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基于不同人工神经网络的水质预测方法对比

环境科学 2024年第10期 5761-5767页

作者：肖明君朱逸纯高雯媛曾钰李濠陈硕夫刘萍黄红丽湖南农业大学环境与生态学院湖南省生态环境监测中心

利用现有水质数据对未来水质变化进行预测是实现区域规划与流域管理的有效工具．基于2022年4月至2022年5月湘江流域衡阳段水质监测数据，构建了反向传播神经网络(BPNN)与卷积神经网络(CNN)水质指标预测模型，并对高锰酸盐指数的预测结... 详细信息

利用现有水质数据对未来水质变化进行预测是实现区域规划与流域管理的有效工具．基于2022年4月至2022年5月湘江流域衡阳段水质监测数据，构建了反向传播神经网络(BPNN)与卷积神经网络(CNN)水质指标预测模型，并对高锰酸盐指数的预测结果进行了比较分析．数据显示，BPNN模型的预测值与真实水质情况基本吻合，但在拟合过程中出现了过拟合现象，利用粒子群算法(PSO)改进BPNN模型的参数选择方式，能够避免这一现象．而CNN模型拥有更复杂的结构、更科学的拟合方法，从而避免了模型在拟合过程中陷入局部极值，同时提高论了模型预测结果的准确性．以不同模型的均方根误差(RMSE)、决定系数(R2)与平均绝对误差(MAE)作为评价参数．与传统的BPNN模型相比，PSO-BP模型中测试集的RMSE从0.2782 mg·L-1降低到0.2109 mg·L-1，MAE从0.2223 mg·L-1降低到0.1537 mg·L-1，R2从0.8640提高到0.9218，PSO-BP模型拥有更加稳定的拟合效果．CNN模型测试集的RMSE、MAE和R2分别为0.1220 mg·L-1、0.0927 mg·L-1和0.9705，显示CNN模型预测效果更好．

关键词：湘江流域水质预测机器学习人工神经网络模型性能

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氮掺杂碳纳米管负载四氧化三钴活化过氧单硫酸盐去除磺胺甲恶唑

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环境化学 2024年

作者：卢孜向钤张珺胡晶晶覃建军杨安平吴来燕中南民族大学资源与环境学院湖北省巴东县环境监测站湖北省生态环境监测中心站

基于等体积浸渍法制备了氮掺杂碳纳米管负载Co3O4的复合催化剂（N-CNT-Co3O4）.通过透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱等表征了催化剂化学组成和形貌结构.并通过降解动力学和循环实验考察了N-CNT-Co3O4活化PMS降解SMX... 详细信息

基于等体积浸渍法制备了氮掺杂碳纳米管负载Co3O4的复合催化剂（N-CNT-Co3O4）.通过透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱等表征了催化剂化学组成和形貌结构.并通过降解动力学和循环实验考察了N-CNT-Co3O4活化PMS降解SMX的性能，分析了催化剂和PMS投加量、磺胺甲恶唑（SMX）初始浓度、pH等条件对N-CNT-Co3O4/PMS催化体系的影响，并探究了N-CNT-Co3O4活化PMS的机理及对SMX的降解途径.结果表明，N-CNT-Co3O4/PMS能在10 min将20 mg·L-1SMX完全降解，4 h矿化率可达71%，经4次循环实验后催化剂稳定性良好.自由基测试及电化学表征表明，N-CNT-Co3O4/PMS/SMX体系存在自由基(SO4·-，·OH)和非自由基（1O2，电子转移）两种途径，Co3O4和氮原子的掺杂显著增强了催化剂的电子传递能力.N-CNT-Co3O4/PMS可将SMX氧化、裂解反应形成多种降解产物，最终矿化成CO2、SO42-和H2O，且该催化体系在SO42-、NO3-和HA(<10 mg·L-1)条件下仍能高效活化PMS降解SMX.

关键词：碳纳米管钴氧化物过一硫酸盐磺胺甲恶唑

黄河小浪底水库地表水中重金属的时空变化与概率健康风险

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环境科学 2024年第4期45卷 2054-2066页

作者：王亮邓雪娇王潇磊李明刘奕尧娄亚敏涂响张坤锋河南省济源生态环境监测中心济源459000 中国环境监测总站北京100012 河南省生态环境监测和安全中心郑州450046 中国环境科学研究院北京100012

小浪底水库地表水重金属污染是我国黄河流域水安全的一个重要问题.2014~2022年期间,调查了6种重金属(Cu、Zn、Pb、As、Hg和Cd)的时空分布并采用重金属污染指数、内梅罗指数和污染程度对其污染水平进行评价.结果表明,重金属污染水平较低(... 详细信息

