罗非鱼养殖池塘水和表层沉积物中蓝藻的群落结构及影响因素研究

为了研究罗非鱼养殖池塘水和表层沉积物中蓝藻(蓝细菌)的群落结构、多样性状况和影响因素,采用高通量测序技术平台对细菌16S rRNA基因进行测序,对其中的蓝藻组成进行分析。结果表明:水和表层沉积物中的蓝藻群落结构存在显著差异,但其中的优势目是相同的,为聚球藻目、Cyanobacteria_norank和色球藻目;水中的蓝藻群落结构受到月份变化的影响比较大,并且与系统中氮净输入量有关。表层沉积物中的蓝藻群落受到池塘差异的影响更大,且与系统中磷净输入量有关。试验条件下,罗非鱼对系统中蓝藻群落多样性的影响主要来自于直接或间接的营养物质输入。     

城市河道不同深度沉积物对氨氮的吸附-解吸特征

针对城市污染河道是否需要清淤治理界线难以确定的问题,采用批平衡静态室内试验研究和Langmuir、Freundlich及Henry等温模型模拟的方法,以北京市通州区北运河土沟、榆林庄及和合站3个典型断面不同深度沉积物为研究材料,设定氨氮标准溶液质量浓度为20、40、80、160、200、320、400和600mg/L 8个梯度,对氨氮的吸附和解吸热力学行为进行研究。结果表明:1)Langmuir、Freundlich及Henry等温模型对吸附和解吸过程拟合较好,相关系数R~20.85;2)各典型断面0~20、20~40和40~60cm深度单位质量沉积物对氨氮的理论最大吸附质量分别为1 184.60~26 168.00、343.46~648.00和228.10~462.05mg/kg,0~20cm吸附潜力最大;理论最大解吸质量分别为178.11~367.52、98.45~329.62和78.58~148.51 mg/kg,0~60cm解吸潜力差异较小;3)Langmuir等温模型吸附常数kL大小关系为k_(L(0~20cm))k_(L(20~40cm))k_(L(40~60cm)),Freundlich等温模型吸附常数n大小关系为n_((0~20cm))n_((20~40cm))n_((40~60cm)),沉积物越深,对氨氮的吸附性能越好;解吸比n大小关系为n_((0~20cm))n_((20~40cm))n_((40~60cm)),沉积物越深,对氨氮的解吸程度越大;4)土沟断面0~40cm深度沉积物对氨氮吸附-解吸临界状态的氨氮质量浓度大于上覆污染水体的氨氮质量浓度;榆林庄及和合站断面0~60cm深度沉积物对氨氮吸附-解吸临界状态的氨氮质量浓度均小于上覆污染水体氨氮质量浓度。沉积物对氨氮的吸附-解吸过程存在动态平衡,所得动态模式和参数可为河道清淤治理提供理论指导。     

基于输出系数模型的南四湖流域非点源污染输出风险评估

[目的]探究非点源污染物N、P输出风险在不同子流域、坡度等级和县市区的分布特征,为南四湖流域不同风险区制定管理方案和控制对策提供科学依据。[方法]以数字高程模型(digital elevation model,DEM)为基础数据,运用ArcGIS软件,提取南四湖流域的DEM,制作坡度等级图,再运用水文分析功能,提取水系图、河流图、并划定子流域,结合2013年南四湖流域土地利用图,通过运用输出风险模型分析不同的土地利用类型和坡度下氮(N),磷(P)污染的空间变化。[结果]氮素的平均风险概率达到51.67%,磷素的平均风险概率达到9.14%,南四湖流域非点源污染输出风险湖东小于湖西;随坡度增大,高风险区面积减小,低风险区面积增加;就不同县市区而言,济宁市中区的N风险较小之外,其余县市区N风险均较大,P风险较小。[结论]N是流域最主要的非点源污染物,非点源污染输出风险大小与土地覆盖和坡度有密切关系。     

