的北大港水库,水库水在运移中盐分含量增加,而强烈的蒸发作用加剧了水体中盐分积累,导致水体咸化。需进一步辨析水库咸化的影响因素及贡献,为滨海地区水库管理和运行提供理论基础。

决策树模型在水环境监测网络中选取代表性样点的应用

地表水体中的硝酸盐污染已经成为全球关注的热点环境问题之一。现今,国内外均建立了相关的监测网络对地表水体的水质实施长期监测,但是却导致大量的监测数据累积,给后续的科学研究工作带来了不便,尤其是在庞大的监测网络中如何选取有代表性样点的研究点则成为急需解决的问题之一。以比利时弗拉芒地区地表水的长期监测物理化学指标为例,利用决策树模型评估地表水样点的硝酸盐污染来源专家分类的有效性,为点位优化提供理论依据。原有监测点位的污染源专家分类和模型输出的可匹配率为80%,优化后监测点位从原有47个点降低到30个点,提高了监测工作效率。