基于BP人工神经网络的海水水质综合评价

为了能够客观地对海水水质进行综合评价,在分析人工神经网络概念和原理的基础上,从阈值角度出发,通过对各类海水水质污染指标浓度生成样本的方法,生成了适用于BP人工神经网络模型训练的样本,并应用基于误差反向传播原理的前向多层神经网络,建立了用于海水水质评价的BP人工神经网络模型。将该模型用于渤海湾近岸海域水环境评价,通过模型的计算,得到该海域的水质类别。结果表明,2004-2007年,渤海湾近岸海域污染指标总体上在河流丰水期时比枯水期时高,2005年和2006年污染较为严重,2007年有所好转。经训练的评价模型应用于实例的评价结果表明,该模型设计合理、泛化能力强,对海水水质评价具有较好的客观性、通用性和实用性。

石油对翅碱蓬生长及生理特性的影响

通过盆栽试验,测定不同石油浓度下翅碱蓬的生长生理指标及土壤中石油含量的变化,研究石油对翅碱蓬萌发、生长、生理特性和抗氧化酶系统的影响及翅碱蓬对土壤中石油的降解。结果表明,随着石油含量的升高,翅碱蓬种子发芽率、苗高、苗重和苗中叶绿素、粗蛋白含量逐渐下降,电导率上升,石油浓度在5000mg.kg-1以上,影响显著。石油对翅碱蓬糖的合成有明显抑制作用。当石油浓度为1000~5000mg.kg-1时,翅碱蓬抗氧化酶能够快速、长效地提高活性来抵御逆境,使其不受到伤害或减轻伤害,可溶性蛋白保持在高水平;当石油浓度达到10000mg.kg-1时,抗氧化酶系统迅速作出反应,酶活性急剧提高,但因毒性超出了其可以承受的范围,而无法维持较长时间,随后会降至对照组以下,同时可溶性蛋白也急剧下降,仅为对照组的9。石油浓度为1000~5000mg.kg-1时,石油去除率在63.53~83.21,达到10000mg.kg-1时,则下降到40.14。

双台河口翅碱蓬生长与根、茎、叶碳、氮的分配

生物个体生长过程是其同化作用和异化作用过程中物质和能量吸收、转运、储存、排出平衡的综合结果,体现了生物对其生存环境的适应。对采集于双台河口潮滩湿地的翅碱蓬(Suaeda heteroptera)进行株高和根、茎、叶碳、氮含量测定的结果显示,以AIC_C和adj-R^2为准则选择的翅碱蓬株高生长模拟方程为Logistic方程。采用多模型推断确定的双台河口翅碱蓬平均理论渐近株高H_∞为(38.11±2.59)cm。翅碱蓬根、茎、叶碳含量分别为(37.92±4.40)%、(39.98±3.12)%、(28.27±3.41)%;氮含量分别为(0.68±0.35)%、(0.94±0.31)%、(1.26±0.19)%。仅根碳、氮含量与株高间呈显著负相关生长关系。翅碱蓬根碳、氮相对含量分别为97.8±2.1、90.2±9.2,与株高(8.1—36.6 cm)相比,翅碱蓬根碳、氮积累可能受到了环境条件限制。

基于包络线法的滨海滩涂PLSR盐分模型研究

以辽河三角洲滨海湿地滩涂为研究区域,首先利用8种常用光谱变换方法和包络线法进行光谱特征分析,发现光谱数据经包络线法去包络后与盐分含量的相关性显著提高,并确定其对盐分敏感的最佳波段,利用PLSR建立敏感波段的土壤盐分反演模型。研究表明,模型由于保留了对土壤含盐量贡献大的波段,反演精度较高,同时减少了计算量。

不同进水有机物浓度下移动床生物膜反应器(SBMBBR)脱氮除磷特性

考察了不同进水有机物浓度下厌氧/好氧序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)污染物去除特性,实验结果表明,SBMBBR能够实现低碳源污水中氮和磷的同步去除,在进水TN和TP浓度分别为116.7 mg.L-1和11.5 mg.L-1、COD浓度为456 mg.L-1的条件下,TN和TP去除率分别达到94.3%和92.2%以上.反应器除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程实现的,脱氮主要是基于好氧段发生的同时硝化反硝化(SND)作用而完成.由于生物膜内部存在的DO扩散梯度,在好氧阶段混合液DO浓度不断提高的条件下反应器内具有良好SND反应的发生.进水COD浓度由149 mg.L-1提高至456 mg.L-1的过程中,反应器硝化效果不变,反硝化和除磷效果改善.反应器在好氧阶段pH值基本维持在7.0—7.1之间,为各类菌群的生长创造了条件.碱度变化较pH值更能反映硝化和反硝化反应发生的程度.反应器中微生物相丰富,生物膜以丝状菌为骨架,其上附着大量的球状菌和杆状菌,而悬浮活性污泥中丝状菌较少,形成了由细菌、真菌到原生动物和后生动物的复杂的生态体系,为系统取得稳定的污水处理效果提供了有效的保证.