小浪底水库地表水重金属污染是我国黄河流域水安全的一个重要问题.2014~2022年期间,调查了6种重金属(Cu、Zn、Pb、As、Hg和Cd)的时空分布并采用重金属污染指数、内梅罗指数和污染程度对其污染水平进行评价.结果表明,重金属污染水平较低(HPI平均值为18.15),符合地表水Ⅲ类水质阈值.6种重金属检出率为91.6%~92.9%,浓度中值范围为0.020(Hg)~1.850(As)μg·L^(-1).呈现出丰水期浓度低于平枯水期,下游断面浓度较高,且在过去的9 a呈现下降趋势的时空特征.重金属污染主要来源于工农业生产和人为排放.此外,结果发现TN、高锰酸盐指数和NH_(4)^(+)-N与重金属浓度有很强的相关性(P环境管理都有潜在的应用价值.

关键词：小浪底水库表层水体重金属年际变化营养盐概率风险

铈掺杂镧基钙钛矿制备及对水体磷酸盐和植酸的吸附性能

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化工进展 2024年第8期43卷 4748-4756页

作者：郭长滨李蒙蒙冯梦晗原田张克强罗艳丽王风新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052 农业农村部环境保护科研监测所天津300191 农业农村部大理农业环境科学观测实验站云南大理671004

为有效防治水体中的磷酸盐和有机磷污染,利用镧基金属氧化物结构灵活易调控和磷亲和力强等优势,本文在柠檬酸溶胶凝胶法制备的镧铁钙钛矿基础上,在镧位点掺杂铈成功制备了铈镧铁钙钛矿(LCFO),研究了LCFO吸附磷酸盐和植酸的热力学和动力... 详细信息

为有效防治水体中的磷酸盐和有机磷污染,利用镧基金属氧化物结构灵活易调控和磷亲和力强等优势,本文在柠檬酸溶胶凝胶法制备的镧铁钙钛矿基础上,在镧位点掺杂铈成功制备了铈镧铁钙钛矿(LCFO),研究了LCFO吸附磷酸盐和植酸的热力学和动力学特征;考察了不同氯离子和腐殖酸根离子等因素对吸附过程的影响;采用扫描电子显微镜-能量色散光谱仪、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱等表征探究吸附机理。结果表明,LCFO对磷酸盐和植酸吸附能力分别比原始钙钛矿提高了11.56倍和1.74倍,LCFO吸附量分别为57.86mg/g和98.71mg/g;两种形态磷吸附特征均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程,腐殖酸根离子对LCFO对磷酸盐和植酸的吸附作用有一定削弱,但吸附量仍保持在80%以上;通过表征分析表明材料吸附磷酸盐和植酸的机理主要为内层络合。本研究为进一步改善镧铁钙钛矿对无机磷的吸附能力及对有机磷的去除提供参考。

关键词：铈掺杂镧铁钙钛矿磷酸盐植酸吸附模型

砂姜黑土麦玉轮作不同施氮量下土壤矿质氮运移规律及分布特征

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农业资源与环境学报 2024年

作者：吕金岭高燕哺骆晓声郭战玲李太魁河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所农业农村部原阳农业环境与耕地保育科学观测实验站河南省农业生态环境重点实验室河南省生态环境监测中心

砂姜黑土是黄淮海地区的一类典型农田土壤，由于存在明显的砂姜层以及易产生多发性裂隙，砂姜黑土的氮素迁移分布存在不确定性。鉴于此，本研究设置CK（无氮磷钾肥）、TR（传统高氮）、OPT（优化施氮）和ZOPT（再优化施氮）4个处理，采... 详细信息