基于机器视觉的马铃薯黑心病检测机构设计与试验

马铃薯黑心病是一种难以用肉眼分辨的内部病害。在生产加工中,为了准确检出黑心病个体,该研究基于光在马铃薯块茎组织中的透射特性设计了一种马铃薯黑心病检测机构。机构主要包括马铃薯块茎承托槽、光源单元以及光源位置调节轨道等部分,光源单元包括2个LED面光源,形成多点透射的结构,光源波长为705 nm。文中取50个正常样品和29个黑心样品采集图像分析,经过预处理,分别提取马铃薯目标图像和马铃薯高灰度区域的灰度平均值,以二者的相对比值作为黑心病的判别参数。通过与单点透射模式所采集的正常样品图像的相对比值比较,由该机构所采集的正常图像的相对比值普遍偏小,表明所获得图像的灰度均匀性更好,同时得到光源较佳夹角为45°。在该机构下获得的正常样品和黑心样品的灰度平均值相对比值的分类阈值为0.220,得到2种样品的判断正确率分别为98%和96.6%,且黑心样品的相对比值更大,表明使用该机构可以检测黑心马铃薯样品。该研究为马铃薯黑心病检测机构的设计提供了参考。     

基于烧失量指数评估滨海沉积物中有机质特征

Understanding organic matter characteristics(e.g., amount and state) of sediments is necessary for evaluating both the sediment and water environments; however, methods that have been proposed to investigate these characteristics are relatively expensive. This study attempted to evaluate the organic matter characteristics of littoral sediments by employing solely the loss on ignition(LOI)method, which is the most economical and accessible method in developing countries. Different types of sediments were first oven dried at 100℃ and then continuously burned at 200, 300, 400, 500, and 600℃ for 4 h at each temperature. The mass LOI at each temperature was calculated and compared with the 100℃ oven-dried weight. Our results suggested that the mass LOI across the temperature range of 200–300℃(LOI_(200-300)):mass LOI at 600℃(LOI_(600)) ratio(LOI_(200-300)/LOI_(600)) could represent different types of sediments as well as the organic matter:organic C ratio. Compared with the sediments unaffected by wastewater, the sediments that were more influenced by the inflow of domestic wastewater had a higher LOI_(200-300)/LOI_(600). Interestingly, LOI_(200-300)/LOI_(600) could also represent changes in the organic matter characteristics as a function of organic matter decomposition in sediments. In conclusion, the organic matter characteristics of littoral sediments could be evaluated using solely the LOI method, particularly with LOI_(200-300)/LOI_(600).     

不同雨强及坡度对华南红壤侵蚀过程的影响

[目的]研究不同雨强及坡度对华南红壤侵蚀过程的影响,为认识红壤侵蚀过程和水土流失防治提供科学依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究了不同降雨强度、不同坡度对华南红壤坡面降雨产流过程和侵蚀产沙过程的影响。[结果](1)相同坡度条件下,坡面径流量、侵蚀产沙量均随着雨强的增大而线性增大;相同雨强下,径流量随坡度的增加而减小,而产沙量随着坡度的变化比较复杂;(2)雨强和坡度共同影响着坡面产沙过程,当雨强小于等于180mm/h时,产沙量随坡度的增加而增大,在240mm/h出时呈现先增加后减小的趋势,在15°附近出现临界坡度。在降雨初期,径流率表现为波动增加过程,15min后趋于平稳,一直持续到降雨结束,其中雨强为240,180mm/h时波动较为剧烈,而产沙率呈现急剧而短暂的上升后迅速下降,在大雨强、陡斜坡条件下此现象尤为明显;(3)坡面径流平均流速与单宽流量、坡度比存在显著的幂函数关系,流速与径流量、侵蚀产沙量有着类似的变化规律。[结论]红壤侵蚀过程中雨强为主要影响因素,坡面流速可作为表征红壤坡面侵蚀特征的重要因子。     