水培翅碱蓬对重金属吸收的研究

由于人类活动以及工业化的迅速发展,滩涂湿地正在遭受前所未有的污染和破坏,其中重金属污染是主要污染问题之一。生物修复技术是近年发展起来的新型环境污染治理方法,它在去除污染的同时还具有较高的环保价值,因此受到人们的广泛关注。以中国北方滩涂湿地的优势种植物翅碱蓬(Suaeda heteroptera kitag)为研究对象,通过测定翅碱蓬体内重金属的含量,分别探讨了翅碱蓬对单一Cu、Zn、Pb、Cd及Cu和Zn、Pb和Cd混合重金属的吸收规律、翅碱蓬不同部位对Cu的积累特性。实验结果表明,翅碱蓬对Cu、Zn、Pb、Cd的最大吸收速率分别为31、101、34、62mg/(kg.d);Cu的存在,促进了翅碱蓬对Zn的吸收,翅碱蓬各部位对Cu的积累量大小为根>茎>叶。

翅碱蓬-沙蚕对Cu污染沉积质理化性质的影响研究

以中国北方滩涂湿地的优势种植物翅碱蓬(Suaeda heteroptera Kitag.)和优势多毛类动物双齿围沙蚕(Nereis succinea)为实验对象,以向沉积质中添加Cu2+来模拟重金属污染,通过盆栽实验,分别测定翅碱蓬、沙蚕及两者混合培养对Cu污染沉积质的pH、氧化-还原电位(Eh)、总氮含量、总磷含量及脱氢酶活性的影响,研究它们对Cu污染沉积质理化性质的改善作用。结果表明,翅碱蓬、沙蚕对Cu污染沉积质理化性质的影响与Cu处理浓度有关。翅碱蓬-沙蚕体系对Cu污染沉积质理化性质的影响与两者单独作用时均不同,且对不同Cu处理浓度沉积质的影响效果也不尽相同;总体来看,对于Cu污染沉积质,翅碱蓬-沙蚕体系可促使pH升高,Eh下降,总氮含量升高,脱氢酶活性升高,而对总磷含量的影响不明显。

基于GIS的双台子河口潮滩湿地翅碱蓬和芦苇生境适宜度分析

计算生境适宜指数可以实现生境质量量化。利用GIS空间分析中的反距离权重插值法对双台子河口潮滩湿地土壤质量因子和土壤污染因子进行空间插值,并依此进行生境适宜性等级划分。结果表明,双台子河口潮滩湿地研究区域内大部分区域均适合翅碱蓬和芦苇生长,由于土壤水分和盐分含量的限制,属于翅碱蓬和芦苇生长次适宜生境和边缘生境,仅有少量区域属于翅碱蓬生长核心生境,而在潮间带区域没有芦苇生长核心生境。

循环海水养殖系统硝化滤器中氨氧化微生物分析

研究循环水养殖硝化滤器载体上附着生物膜的微生物群落结构可以为提高其处理速率和效率,并为特异性工程菌构建提供依据。采用改良的AFLP方法分析了循环水养殖硝化滤器载体上附着的氨氧化细菌16S rRNA基因和氨单加氧酶amoA基因片段及其系统发育情况。结果表明:分析16S rRNA基因得到的序列片段比分析amoA基因片段得到了更多信息,准确度较高,可作为分析循环水养殖硝化滤器氨氧化菌群组成的有效方法。克隆测序所得序列与网上公布数据比对,可见存在于循环水养殖硝化滤器载体上的氨氧化细菌与Nitrosomonas cryotolerans、Nitrosomonas oligotropha、Nitrosospira tenuis、Nitrosomonas marina相似度达100%,与Nitrosomonas aestuarii相似度为87%。大部分属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),仅少数序列属于亚硝化螺菌属(Nitrosospira)。采用16S rRNA基因和amoA片段分析方法得到的附着于封闭循环海水养殖硝化滤器载体上的氨氧化细菌主要为变形菌(Proteobacteria)的β-亚类的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和少量的亚硝化螺菌属(Nitrosospira)氨氧化细菌,以及一定数量的γ-亚类氨氧化细菌。

