基于万维网大数据的农药场地土壤污染快速预测方法研究

及时高效预测和筛查潜在农药污染场地对环境污染风险管控具有重要意义。基于万维网公开的46个农药场地样本数据,利用五分制层次分析法建立农药场地土壤污染快速预测指标体系,包括产品特征、局部气候条件、土壤属性和场地生产特征4个因素及其相应的产品毒性、持久性、气温、降水、风速、光照、土壤质地、土壤pH、有机质含量、生产时间和闲置时间11个特征指标。其中,农药场地生产时间、产品毒性及其持久性指标五分制分级后与农药场地土壤污染均存在显著线性相关性,三个指标不同组合对场地土壤污染的线性综合预测精度小于65%,而基于11个指标的机器学习方法综合预测精度为82%,但存在污染场地严重漏判问题。以综合评价指数值P≥0.6作为农药场地土壤污染的预测阈值,五分制层次分析法综合预测精度达到91%,优于线性预测以及机器学习方法,具有关键数据需求少、预测快速高效特点,体现 “宁严勿漏”的预测原则,可用于各类型农药场地的土壤污染筛查。     

我国农药生产场地污染土壤修复技术研究进展

我国是农药生产和使用大国,随着“退二进三”、“退城进园”等政策的深入实施,在许多城郊等地出现了大量由于企业关闭、搬迁遗留下的农药污染场地,这些场地土壤中残留有高浓度高毒性复合农药污染物,给生态环境安全和人体健康带来了较严重的风险隐患。随着《中华人民共和国土壤污染防治法》的颁布和实施,加速开展针对这类农药污染场地土壤修复技术的研究十分必要和迫切。在介绍农药污染场地现状的基础上,综述了近年来我国农药污染场地土壤物理、化学及生物修复技术的研究进展,指出现有研究的不足,在预测未来修复技术的发展趋势的同时提出了相关建议,以期为我国农药污染场地土壤绿色修复技术的发展提供科学依据。     

持久性有机污染场地土壤淋洗法修复研究进展

持久性有机污染场地土壤淋洗法是污染场地土壤物化修复方法中一种常用的技术。淋洗法是指运用特定淋洗剂对污染土壤进行深度洗涤,通过分离净化淋洗剂,实现回用集成,达到去除土壤中污染物的目的,并最终安全化处置污染物和修复土壤的过程。本文根据污染场地土壤处理位置、淋洗剂种类和淋洗剂施用方式的差异,将持久性有机污染场地土壤淋洗法划分为不同的种类;总结了为达到高效去除土壤中污染物质,可运用多级淋洗方式、超声方式、电动力方式和化学氧化等方式实现强化修复效率;阐述了污染场地土壤质地、污染物性质、淋洗剂性质、淋洗条件优化以及淋洗剂回用效率等因素对淋洗修复整体效用的显著影响;同时指出了目前持久性有机污染场地土壤淋洗法存在的问题和今后国内外研究和应用的方向。综合考虑土壤淋洗修复技术适用范围和成本因素,认为淋洗法是一种较符合我国持久性有机污染场地土壤实情的修复技术,具有较强的针对性和较广泛的运用前景。     

支持向量机在苹果分类的近红外光谱模型中的应用

建立了一套苹果近红外光谱采集装置来减少因苹果的部位差异性而造成的试验误差。采用一种新的机器学习算法——支持向量机(SVM)建立不同产地、不同品种苹果的近红外光谱分类模型。通过选定RBF函数作为核函数，并确定合适的光谱预处理方法和核函数中惩罚系数C、正则化系数γ，使得所建立的不同品种苹果分类模型的回判识别率和预测识别率均达到100%，不同产地苹果分类模型的回判识别率为87%，预测识别率为100%，与传统的判别分析法相比其预测识别精度提高5%左右。结果表明，支持向量机可以建立高精度的苹果近红外光谱分类模型。     

