中国农田土壤重金属污染防治现状与问题思考

土壤是农业可持续发展的基础。经过近40年的经济快速发展与农业高度集约化生产后,我国农田土壤污染与土壤环境质量下降问题逐渐凸显。当前,中国农田土壤重金属污染形势不容乐观,对农产品的安全生产和食品安全构成威胁。文章首先对我国农田土壤重金属污染现状与污染特点、农田重金属污染来源及修复技术研究现状等进行了总结。结果显示：(1)我国农田土壤重金属污染点位超标率相对较高,但以轻度污染为主;(2)污染土壤中主要以Cd、As、Hg、Pb和Cr这5种健康风险重金属元素为主,尤其以Cd风险最高,而以生态风险为主的Ni、Cu和Zn 3种重金属环境风险相对较小;(3)农田土壤污染分布总体表现为南方重于北方,东部重于西部;(4)农田土壤污染逐渐呈现由工业源向农业源、城郊向农村、土壤向食物链转移的发展趋势。基于文献计量方法对我国近30年来农田土壤污染防治研究的热点与趋势进行了分析。结果表明,我国农田土壤污染防治研究主要始于2000年前后,2009年后进入快速发展阶段,研究热点主要包括重金属污染监测、土壤环境环境质量评价、重金属污染土壤修复技术等,近10年来污染土壤修复技术表现为从单一修复技术向联合修复技术发展态势。此外,文章对我国农田重金属污染修复的一般程序、不同污染程度农田土壤的安全利用技术与高风险污染土壤的管控技术进行了评价,最后,对我国当前农田重金属污染防治过程中出现的问题进行了思考,同时针对我国今后农田重金属污染防治研究进行展望,提出了基于源头控制与风险管控措施相结合的农田重金属污染防治体系,以期为未来我国农田土壤重金属污染防治研究规划以及土壤重金属污染防治技术的创新提供参考与借鉴。     

草本植物间作对空心菜Pb吸收、转运的影响

为了研究不同草本植物间作对空心菜生长状况及对Pb的吸收、转运效果,采用盆栽试验,研究了空心菜在Pb污染土壤中单作及与10种草本植物(高丹草、苏丹草、狼尾草、黑麦草、苦荬菜、菊苣、籽粒苋、三叶草、紫花苜蓿、紫云英)间作对Pb吸收、积累的影响。结果表明：空心菜与黑麦草、苦荬菜、菊苣、籽粒苋、三叶草、紫花苜蓿以及紫云英间作后的茎叶生物量较空心菜单作增加显著(P<0.05),增加了15.79%~84.75%。不同间作方式下的空心菜茎叶Pb含量为7.11~15.36 mg/kg,茎叶Pb富集系数(BCF)为0.024~0.051,根茎叶Pb转运系数(TF)为0.240~0.470。与高丹草、苏丹草、苦荬菜、菊苣以及籽粒苋间作后,空心菜茎叶Pb含量较单作(对照)降低了24.39%~41.46%,茎叶Pb积累量较单作降低了65.36%~75.06%;此外,与上述5种植物间作后空心菜的根际土壤有效态Pb含量降低了4.47%~9.09%,根际土壤pH值则增加了0.32%~2.74%。10种间作植物茎叶Pb含量大小为菊苣>黑麦草>苦荬菜>高丹草>苏丹草>紫云英>紫花苜蓿>狼尾草>三叶草>籽粒苋。不同间作方式下每盆植株Pb总积累量为0.560~2.108 mg/盆,10种间作处理是空心菜单作处理的1.73~3.76倍。研究结果表明,高丹草、苏丹草、苦荬菜、菊苣和籽粒苋与空心菜间作有效降低了空心菜对Pb的吸收积累,同时提高了整个体系对土壤中Pb的总积累量,在间作修复中是较为理想的组合模式。     