不同下垫面径流小区次降雨对产流产沙的影响

[目的]揭示南方红壤区人工径流小区次降雨对径流泥沙作用规律,为区域水土保持工程实践与基础理论研究提供参考。[方法]基于云南摩布小流域3种下垫面(林地、农地、裸地)人工径流小区2013—2015年自然降雨观测资料,采用M-K趋势检验、灰色相关分析及双累积曲线等方法研究了次降雨量、径流量、泥沙量和入渗率的变化趋势及相关关系,以及降雨因子对径流泥沙的影响。[结果](1)2013—2015年摩布径流小区月降雨均呈先增加后减少的波动性变化趋势,3a降雨量无显著性变化趋势。(2)相同降雨量各下垫面径流小区产流差异显著(p0.05),其中林地最小,农地次之,裸地最大;3种下垫面次降雨径流深增长速率大小规律与此相同。(3)次降雨产沙量与降雨量、径流量均存在密切相关关系,相关系数分别为0.67~0.82,0.69~0.85。径流小区产沙能力随雨强增大而增强。相同雨量下,林地产沙能力最小,而裸地累积产沙量增速最大。(4)3个径流小区的入渗率均随降雨量和雨强增大而增大,其中林地入渗率最大,平均入渗率为94.03%;裸地入渗率最小,平均入渗率为86.28%。[结论]与农地和裸地相比,林地不同程度提高了土壤入渗性能,降低了产流量和产沙量。     

径流泥沙实时自动监测仪的研制

针对径流泥沙过程监测仪缺乏和监测误差大的状况,研制了一种具有野外复杂条件下普遍适用的径流泥沙高精度实时自动监测仪,并建立了数据/站点管理云平台。该仪器从径流泥沙过程中提取驱动仪器运转的物理量并将其转换为测控信号,实现径流泥沙过程的实时自动监测;通过对仪器总体结构及各功能部件的优化设计,消减泥沙粘附和沉积,提高监测精度。通过标准泥沙样品验证了该仪器的适用性,结果表明该仪器监测的含沙量相对误差均值为3.67%,决定系数为0.997。土槽试验获取了径流过程中变幅较宽的径流量和含沙量的动态过程曲线。可见,该仪器不仅可以准确地监测径流泥沙过程,而且创新了水土流失监测技术和方法,推动了水土流失监测的自动化和信息化。     

流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析

针对流域面源污染负荷差异性及其不确定性的尺度特性问题,于2013-2015年在釜溪河流域测定了不同尺度汇流区的面源污染负荷和污染物转化动力学参数。分别采用动态时间弯曲距离DTW(dynamic time warping distance)和信息测度度量了不同尺度汇流区面源污染的负荷差异性和不确定性。结果表明:不同的汇流区尺度上,降雨量小于临界值(40 mm)的情况下,氨氮(NH_3)、总氮(TN)、总磷(TP),和高锰酸盐指数(I_(Mn))负荷均随降雨量的增加而非线性增大,降雨量超过临界值后,流域面源污染出现最大负荷。降雨量超过临界值后,由于尺度增加后下垫面对径流过程调蓄能力的增大,相比子流域尺度,流域尺度上NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷的变异系数分别增加了69.1%、47.0%、14.2%和85.8%。枯水期和汛期面源污染负荷主要受到污染源流域分布特性和下垫面径流条件的影响,不同尺度汇流区的NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷在枯水期的差异性均显著小于汛期的差异性,子流域之间、以及子流域与流域之间4种污染负荷的差异性平均增大了3.18倍和2.44倍。相比子流域尺度,在流域尺度上单位面积流量、TN、TP和I_(Mn)负荷基质熵分别减小了4.8%、9.3%、31.9%和10.7%,而NH3增加了15.3%;有效测定复杂度分别增加了4.6%、15.4%、17.4%、49.5%和19.8%。不同尺度汇流区的面源污染负荷过程与流量过程不具有完全同步性。随着汇流区尺度的增大,面源污染负荷不确定性减小;有效测量复杂度随尺度增大表明在更大的尺度上对于面源污染负荷有效预测的参数数量显著增加;涨落复杂度和平均信息增量关系表明随着尺度的增加,面源污染负荷对降雨量的敏感性降低,而对下垫面条件的敏感性增加。不同尺度条件下,面源污染对降雨和下垫面的敏感性变化规律、以及面源污染负荷变异性机理等方面的研究将有助于提升分布式水文及面源污染模型理论。     

河流生态系统服务功能退化的生态恢复

基于河流污染严重、河流河岸生态系统损毁严重、河流生态景观单调且缺乏持续管理以及河流底泥污染现象日益凸显的现状,提出对受损河岸和河流污染底泥生态恢复的原则和方法,使河流生态系统恢复其生态服务功能,并能得到可持续发展。