砂姜黑土是黄淮海地区的一类典型农田土壤，由于存在明显的砂姜层以及易产生多发性裂隙，砂姜黑土的氮素迁移分布存在不确定性。鉴于此，本研究设置CK（无氮磷钾肥）、TR（传统高氮）、OPT（优化施氮）和ZOPT（再优化施氮）4个处理，采用剖面取样和同位素示踪方法，探究砂姜黑土麦玉轮作氮素运移规律及作物吸收利用率。结果显示，长期施肥条件下，砂姜黑土NO3--N残留量主要集中在0～20 cm土层，其次为50～60 cm土层，再次为120 cm土层，120 cm以下NO3--N残留量低且变化不显著；从3季取样来看，不同施氮处理NO3--N残留量主要在0～20 cm和40～60 cm层，20～40 cm层最低。其中第1季（玉米季）不同处理当季15N残留量主要集中在0～20 cm土层，其余土层较低；第2季（小麦季）0～20 cm土层15N残留量增加显著，其余土层增幅较小；第3季（玉米季）由于极端降雨的影响，0～20 cm土层15N占比下降，15N残留量由上一季的74.9%～85.9%降低至52.3%～56.5%，20～60 cm土层15N残留量增幅明显，80～100 cm土层有小幅上升。各处理三季作物产量无显著差异（P>0.05），而15N利用效率表现为ZOPT >OPT>TR，说明190 kg·hm-2施氮量可满足砂姜黑土当季麦玉轮作氮素需求。除此之外，不同处理三季平均氮素损失介于27.9%～36.4%之间，其中TR处理最高，ZOPT处理最低。基于以上研究，砂姜黑土常规气象条件下化肥氮主要以作物吸收和土壤残留为主，而极端降雨条件下，化肥氮主要以环境损失为主，淋溶不是当季化肥氮的主要损失途径。

关键词：砂姜黑土氮素运移极端降雨 N标记麦玉轮作

北江韶关段主要支流浮游植物群落结构特征及影响因子

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农业环境科学学报 2024年第8期43卷 1846-1858页

作者：周铭浩李彤叶四化邓滢张家卫林学明广东省生态环境监测中心广州510308 广东省广州生态环境监测中心站广州510006 生态环境部珠江流域南海海域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心广州510611 华南农业大学资源环境学院广州510642

为研究土地利用类型和水环境因子对浮游植物群落的影响,于2022年1月和7月对北江韶关段主要支流墨江、锦江、武江和南水河的25个采样点进行了浮游植物和环境因子的调查监测。在枯水期,共检测到浮游植物6门69种;在丰水期,共检测到浮游植物... 详细信息

为研究土地利用类型和水环境因子对浮游植物群落的影响,于2022年1月和7月对北江韶关段主要支流墨江、锦江、武江和南水河的25个采样点进行了浮游植物和环境因子的调查监测。在枯水期,共检测到浮游植物6门69种;在丰水期,共检测到浮游植物6门68种。无论是在枯水期还是丰水期,硅藻门和绿藻门的物种总数占比均超过80%。丰水期浮游植物的平均密度(5.65×105 cells·L^(-1))和生物量(1.20 mg·L^(-1))均明显高于枯水期(2.89×105 cells·L^(-1)、0.72 mg·L^(-1))。Shannon-Wiener多样性指数(H′)和Margalef指数(D)表明,枯水期的物种多样性高于丰水期,而Pielou均匀度指数(J)在不同时期的值相近。选择pH、水温(WT)、浊度(TUR)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)、总磷(TP)作为主要水环境因子进行冗余分析(RDA),结果表明,在枯水期,3000 m缓冲区土地利用类型面积占比与水环境因子对浮游植物的变化具有最大解释能力(56.94%);在丰水期,1200 m缓冲区土地利用类型面积占比与水环境因子可最大程度解释浮游植物的变化情况(43.91%);在枯水期,WT是影响硅藻分布的主要环境因子,绿藻和蓝藻主要受TP和CODMn的影响,隐藻主要受林地面积比例和pH的影响;在丰水期,蓝藻和隐藻主要受pH、水域和林地面积比例的影响,硅藻主要受TP、CODMn和建筑用地面积比例的影响,绿藻主要受WT和TUR的影响。研究表明,不同水期浮游植物的影响因子存在差异,识别主要影响因子有利于制定合理的水生态修复及保护措施,以保证浮游植物多样性和水生态系统平衡与健康。

关键词：北江浮游植物群落结构土地利用类型水环境因子

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农田排水对地表水环境影响的调查

中国环境监测 2024年第3期40卷 134-145页

作者：柴宁辽宁省生态环境监测中心辽宁省环境监测技术重点实验室辽宁沈阳110016

中国是农业大国,以保障食品供应安全为前提的农耕生产,还未将生态环境保护纳入生产过程进行管理。为进一步了解农耕生产对地表水环境的影响,支撑未来生态环境管理需求,选取具有代表性的独立水田和旱田作为实验区块,在备耕期追加底肥,泡... 详细信息

中国是农业大国,以保障食品供应安全为前提的农耕生产,还未将生态环境保护纳入生产过程进行管理。为进一步了解农耕生产对地表水环境的影响,支撑未来生态环境管理需求,选取具有代表性的独立水田和旱田作为实验区块,在备耕期追加底肥,泡田时段和农作物生长期施加农药、化肥、除草剂、杀虫剂等各个农事环节前后时段,跟踪监测实验区块内积水、外排水、周边受纳水体在实验区块排水前后的水质变化情况,共设置27个监测点位,收集4 184个实验数据。实验显示:农田排水会污染地表水环境,污染具有冲击性,且与农药和化肥的施用时间、种类和数量密切相关,并随农田农药和化肥肥效衰减而逐渐降低直至消失。