城市排水GIS系统拓扑模型的建立

当前的排水管网拓扑模型由于忽略了排水管网的细节特征,致使拓扑关系过于简单,不能完成特定排水业务模型空间分析,在一定程度上阻碍了排水GIS系统的发展。基于图论理论,本文提出了城市排水GIS系统细致拓扑模型。首先,基于面向对象方法提出拓扑概念模型和逻辑模型,增加其拓扑关系描述的细节规则,以实现对客观世界的真实模拟。然后在数据结构设计中,采用十字链表作为存储结构,将其改进并与R⁺树进行关联生成空间索引。在空间分析中,本文基于R⁺索引和十字链表提出了空间查询和路径分析典型算法。最后以镇江市城市排水管网地理信息系统开发为例,对拓扑模型进行了开发实践。试验结果表明,本文提出的拓扑模型可以更真实模拟客观世界,提供更多种空间分析,完成海量数据快速访问,为实现城市排水GIS系统海量数据的高效空间分析提供解决方案。     

基于概率方法的区域地质灾害风险防御工程效益评估

在区域地质灾害(滑坡、泥石流)风险区划的基础上,可以采用概率分析方法对区内风险防御工程治理的效益进行评价。该方法首先是对区内防御工程按等级分类,建立工程类型等级标准;然后可根据区内工程类型等级分别评价防御工程的抗风险能力和风险损失折减概率;最后按3级标准划分风险损失折减的效益。作者应用该方法对汶川大地震极震灾区的都江堰白沙河小流域地质灾害防御工程,进行了风险损失折减概率效益评价,并得到了有推广价值的结果。     

河口三角洲地区宜居人口容量估算 ——以广州原南沙区为例

近年来,不断有位于河口三角洲区域的县区升级为国家级新区,科学地估算这些县区的宜居人口容量是新区规划的前提。文章通过选取河口区人居自然环境主导因子、提取人口承载区和参考同类区域平均人口密度和相关国家标准等环节,构建了一种基于人居环境适宜性的河口三角洲地区人口承载力的估算方法,并估算了广州原南沙区宜居人口容量。结果显示：原南沙区宜居人口容量为87万人,宜居人口密度为2 776人/km²,其中,南沙街23万人,黄阁镇21万人,万顷沙镇为19万人,横沥镇为13万人,珠江街为11万人。考虑到地基和经济发展差异,南沙区宜居人口密度与上海浦东新区、天津滨海新区之间和美国首都华盛顿特区的人口密度有较好的可比性。文章所用方法突出了水文与地质条件的约束作用,可用于估算河口三角洲地区人口容量。     

CSAMT测量中磁场对测量结果的影响

CSAMT的标量测量中常采用共磁道测量方式,即同步观测测量剖面上多个电道信号和垂直测量剖面的一个磁道信号,由此计算各测点的Cagniard视电阻率。因磁场测量位置的不同,势必对测量结果产生影响。计算了均匀半空间条件下不同测量位置的磁场强度,以及对视电阻率的影响;模拟了存在局部三维异常体时,赤道装置下不同位置的磁场对视电阻率的影响。结合野外实测资料分析认为,由磁场测量位置偏差引起的视电阻率误差难以校正,在实际工作中应尽量采用单电单磁的测量方式;当在大收发距且浅层电性结构单一的条件下,可以采用三电一磁的测量方式。研究对CSAMT标量测量方式的改进及实际勘查工作具有一定的指导意义。      