基于VNIR和机器学习算法的原状土剖面Cu含量预测

快速测量土壤剖面重金属含量是评估土壤重金属污染状况并选择相应修复技术的关键。为了探讨可见光-近红外光谱法（Visible and Near-Infrared Reflectance Spectroscopy,VNIR）预测原状土壤剖面重金属含量的潜力,以江西省两个典型工矿厂周边农田土壤为研究对象,共采集了19个深度约100 cm的完整土壤剖面样品,分别测定土壤剖面样品的VNIR数据及其Cu含量。采用偏最小二乘回归法（Partial Least Squares Regression,PLSR）、Cubist混合线性回归决策树（Cubist Regression Tree,Cubist）、高斯过程回归（Gaussian Process Regression,GPR）和支持向量机（Support Vector Machine Regression,SVM）方法研究不同光谱预处理方法对土壤Cu含量预测精度的影响。结果显示,Cubist、GPR和SVM这三种机器学习算法的预测精度普遍高于PLSR,其中一阶导数（First-Order Derivative,FD）预处理的SVM模型预测精度最高（R2=0.95,均方根误差为7.94 mg/kg,相对分析误差为4.34）。这表明利用VNIR和机器学习可以对原状土壤剖面Cu含量进行有效预测,为快速监测Cu及其他重金属含量的相关研究提供参考。     

基于光谱指数与机器学习算法的土壤电导率估算研究

土壤盐分是干旱区土壤盐渍化评价的重要指标。以新疆维吾尔自治区渭干河-库车河三角洲绿洲为例，基于土壤电导率 (Electrical conductivity，EC) 及可见光-近红外 (Visible and near infrared, VIS-NIR) 光谱数据，通过蒙特卡洛交叉验证 (Monte Carlo cross validation, MCCV) 确定364个有效样本。采用原始光谱 (Raw reflectance, R) 及其经过微分、吸光度 (Absorbance, Abs)、连续统去除 (Continuum removal, CR) 等6种预处理后的数据构建光谱指数。基于遴选出的21个最优指数，采用BP神经网络 (Back propagation neural network, BPNN)、支持向量机 (Support vector machine, SVM)、极限学习机 (Extreme learning machine, ELM) 三种算法对EC进行估算，并引入偏最小二乘回归 (Partial least squares regression, PLSR) 进行比较。结果表明：在基于R与6种光谱预处理数据构建的21个最优光谱指数之中，R_FD_RSI (R₁₉₁₃，R₂₁₄₂) 表现最佳 (r = 0.649) ；与PLSR相比，机器学习算法能够显著提高模型的估算精度，R²提高了34.55%。三种机器学习算法模型中，ELM表现最优 (R² = 0.884, RMSE = 3.071 mS?cm^-1, RPIQ = 2.535) 。本研究中所构建的光谱指数在兼顾遥感机理的同时能深度挖掘更多的隐含信息，并且基于机器学习算法的土壤EC估算模型精度显著提高，为干旱区土壤盐分定量估算提供了科学参考。     

土壤入渗积水时间预测模型研究

在室内进行了8种均质土壤入渗积水时间的测定试验。采用不同的变量组合形式、利用数理统计原理对土壤入渗积水时间进行预测。结果表明:(1)用土壤干容重、初始含水量、土壤砂粒、黏粒含量、供水强度等常规土壤物理参数预测入渗积水时间是可行的。(2)多元线性预测模型和多元非线性预测模型的预测精度结果基本相同,只是所得的模型参数不同,多元线性预测模型更简单。(3)在同一预测模型下,考虑的因素越多,预测模型的预测精度相对越高。     

基于模拟退火算法的土壤样点布局和土壤景观模型优化

本研究利用多重线性回归方程,以地形因子为预测变量,构建关于土壤有机质的土壤景观模型,并以西南山地丘陵区的一块面积为2 km2的汇水盆地为研究区,对该区域的土壤有机质空间分布进行预测。在此基础之上,探讨最少可用多少个点来预测土壤有机质的空间分布,并使之预测精度不低于原始集合的精度;同时,找出最优土壤样点布局,确定不同地形部位的取样单元,使之预测精度最高。研究结果表明:在预测误差最小化的情况下,最少可用7个优化的样点就可以代替原始200个采样点,且优化的样点数为124时,模型预测土壤有机质空间分布的精度最高。优化后的土壤景观模型的拟合度比原始模型提高了3.28%,MAE降低了5.3%,RMSE降低了3.94%。     

