可解释性长短期记忆模型用于预测湖泊总磷浓度变化

对湖泊总磷的变化预测和来源识别对水资源调度和流域生态治理有着重要的意义,然而复杂的生化反应和水动力条件导致的非平稳性给湖泊总磷浓度的准确预测带来极大的困难。为克服这一挑战,本文引入了基于加权回归的季节趋势分解(seasonal and trend decomposition using Loess,STL)技术和夏普利加法(SHapley additive exPlanations,SHAP)结合长短期记忆网络(long short-term memory neural network,LSTM)和门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)构建了一个可解释的预测框架,以增强对湖泊总磷浓度演变的预测并提高其可解释性。研究表明:(1)在骆马湖总磷浓度的预测中,该框架拥有较好的预报精度(R²=0.878),优于LSTM和卷积长短期记忆模型(convolutional neural networks and long short term memory network,CNN-LSTM)。当预测时间步长增加到8 h时,该框架有效提高了总磷浓度的预测精度,平均相对误差和均方根误差分别降低了47.1%和33.3%。从预测趋势来看,骆马湖在汛期的总磷平均浓度为0.158 mg/L,相较于非汛期的平均浓度,增加了202.1%。(2)运河来水是骆马湖总磷浓度最重要的影响因素,贡献权重为60.0%,并且不同断面(三湾、三场)的污染源受水动力、气象等因素的影响存在显著的时空差异。本文凸显了神经网络模型在预警水体污染方面的可实施性,并且为提高传统神经网络的学习能力和可解释性的开发与验证提供了重要方向。     

闹德海水库水环境氮磷容量预测及防治对策

为保障饮用水源地闹德海水库的水质安全,通过选取不同氮磷允许负荷量的测算模式进行综合分析。结果表明:闹德海水库实际负荷量总氮为139.98 t/a、总磷为28.28 t/a,目前已处于中—富营养化状态;水库若要达到贫—中营养化状态,应削减总氮129.96 t/a,总磷27.27 t/a。为此,从发展农业节水、综合防治化肥、农药、畜禽养殖业污染及治理水土流失等方面提出了科学的污染防治思路及削减对策。     

Mo稳定同位素研究进展

随着表面热离子质谱(TIMS)和多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的广泛应用以及同位素分析方法的改进,近10年来非传统稳定同位素(Cu、Zn、Fe、Se、Mo、Cr、Hg等)的研究得到迅速发展.其中,由于Mo同位素的分馏明显受氧化还原条件的控制,使其在指示古环境及古气候的变化方面有独特的地球化学指示意义.同时,Mo同位素在指示成矿物质来源和海洋Mo循环等方面也取得较大成果.因此,Mo同位素地球化学研究已成为国际地学领域的一个前沿和热点.本文综合前人的研究成果,结合近期自己的工作,论述了Mo同位素地球化学研究领域的一些重要进展,详细介绍了Mo同位素的化学分离、提纯和质谱分析技术,并对其应用前景进行了展望.     

三峡库区消落区表层沉积物磷吸附特征

以三峡库区消落区表层沉积物为研究对象,通过对干湿交替沉积物中磷的赋存形式、吸附等温曲线的分析,揭示了干湿交替过程中沉积物磷的分布规律、吸附特征以及磷的源汇变化。结果表明:上覆水总磷变化呈现11月总磷<5月总磷<8月总磷。消落区覆水到出露沉积物最大磷吸附量、土壤最大缓冲能力在增加,磷零吸持平衡浓度、易解吸磷在降低,表明沉积物在夏季出露落干的过程中,固磷能力增强,释磷能力减弱;消落区土壤首次覆水过程中土壤磷呈现出由源到汇的转变。成库初期,覆水时沉积物主要表现为磷的积累,次年水库开闸放水排沙时,消落区表层富磷沉积物被冲刷排出。     