关键词：农田排水地表水环境冲击性影响

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珠江广州段水体微塑料的分布特征及迁移规律

中国环境监测 2024年

作者：陈鸿展区晖叶四化张倩华周树杰麦磊广东省广州生态环境监测中心站广东省生态环境监测中心暨南大学环境学院广东省环境污染与健康重点实验室环境微塑料研究中心

全球海洋塑料污染日益严重,河流是陆地产生的微塑料向海洋传输的重要渠道。珠江微塑料的入海通量排名处于世界前列,其中流经广州市区的虎门入海口的贡献量远高于其他入海口。为探究珠江广州段支流水体微塑料的污染现状并厘清其影响因素... 详细信息

全球海洋塑料污染日益严重,河流是陆地产生的微塑料向海洋传输的重要渠道。珠江微塑料的入海通量排名处于世界前列,其中流经广州市区的虎门入海口的贡献量远高于其他入海口。为探究珠江广州段支流水体微塑料的污染现状并厘清其影响因素,文章对珠江广州段（包括支流和入海口）18个典型采样点位的表层水体微塑料进行了综合分析。结果显示,微塑料的污染丰度为0.123～25.2个/m3。微塑料的主要类型包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等,其占比远高于其他类型微塑料。珠江广州段接收广州市区及周边城市排放的生活、农业和工业废水,其中纤维主要来自纺织品的洗涤,聚乙烯和聚丙烯均为生活中的常用塑料,聚苯乙烯和聚丙烯多用于生产各类塑料产品（如塑料玩具、泡沫箱等）。在4类监测断面（点）中,入境断面和监控断面的微塑料丰度远高于背景点和入海口。流经人口密集、城市化程度高的区域的支流微塑料丰度远高于其他支流,入海口微塑料丰度最低。可见,人类活动是影响微塑料在不同河段分布的最主要因素。

关键词：微塑料珠江水体入海口分布

锰改性生物质炭调控土壤-溶液体系中砷赋存形态的机制研究

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土壤学报 2024年

作者：黄琴童非王博杜晓菲樊广萍刘丽珠张明超邱一格高岩江苏省农业科学院农业资源与环境研究所南京林业大学南方现代林业协同创新中心农业农村部长江下游平原农业环境重点实验室江苏大学环境与安全工程学院江苏省耕地质量与农业环境保护站江苏省生态环境监测监控有限公司

淹水稻田土壤中砷（As）的还原释放增强。利用具有高氧化和吸附能力的锰（Mn）改性生物质炭（MBC），通过炭-土混合和分离处理探究MBC抑制土壤-溶液体系中砷释放的作用机制，揭示其调控土壤砷形态转化的可能路径。结果表明，与对照和未... 详细信息

淹水稻田土壤中砷（As）的还原释放增强。利用具有高氧化和吸附能力的锰（Mn）改性生物质炭（MBC），通过炭-土混合和分离处理探究MBC抑制土壤-溶液体系中砷释放的作用机制，揭示其调控土壤砷形态转化的可能路径。结果表明，与对照和未改性生物质炭相比，负载锰氧化物的生物质炭（MBC）显著促进土壤溶液As（III）氧化为As（V），在培养期间始终维持低浓度As（III）(0.02～0.88 mg·L-1)，且向土壤溶液释放的Mn离子易与As（V）形成沉淀。MBC丰富的孔隙结构和含氧官能团促进吸附更多的无机砷（iAs），同时MBC对铁（Fe）表现出较好的亲和力(吸附的Fe含量达3.12 mg·g-1)，显著降低了土壤溶液Fe浓度，并通过MBC上锰氧化物的还原提高土壤溶液pH（0.08～0.22个单位）以促进Fe离子在固相中沉淀，增强固相对iAs的吸附。28 d时MBC吸附的As含量为未改性生物质炭的12倍。MBC高氧化性能抑制铁矿物的还原溶解，显著降低土壤有效态Fe和As含量（P < 0.05），促进土壤有效态As向更稳定的铁锰结合态和残渣态As转变。综上，添加MBC能够抑制固相砷释放，促进淹水稻田土壤溶液中的砷向土壤稳态砷转化，显著降低稻田土壤砷活性与毒性。

关键词：锰改性生物质炭锰氧化物 As(Ⅲ) 赋存形态炭-土混合处理炭-土分离处理