基于小流域的地震扰动区降雨型滑坡泥石流危险性评价方法

地震扰动区存在大量震裂松散坡体,在持续或者密集的降雨条件下极易转化为滑坡灾害。同时,滑坡又会给泥石流提供大量松散固体物质,增加泥石流的危险性。因此,在震区,灾害通常以"链"的形式出现,比单一灾种危害性大。为了更有效地对地质灾害危险性进行评价,笔者将滑坡、泥石流作为灾害链,综合地加以分析和研究。选择5·12汶川大地震中受灾严重的都江堰市白沙河流域的17条泥石流沟作为研究区,建立滑坡-泥石流危险性评价耦合模型,研究24 h不同降雨量条件下小流域滑坡泥石流危险性的变化。耦合模型包括了坡体稳定性评价模型,水文模型及以泥石流规模、发生频率、流域面积、主沟长度、流域高差、切割密度、不稳定斜坡比为评价因子的泥石流危险性评价统计模型。研究结果表明:随着降雨量的增大,参与泥石流活动的松散物质方量持续增加,但当24 h降雨量超过200 mm后,泥石流沟的危险度等级不再发生变化;17条泥石流沟中4条为中危险度,12条为高危险度,1条为极高危险度。这说明研究区地质灾害问题相当严峻,在多雨季节存在泥石流群发的可能性,直接威胁到居住在泥石流沟附近的人民群众生命财产安全;因此,对于有直接危害对象的高危险度及其以上的泥石流沟,应该按照高等级设防标准进行工程治理及发布预警报。同时也说明,将滑坡、泥石流作为灾害链研究具必要性和可行性。     

滑坡危险度区划方法及其应用

在滑坡研究的基础上总结了滑坡危险度区划的研究方法。建立了综合因素分析和本底因素评价的指标体系,提出了综合因素叠加法、本底因素贡献权重叠加法和本底因素模糊判别推理法的区划模型,介绍了这些方法的应用及试验结果。还对滑坡危险度区划研究中存在的3个主要问题进行了讨论：评价指标数量选择、最佳权重确定方法和危险性等级划分的标准。     

基于危险度区划的县级区域降雨引发滑坡的风险预警方法——以四川省米易县降雨滑坡为例

降雨滑坡预警在世界上开展广泛,但对小区域的降雨滑坡风险进行预警尚不多见。以通用的风险定义为基础,首先对目标区域——四川省米易县的地质灾害进行调查,以典型滑坡进行反演,获得灾害的本底因素,按贡献率权重叠加法进行危险度分区;通过对承灾体的调查确定承灾对象,并将各承灾对象按密度由行政界限向1km×1km的网格单元转化后叠加形成易损度分区。二者相乘完成风险分区。对研究区域近5年逐日降雨数据与172条地质灾害记录进行分析,按前期日降雨量模型得到降雨阈值,根据滑坡空间概率和降雨引发滑坡的时间概率叠加的结果,得到研究区域的降雨滑坡概率,对照风险分区,完成风险预警。     

逆Laplace变换新算法及其在时间域电磁响应计算中的应用

时间域电磁响应的正演计算多是由频率域响应经逆Laplace变换而得到.逆Laplace变换的计算精度和效率是时间域电磁响应计算中方法选择的重要指标.论文分析了几种逆Laplace变换的算法机制,并优选出Talbot算法计算了水平电偶源层状模型的时间域电磁响应.逆Laplace变换常用的算法有折线法、数字滤波算法和Gaver-Stehfest算法(简称G-S算法).折线法需要精细地确定分割步长以提高精度,数字滤波算法系数很多,适应频率范围受计算问题所限,而G-S算法受计算机字长和问题对象的影响大.本文在64位计算平台中计算比较了G-S算法、Euler算法和Talbot算法的节点数对于精度的影响,发现Talbot算法受节点数影响小,计算精度高,适应频率范围宽.最后利用21点Talbot算法计算了水平电偶源轴向偶极装置均匀大地模型径向电场的阶跃响应和冲激响应,计算精度及响应时间范围均优于G-S算法.计算了水平电偶源赤道偶极装置均匀大地模型垂直磁场的阶跃响应和冲激响应,冲激响应峰值时刻对于电阻率的变化响应灵敏,与轴向偶极径向电场响应能力相当,但垂直磁场随收发距增大,衰减较快.根据层状模型阶跃响应晚期渐近值计算的视电阻率,水平电偶源轴向偶极径向电场有能力发现大埋深高阻或低阻薄层,收发距应大于中间目标层埋深的5~6倍方可完整探测,类似的,采用水平电偶源赤道偶极装置测量垂直磁场也能达到与之相当的探测能力.计算结果证实了21点Talbot算法适应不同地电模型、不同观测方式的时间域电磁响应计算.