牙鲆养殖循环系统中3种硝化作用滤器性能的比较

通过测定牙鲆Paralichthys olivaceus养殖循环水中总氨氮、亚硝酸态氮和硝酸态氮的含量，了解以塑料环、火山石和牡蛎壳为载体的3种硝化滤器生物膜的熟化情况；调节循环水流量，使硝化滤器水力停留时间分别为5、15、20、30、60min，比较氨氮去除率，得到实验条件下3种载体硝化滤器的最佳水力停留时间，并在此条件下，投加NH4Cl，使循环养殖水中总氨氮浓度分别为1、3、5mgCL，测定水中总氨氮随时间的变化，研究氨氮去除动力学规律，计算硝化滤器的去除效率。结果表明：附着于3种载体上生物膜的熟化时间约为25d；塑料环上异养菌和硝化菌数量均为最高，氧化还原反应最活跃，火山石次之，牡蛎壳最低；3种载体硝化滤器的最佳水力停留时间为20～30min。氨氮负载为1mg／L时，12h内氨氮去除为0级反应；氨氮负载分别为3mg／L和5mg／L条件下，24h内氨氮去除为0级反应。氨氮负载越大，氨氮去除速率就越大。在氨氮负载为1、3、5mg／L时，5种载体的氨氮去除效率分别为17．5l～16．39、36．39～33．04、58．96—53．25g／（m^3·d）。

化学水浴沉积制备三维V2O5薄膜电极及其电容性能

采用化学水浴沉积法在泡沫镍表面原位生长V_2O_5薄膜,以扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征电极的形貌和晶体结构,采用氮气物理吸脱附测量样品的比表面和孔分布。形成的斜方晶系V_2O_5呈现三维花状形貌,比表面和平均孔径分别为68.7m^2/g和7.2nm。采用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电技术考察了V_2O_5薄膜电极在3mol/L KNO_3溶液中的电化学电容性能。结果表明,三维花状结构形成的较大的比表面和大孔隙使得电极具有较好的赝电容性能,在电流密度为1,2和3 A/g时比电容分别达到392,338和276F/g,且具有良好的循环稳定性。

不同C/N对气升式内循环膜反应器的脱氮除磷的影响

提出了一种新型的气升式内循环膜反应器的设计构想,利用曝气来实现混合液在厌氧区和好氧区的循环,采用变液位间歇交换模式在厌氧区创造厌氧、缺氧交替环境,通过加强反硝化除磷过程实现污水同步脱氮除磷。对气升式内循环膜反应器进行了初步的研究,考察了不同m(C)/m(N)对脱氮除磷的影响。结果表明,在高的m(C)/m(N)(有机碳源和无机氨氮的质量比)条件下,TN、COD和PO43--P的去除率可以分别达到85%、95%和95%,该反应器需要高含量的碳源;在周期试验表明该反应器中具有反硝化聚磷菌,并且了解到了TN、COD和PO43--P等污染物的去除过程。

翅碱蓬生态化学计量内稳性对模拟氮磷沉降的响应

生物有机体元素组成内稳性是生态化学计量学核心概念之一,研究植物N、P生态化学计量内稳性及N、P分配可以明确其生态策略和适应性、竞争性。采用室内盆栽方法,研究了翅碱蓬(Suaeda heteroptera)N、P内稳性与生长对模拟N、P沉降增加的响应。结果表明,N沉降增加情况下,翅碱蓬吸收积累N表现为"绝对"的生态化学计量内稳性;P沉降增加情况下,翅碱蓬吸收积累P呈现一定的生态化学内稳性,调节系数HP为0.754,HN∶P为0.792。N沉降增加促进了翅碱蓬积累P,翅碱蓬生长可能受N限制。N、P沉降增加情况下,翅碱蓬株重、P吸收积累量与株高间均表现为异速生长。N沉降增加,翅碱蓬株重生长比株高快,P积累相对减慢。P沉降增加,翅碱蓬株高生长比株重快,P积累也相对更快。