基于不同协变量Cokriging土壤养分空间预测精度研究——以陕西省蓝田县为例

以蓝田县西北部农耕区2012年1 114份土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾4个指标为基础,利用地理信息系统和地统计学相结合的方法,在对协变量个数控制的前提下,通过交叉检验系数和精度提高系数,探索协同克里格插值法对各土壤养分空间分布预测精度的影响。结果表明:各土壤养分空间分布不均匀,土壤养分存在中等变异性;利用增加协同变量方法,依据协变量之间相关性强弱控制协变量进入模型的次序对各土壤养分指标进行协同克里格插值,能提高预测精度,当协变量个数达到3时,各养分指标精度提高分别为有机质0.353%,碱解氮1.114%,有效磷1.088%,速效钾0.646%。研究结果较为准确地预测了样区4个养分指标的空间分布特征,结合土壤类型及土壤施肥管理方法,探讨了土壤养分空间分布特征的原因。     

土壤污染生态毒理诊断方法研究进展

土壤污染诊断研究对土壤污染预警和土壤污染修复效果评价具有重要的指导意义。近年来土壤污染日趋严重,污染类型呈现出复合型和多样化的趋势,传统的化学诊断法由于指标单一、样品前处理复杂且费用高已不能满足全面诊断土壤污染及评价土壤健康状况的要求。与传统的化学法相比,土壤污染生态毒理学诊断由于其灵敏度高、检测指标多样、响应快且能够从微观角度反映污染物胁迫效应,成为目前土壤污染诊断领域的热点。本文综合分析国内外文献,介绍了基于植物、动物、微生物、细胞、分子等不同层次的诊断方法并对其优缺点作了评价,同时也对其未来发展前景做出了展望。     

Cs对菠菜叶片光合作用影响的研究

为了揭示Cs对植物光合作用的影响机理,本文采用不同浓度的CsCl(0、1、5、10、20 mmol·L-1)和石英砂培处理菠菜幼苗15 d,分析测定了Cs在菠菜中的积累分布以及Cs对菠菜叶片叶绿素含量、光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、类囊体膜电子传递速率、类囊体膜吸收光谱和77k低温荧光光谱的影响.结果表明:Cs处理显著降低菠菜叶片的叶绿素含量;随着Cs处理浓度的增加,尤其在处理浓度大于10 mmol·L-1时,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)以及蒸腾速率(Tr)显著下降;叶片叶绿素荧光参数分析表明,Cs处理浓度大于10 mmol· L-1时,光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心遭到破坏;类囊体膜电子传递活性分析表明高浓度Cs处理抑制PSⅡ放氧侧的电子传递活性;类囊体膜室温吸收光谱和77K低温荧光光谱分析表明高浓度Cs会破坏类囊体膜的结构,导致叶绿素的结合状态受损,从而使类囊体膜光能的吸收、传递和分配受到抑制,并且会导致类囊体膜上PSⅡ和PSⅠ的色素蛋白发生不同程度的降解.本研究可为Cs污染的植物修复提供一定理论依据.     

稀土铽对辣根的生态毒性

研究了稀土铽(Tb)对辣根生理毒性的影响。结果表明,Tb在低浓度范围内,可以诱导叶绿素的合成,高浓度时对其产生破坏作用;对于辣根过氧化物酶,酶活性先升后降;质膜透性、丙二醛含量则呈现先减后增的变化趋势。TbCl3浓度为3mg/kg时各指标达到最值;辣根中毒阈限为10mg/kg左右。通过分析,辣根过氧化物酶对Tb反应敏感,这表明过氧化物酶可能成为研究稀土毒理的生物监测手段。     

农膜污染的防治对策

论述了我国残膜污染的原因、现状及残膜给环境和农业带来的危害 ,并针对目前存在的问题提出了治理对策。     

人工纳米材料对植物—微生物影响的研究进展

随着纳米科技的快速发展和纳米产品的广泛使用,人工纳米材料(ENMs)的环境生态效应研究逐渐成为国内外关注的热点。本文整合了ENMs的毒性机制,综述了ENMs对植物和微生物影响方面的研究进展。此外,鉴于植物与微生物之间存在的密切联系,进一步概述了植物和微生物对ENMs生态效应的反馈作用,揭示了植物和微生物的相互作用可影响ENMs对植物-微生物体系的生态效应。因此,将植物-微生物以及土壤作为一个整体是全面评价ENMs生态效应的关键,也是未来研究的发展方向。最后分析了目前研究中方法和技术等方面中存在的不足,提出了以后研究中应关注的重点。     