多接收电感耦合等离子体质谱Cu同位素测定中的干扰评估

多接收电感耦合等离子体质谱（MC—ICP—MS）是高精度测定铜同位素的新方法,然而在测定中也可能存在干扰。为此对MC—ICPMS Cu同位素测定中的可能干扰进行了评估。主要包括以下方面的内容：（1）对所用标准物质和试剂进行了纯化,所用标准物质和试剂对Cu同位素的同质异位素干扰可以忽略;（2）运用K和／参数进行了讨论,其中K为样品中的Cu浓度与标准溶液中Cu浓度的比值,f为在一定Cu浓度的标准溶液中干扰信号相对于^63Cu真实信号的比值。理论模拟表明,当K值小于1时,即使在质量为63处的干扰很小,对ε^65 Cu的影响也可能很大;（3）通过对理论模拟结果与实际测定结果的对比,发现对所用的试剂而言质量数为65的干扰可以忽略不计;（4）实际测定结果表明,当样品中Cu的浓度是标样中Cu的浓度的0．5～4倍时,测试获得的样品的ε^65值与其真值在误差范围内一致;（5）对潜在的基质效应重点研究了Fe和Co对Cu同位素测定的影响。实验结果表明,当Fe／Cu〈100,Co／Cu〈7时,Fe,Co不影响Cu同位素比值的测定;（6）10个月的重现性研究结果为ε^65=3．5±1．0（2SD）。该测定值在误差范围内与文献报道的值一致     

Ablation Characteristic of Ilmenite using UV Nanosecond and Femtosecond Lasers: Implications for Non‐Matrix‐Matched Quantification

Ilmenite (FeTiO₃) is a common accessory mineral and has been used as a powerful petrogenetic indicator in many geological settings. Elemental fractionation and matrix effects in ilmenite (CRN63E‐K) and silicate glass (NIST SRM 610) were investigated using 193 nm ArF excimer nanosecond (ns) laser and 257 nm femtosecond (fs) laser ablation systems coupled to an inductively coupled plasma‐mass spectrometer. The concentration‐normalised ⁵⁷Fe and ⁴⁹Ti responses in ilmenite were higher than those in NIST SRM 610 by a factor of 1.8 using fs‐LA. Compared with the 193 nm excimer laser, smaller elemental fractionation was observed using the 257 nm fs laser. When using 193 nm excimer laser ablation, the selected range of the laser energy density had a significant effect on the elemental fractionation in ilmenite. Scanning electron microscopy images of ablation craters and the morphologies of the deposited aerosol materials showed more melting effects and an enlarged particle deposition area around the ablation site of the ns‐LA‐generated crater when compared with those using fs‐LA. The ejected material around the ns crater predominantly consisted of large droplets of resolidified molten material; however, the ejected material around the fs crater consisted of agglomerates of fine particles with ‘rough' shapes. These observations are a result of the different ablation mechanisms for ns‐ and fs‐LAs. Non‐matrix‐matched calibration was applied for the analysis of ilmenite samples using NIST SRM 610 as a reference material for both 193 nm excimer LA‐ICP‐MS and fs‐LA‐ICP‐MS. Similar analytical results for most elements in ilmenite samples were obtained using both 193 nm excimer LA‐ICP‐MS at a high laser energy density of 12.7 J cm^?2 and fs‐LA‐ICP‐MS.     

保靖葫芦磷矿床地质特征及矿床成因

葫芦磷矿床位于古丈背斜南西端,含磷岩系赋存于震旦系陡山沱组下部,总厚度10m、分为A—B—C—D—E—F沉积序列。矿体呈层状,产状稳定,平均厚1m。P_2O_5平均品位氧化矿石为27％;原生矿石为20％,主要由胶磷矿(氟磷灰石)和隐晶石英、以及有机碳和黄铁矿组成。磷矿形成于陆棚至陆坡的静水环境。成矿物质来自海底岩石溶解、地壳深部、海底火山和海洋生物的磷质,它们在盆地中浓缩,在化学和生物化学作用下,磷质局部富集、沉淀成矿。矿床被认为是化学和生物化学沉积成因。     