双台河口潮滩湿地不同植被沉积物脲酶、蛋白酶、磷酸酶活性及其与氮、磷含量关系

土壤中生物胞外酶参与土壤中有机物周转和营养物质循环，其活性是土壤中生物群落代谢需求和有效营养物质的直接表现。以2012年7月、9月和11月对双台河口滨海湿地野外调查获取的数据为基础，研究了生长不同植被的沉积物（土壤）脲酶、蛋白酶、磷酸酶活性及其与氮、磷含量的相关关系。翅碱蓬或芦苇单独生长区脲酶活性7月＞9月＞11月；翅碱蓬和芦苇混合生长区脲酶活性9月＞7月＞11月；芦苇、苣荬菜、艾蒿混合生长区脲酶活性9月＞11月＞7月。翅碱蓬单独生长区、翅碱蓬和芦苇混合生长区以及芦苇、苣荬菜、艾蒿混合生长区蛋白酶活性9月＞7月＞11月；芦苇单独生长区蛋白酶活性9月＞11月＞7月。翅碱蓬单独生长区、芦苇单独生长区磷酸酶活性7月＞9月＞11月；翅碱蓬和芦苇混合生长区磷酸酶活性9月＞11月＞7月；芦苇、苣荬菜、艾蒿混合生长区磷酸酶活性9月＞7月＞11月。除少数样点外，不同土层的脲酶、蛋白酶和磷酸酶活性0～10 cm土层＞10～20 cm土层＞20～30 cm土层。脲酶活性与土壤全氮含量正相关，蛋白酶活性与氨氮含量正相关，磷酸酶活性与速效磷含量正相关。河口滨海潮滩湿地生长不同植被的沉积物（土壤）脲酶、蛋白酶、磷酸酶活性不同，存在季节差异，且与沉积物中不同形态的氮、磷含量存在正相关关系。

零价铝在碱性条件下还原吡虫啉

采用零价铝(ZVAl)在碱性条件下直接还原吡虫啉,考察了NaOH浓度、反应时间、温度对吡虫啉降解的影响。使用高效液相色谱仪(HPLC)检测。加入过量ZVAl和NaOH的水溶液中,吡虫啉的降解率随NaOH浓度的升高而增大,随反应时间的增长和温度的升高,吡虫啉的降解率增大。采用高效液相色谱-质谱联用仪(HPLC-MS)检测,结果表明吡虫啉的可能降解产物为1-(6-氯吡啶-3-甲基)-2-亚硝基亚氨基吡咯烷、1-(6-氯-3-吡啶甲基)-2-咪唑、2-氯-5-乙基吡啶和2-氯-5-甲基吡啶,并对产物的降解途径进行了分析。

铁路沿线沙区段植冠种子库对土壤种子库的补充及其种子活性变化

通过野外监测和模拟试验,研究了铁路沿线沙区段3种沙生植物未埋藏直立植株个体的植冠种子库种子的季节脱落动态、植冠种子库对土壤种子库的补充动态及植冠储藏种子的活力和萌发特性。结果表明,(1)在风季即将结束生长季即将开始的时候,铁路沿线沙生植物差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)的植冠种子库存留着最多的瘦果与头状花序,表现出将种子的脱落延迟到风季结束及雨季来临时的特点。推迟脱落传播体的时间表现为差巴嘎蒿大于冷蒿(A.frigida)和万年蒿(A.gmelinii),即随着沙丘流动性的增强,植冠种子库推迟脱落种子的程度逐渐增强。(2)植冠种子库对植株周围的土壤种子库起到补充作用,且差巴嘎蒿植冠种子库对土壤种子库的最大补充出现在风季结束雨季开始时期(种子成熟翌年5月)。(3)在风季即将结束雨季即将开始时,差巴嘎蒿植冠储藏种子80%以上具有活力,而冷蒿、万年蒿植冠储藏种子中有活力的种子占比不足20%。铁路沿线沙区段沙生植物的植冠种子库使种子的脱落及对土壤种子库的补充避开风季、迎合雨季,减少了由风季风蚀和沙埋所造成的种子损失,实现了种子的持续供应,同时以这种方式将保持活力的种子延迟至条件适宜时脱落并快速萌发,在一定程度上分摊了种群生存的风险,使种群得以持续繁衍。铁路沿线沙区段沙生植物独特的繁殖对策所反映出的生态功能对铁路沿线沙区段的土壤植被恢复研究具有重要的科学指导意义。

催化电解亚氯酸钠制备高纯二氧化氯

采用热分解法在钛金属片表面制得氧化铈(CeO_2)、氧化钨(WO_3)和氧化钌(RuO_2)催化层,以扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征电极的形貌和晶体结构。以该电极为阳极,电解亚氯酸钠制备二氧化氯,考察了不同金属氧化物、反应物浓度、温度和电压等因素对二氧化氯产生的影响。结果表明,氧化钌催化电解亚氯酸钠的活性要远优于氧化钨和氧化铈。当NaClO_2浓度相差较大时,电解得到的二氧化氯浓度也相差较大,但电解转化率相差不大。温度越高,反应转化率和二氧化氯浓度也越高,20,40,60℃下电解0.1mol/L NaClO_2转化率分别为93.5%,98.1%和99.8%,产生的二氧化氯浓度分别达到6 212,6 343和6 618mg/L,在不同电压下电解NaClO_2,电压越高,二氧化氯浓度和转化率也越大,但电压越高,由于副反应的加剧,会导致单位耗电量的大幅增加。与8V下相比,12和15V电压下电解得到的二氧化氯总量分别增加了16.9%和39.3%,但单位耗电量却分别增加了54.5%和190.7%。