基于InVEST模型评估土地整治对生境质量的影响

土地整治通过对土地资源及其利用方式再组织和再优化影响生境斑块之间物质流、能量流的循环过程,从而改变区域生境质量和分布格局。该文以大安市土地整治重大项目为例,采用InVEST模型分析了土地整治对生境质量的影响。研究表明:1)土地整治前(2008年)、整治中(2011年)、整治后(2014年),耕地、草地和盐碱地均为项目区的主要土地利用类型;2)土地整治后,大量的盐碱地和草地转变为耕地,耕地面积由整治前的14.43%上升到71.19%;3)土地整治中,项目区的生境质量得分由整治前的0.194下降到0.189,整治后又上升到0.214;4)土地整治工程改善了项目区的生境质量,但整治完成后生境质量改善效果经历了先下降后上升的过程,在整治完成3~4 a时,生境质量仅比整治前提高了0.06左右,整治完成4 a之后,生境质量开始逐渐好转。研究结果可为土地整治工作中的生境及生物多样性保护工作提供科学依据。     

基于IHA-RVA法的生态治理对径流演变情势的影响评估

研究流域径流演变情势及其对生态治理的响应,可为流域水资源合理利用和水生态治理提供重要指导。该文依据北洛河上游1964—2014年逐日平均流量和年降水量资料,采用双累积曲线法、双滑动平均法(MASH)和Mann-Kendall趋势检验法对径流过程变化进行了分析研究,采用水文指标变化范围法(IHA-RVA)对5组30个径流指标及其改变度进行了评估,对径流演变成因做了初步分析。结果表明：研究期内年径流呈现减少趋势,且以1979年和2002年为界可划分为基准期、水土保持治理期和生态恢复影响期;汛期流量下降较非汛期明显,减少幅度为35.6%;生态治理影响下径流指标整体水文改变度为74.35%,属于高度改变;5组30个径流指标中发生高度改变的指标占比增加,其中年极端流量组变化度最大,为94.77%。人类活动使得流域河川径流显著减少且波动性减弱,而水土保持、退耕还林(草)措施是核心驱动力。     

汞在泥炭上的吸附动力学研究

采用批次法研究了汞在三江平原泥炭和吉林双阳泥炭上的吸附动力学特征及温度、pH值对吸附的影响,实验表明:在相同的实验条件下,三江平原泥炭对汞的吸附速率小于吉林双阳泥炭;温度升高加快泥炭吸附汞的反应速度;两种泥炭对汞的吸附速率受pH值的影响明显且都在pH6.0左右具有最大的吸附量;在酸性介质内,介质的pH值升高,利于泥炭对汞的吸附;两种泥炭对汞的吸附动力学用Hill方程描述最为合适。湿地泥炭土壤较高的吸附容量,以及湿地低温和适当的pH都利于湿地对汞的累积。     

施加PAM条件下土壤养分淋溶试验研究

通过室内模拟试验,研究了关中(?)土经PAM处理后,土壤中氮、磷、钾的淋溶状况,试验结果表明,经PAM处理后,土壤淋溶液中N,P,K累积量分别较对照减少了42.40％,43.85％和68.19％。同时,不同浓度PAM的试验结果发现,增加PAM浓度能使土壤淋溶液中N,P,K累积量进一步减少。     

草本植被覆盖对坡面降雨径流侵蚀影响的试验研究

通过野外人工模拟降雨试验,研究了草本植被覆盖对坡面降雨径流侵蚀的影响,并从径流侵蚀功率和降雨侵蚀力两个方面对比分析了草本植被对坡面侵蚀动力的调控效果,结果表明草本植被覆盖深刻影响降雨侵蚀动力,并最终对坡面径流侵蚀量产生较大的影响。植被覆盖度为0%～60%时,产流产沙量随植被覆盖度的增加迅速降低,植被覆盖度>80%时,覆盖度的增加不能引起产流、产沙量的大幅度下降,植被水沙调控作用趋于稳定,确定本研究的临界植被覆盖度为60%～80%;以径流深和洪峰流量模数表示的坡面径流侵蚀功率以及降雨侵蚀力等侵蚀动力指标均与侵蚀产沙量呈正相关关系,但径流侵蚀功率与产沙量具有更强的相关性,说明径流侵蚀功率能更好地模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示植被覆盖度对侵蚀结果的影响,反映了临界植被覆盖度的存在,可以作为评价植被侵蚀动力调控效应的一个指标。     

盐碱土改良剂-石膏对农业环境影响的探讨

磷石膏作为一种土壤改良剂有显著的增产效果,但对农业环境影响如何值得研究。文章依据２年来的监测结果,对磷石膏的环境效应进行初步探讨和评价。