水体蒸发过程中稳定同位素分馏的模拟

通过对非平衡条件下水体蒸发中稳定同位素分馏机制的分析, 模拟了蒸发水体中稳定同位素比率的变化及与温度、大气湿度的关系. 在瑞利模式中, 剩余水中的稳定同位素随剩余水比例f的减小不断富集, 富集的速率与温度呈反比. 在动力蒸发条件下, 稳定同位素的分馏不仅与相变温度有关, 而且受大气湿度和液-气相之间物质交换的影响. 在动力蒸发过程中, 相对湿度越小, 剩余水中稳定同位素比率随 f的变化越快. 当相对湿度较大时, 在经历了一段时间蒸发后的剩余水中的δ将不随 f变化. 蒸发水体达到稳定状态的速率主要取决于大气的相对湿度. 当温度约20℃时, 在瑞利平衡条件下模拟的蒸发线与全球大气水线较接近. 在非平衡蒸发条件下, 蒸发线的梯度项和常数项与温度和相对湿度呈正比.     

沁水煤层气田高阶煤解吸气碳同位素分馏特征及其意义

沁水盆地是我国煤层气勘探开发的重要有利区,沁水煤层气田位于盆地东南部。对采自沁水煤层气田两口井的煤开展了罐解吸实验。结果表明,该地区煤层气解吸速率很快,96 h后解吸气量都达到了总解吸气量的60%~85%,720 h后解吸过程基本结束;解吸气量大,平均在18 m3/t以上。煤层气解吸过程中甲烷发生碳同位素分馏,δ13C1值变化与解吸率呈良好的线性关系,参考这种正相关关系曲线,定期监视煤层气降压排采过程中甲烷δ13C1值的变化情况,可以大致推测出该地区煤层气解吸率,从而预测煤层气的采出程度。跟踪测试沁水煤层气田A1和A1-3井在试采过程的甲烷δ13C1变化情况,推测现在采出的煤层气可能主要是煤层裂隙中以游离形式存在的煤层气,表明该区煤层气稳产性较好,资源前景广阔。     

应用单体碳同位素分析技术探析农田土壤中多环芳烃的植物降解过程

长期以来,研究者在探讨土壤中多环芳烃(PAHs)的降解及修复过程中,缺乏简便有效的手段对化合物的降解动态进行定量研究。前人尝试用投加实验、对比采用降解措施前后污染物的浓度变化、模型计算等方法研究PAHs的降解过程,其结果常互相矛盾,或不能真实反映复杂的实际环境。本文应用单体碳同位素技术对农田土壤中多环芳烃的植物降解过程进行定量表征,采集了某地农田表土作为供试土壤,选择玉米作为供试作物,开展了作物对土壤中PAHs降解及消除过程的研究。气相色谱-质谱分析结果表明,培养所用的玉米原始土及分4批收集的空白土、根际土、非根际土样品中16种PAHs的浓度总和(∑PAHs)平均分别为380.8 ng/g、(281.5±34.7) ng/g、(272.2±11.6) ng/g和(299.8±37.9) ng/g;玉米生长期间,各土壤样品 的∑PAHs均比原始土壤有所下降,但除3环化合物(苊烯、苊、芴、菲、蒽)外,其他化合物并未随玉米的生长表现出显著趋势。与玉米根、叶倾向于富集低环PAHs化合物相对应,可以判断植物对土壤中的低环化合物去除作用最为显著。各采样时期玉米根际土、非根际土和空白土壤样品中多环芳烃单体化合物的碳同位素分馏值(δ¹³C)在-34.31‰~-23.95‰之间,且除芘外的其他化合物的δ¹³C值随时间呈现逐步变轻的趋势,波动值位于-0.6‰~-9.0‰之间;本文对于PAHs单体化合物,尤其是4、5环化合物,在玉米降解过程中的碳同位素分馏与浓度变化之间未发现明显关系。考虑3环以下的PAHs化合物更倾向于被降解和清除,且其碳、氢同位素分馏情况更容易被观察到,因此稳定同位素分析更有助于探明该类单体多环芳烃污染物在环境中的迁移、转化规律。