2种烷基多环芳烃对仿刺参CYP450和p53基因表达的影响研究

海洋环境中多环芳烃类(PAHs)主要来源于海洋溢油事故以及沿海石油化工企业的废水排放,国内外大量研究发现海洋中的多环芳烃对海洋生物造成了潜在的生态风险。为了揭示不同浓度多环芳烃类污染物对海参的生态毒理效应,将仿刺参(Apostichopusjaponicus)分别暴露于不同浓度的2种烷基多环芳烃3-甲基菲(5、10、100μg·L^-1)和2-甲基蒽(5、10、50μg·L^-1)中,检测暴露3d、7d和14d后,3-甲基菲和2-甲基蒽胁迫下仿刺参CYP450和p53基因的相对表达量。结果表明,3-甲基菲和2-甲基蒽胁迫下,仿刺参CYP450和p53基因的表达均对毒物产生了不同程度的响应。与对照组相比,3-甲基菲各处理组对仿刺参CYP450和p53基因的表达均产生显著的抑制作用(P<0.05);2-甲基蒽各处理组对仿刺参CYP450和p53基因的表达影响作用不同,暴露7d后,2-甲基蒽各处理组对仿刺参CYP450基因的表达表现出抑制作用,对p53基因的表达表现出诱导作用。相同浓度与时间胁迫下,2-甲基蒽对仿刺参CYP450和p53基因表达的影响比3-甲基菲的影响大。上述研究结果表明,3-甲基菲和2-甲基蒽均可不同程度影响仿刺参CYP450和p53基因的表达,且与3-甲基菲相比,2-甲基蒽对仿刺参CYP450和p53基因表达的影响较明显。上述结果为多环芳烃类污染物对仿刺参的生物毒性评价提供了基础数据。

Cu、Cd、Pb在翅碱蓬体内富集动力学研究

采用半静态双箱动力学模型在室内拟合翅碱蓬对三种重金属Cu、Cd、Pb的生物富集过程。在富集过程中通过非线性拟合获得翅碱蓬对三种重金属的吸收速率常数(K_(1))、释放速率常数(K_(2))、生物富集因子(BCF)、以及平衡状态下生物体内三种重金属的含量(C_(max))、生物学半衰期(t_(1/2))等动力学参数。拟合结果表明:Cu在翅碱蓬中富集动力学参数K_(1)、K_(2)、BCF、C_(max)、t_(1/2)的平均值分别为3.111、0.17、6.42、335μg/g、3.66 d。Cd在翅碱蓬中富集动力学参数K_(1)、K_(2)、BCF、C_(max)、t_(1/2)的平均值分别为0.346、0.172、2.26、39.5μg/g、4.03 d。Pb在翅碱蓬中富集动力学参数K_(1)、K_(2)、BCF、C_(max)、t_(1/2)的平均值分别为7.64、0.196、26.88、519.3μg/g、4.45 d。试验发现Pb、Cu在低中高三种浓度下均符合半静态双箱动力学模型,Cd在低浓度时符合双箱动力学模型。此外,翅碱蓬对三种重金属的富集能力排序为Pb>Cu>Cd。

辽东湾河口潮间带沉积物及附近土壤硝化和反硝化强度研究

以流入辽东湾的4条入海河流（小凌河、大凌河、双台子河、辽河）河口处沉积物和大凌河附近的水稻田土、玉米旱地和芦苇湿地为研究对象，采用悬浮液振荡培养法，测定河流沉积物及附近的土壤硝化强度和反硝化强度。结果显示，4种不同河口沉积物的硝化强度和反硝化强度差异显著，硝化强度在1.32~4.89 mgN/kg·d之间，且小凌河＞双台子河＞辽河＞大凌河；反硝化强度在5.44~10.47 mgN/kg·d之间，且辽河＞双台子河＞小凌河＞大凌河。大凌河不同利用方式的土壤硝化强度在1.32~2.92 mgN/kg·d之间，河流沉积物最小，土壤反硝化强度在3.79~7.72 mgN/kg·d之间，水稻田土反硝化强度最大。总体上，研究对象的反硝化强度大于硝化强度，反硝化除氮能力强。研究结果对于评价河口潮间带地区沉积物及土壤的氮素转化能力有重要参考。