DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 感潮河网区水量水质调控模型 基于闸泵调度联合调度的感潮河网区水量水质调控以网河区一维水动力数学模型、一维水质数学模型以及闸(泵)控制模拟模块为基础，考虑河网区防洪排涝及调度工程约束，从而建立以增加联围河涌蓄水总量和降低内河涌污染物浓度为主要目标的水闸与泵站联合调度模型。 2.1. 网河区一维水动力学模型 (1) 控制方程采用圣维南方程组[ 10 ] 连续方程 (1) 动量方程 (2) 式中，Z、Q、A、B分别为断面平均水位、流量、过水面积、水面宽度；q为旁侧入流，负值表示流出；β为动量校正系数；g为重力加速度；S f 为摩阻坡降；u l 为单位流程上的侧向出流流速在主流方向的分量。 (2) 汇流汊口连接条件网河区内汊口点水流须满足水流连续条件和能量守恒条件[ 7 ] ： 水流连续条件 (3) 水位连接条件 (4) 式中，Q i 为汊口节点第i条支流流量，流入为正，流出为负；Z i ， j 等表示汊口节点第i条支流第j号断面的平均水位。 (3) 计算方法方程离散采用四点加权Preissmann固定网格隐式差分格式，采用已较为成熟的河网三级联解算法求解。 2.2. 一维水质数学模型 (1) 一维水质迁移转化基本方程[ 11 ] (5) 式中，A、Q、C分别为断面过水面积、流量、污染物浓度；E x 为纵向离散系数；K为污染物降解系数。 (2) 网河区污染物汊点平衡方程 (6) 式中，Z为水位；Ω为河道汊点节点的过水面积。 2.3. 闸(泵)控制模拟模块 水闸调度以闸门内外设置的两个节点水位为控制参数，以闸门开度确定调度状态和过流形式，采用闸孔出流基本公式计算过流量： (7) 式中，ε为侧收缩系数；σ s 为淹没系数；b为闸门宽度；e为闸门开度；μ为流量系数； 为全水头，H为闸门上游水深，v 0 为行近流速，α 0 为动能修正系数。 对于有闸门存在的河段，圣维南方程组不再适用，必须根据水力特性作特殊处理，可采用迭代内边界控制法求解[ 12 ] 。 2.4. 水量水质调控模型 基于闸泵调度联合调度的感潮河网区水量水质调控是运用三角洲联围各水闸和泵站，在保证满足联围水利控制片区防洪排涝和基本用水需求的前提下，引入外江满足水质要求的淡水来置换联围内河涌污水，实现在尽可能短的时间内使得调度期末内河涌水质最佳、蓄水量最大的目标。 2.4.1. 目标函数 兴利目标函数 (8) 减污目标函数 (9) 式中， 为调度期末感潮河网区内河涌第i河段污染物浓度， 为内河涌第i河段蓄水量。 2.4.2. 约束条件 (1) 河网区内河涌水位约束。内河涌水位不得超过防洪排涝控制水位，避免水流漫溢形成内涝；为保证各片区生活生产用水，内河涌水位不得低于最低限制水位。 (10) 式中， 、 、 分别为t时刻内河涌第k断面处水位、最低限制水位、最高限制水位。 (2) 调度历时约束。 (11) 式中， 为调度历时； 为可接受的最长水量水质调度历时。 (3) 进水闸进水条件约束。枯水期咸潮上溯，当外江含氯度不超标，且闸外水位高于闸内水位时，方可开闸引水。 (12) (13) 式中， 、 分别为 时刻第 个进水闸(或泵)进水口的含氯度、取水允许的最高含氯度，一般地，水厂取水要求 不高于250 mg/L； 、 分别为 时刻第 个进水闸的闸内、闸外水位。 (4) 排水闸排水条件约束。当闸内水位高于闸外水位时，方可开闸排水。 (14) 式中， 、 分别为 时刻第 个排水闸的闸内、闸外水位。 (5) 闸泵运用方式约束。水闸工程在实际运行过程中，为避免出现不利工作状态，闸泵的启闭机运行往往存在诸多约束和技术性限制条件。主要有： ①水闸仅存在全关和全开两种状态。 ②闸泵运行状态持续时间约束。为避免水闸泵站启闭过于频繁，闸泵维持某一特定状态必须维持一定时长 (15) 式中， 、 分别为内河涌第j座闸(或泵)维持某一特定工作状态(如闸门全开或全关)的时长、允许的最短时长。 ③闸泵启闭速度约束。与闸泵特性相关，对调度模型水动力计算稳定性和对水流方向的控制都有一定影响。 (16) 式中， 、 、 分别为闸门启闭单位高度(或泵站增减单位抽排流量)的用时、允许的最小和最大用时。 ④闸(或泵)安全运行条件约束。 (17) (18) 式中， 、 分别为 时刻第 个闸内外水位差、闸门安全运行允许的最大水位差， 、 分别为 时刻第 个闸(或泵)过流量、设计最大过流量。 根据调度需求的不同，适当改造调度目标函数，给定相应的边界条件和调度规则，上述所建立的感潮河网区水量水质调控模型可应用于研究区防洪、排涝、防咸、供水等。
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user: 4. 结论 1) 针对感潮河网区水系、水动力以及工程特点，以网河区一维水动力数学模型、一维水质数学模型以及闸泵控制模拟模块为基础，考虑河网区水文及工程相关约束，建立了基于闸泵群调度的感潮河网区水量水质调控模型，该模型能够拓展应用于防洪、排涝、防咸、供水等其他目标调度。 2) 以珠江三角洲典型研究区为例，开展了水量水质调控方案研究，结果表明调度时段为小潮至中潮、采用单一水闸排水时水量水质调控效果最优。 3) 在控制污染源前提下，采用科学的闸泵群调度，能优化河网区水流流路，实现水体有序流动，加快水体循环，在提高内河涌水量的同时有效改善水质。 4) 受外江咸潮影响，部分水闸无法引水，中顺大围西南部河涌水动力、水环境改善不佳，可加长调度历时或开启东河泵站抽排，提升水量水质调控效果。 5) 典型感潮河网区水量水质调控模型与珠江三角洲一维潮流模型、水质模型、盐度模型以及人类活动影响下的典型区陆面水量水质模型的耦合，以及模型参数进行率定验证有待进一步完善。
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user: 摘 要 流域源解析可为水环境综合整治提供依据。本文采用调查和数学模型估算溧阳重点流域内点源和面源的典型水污染物的排放量和贡献率。结果显示，渔业养殖、种植农村生活污水和污水厂是溧阳主要的水污染源。工业排放的污染物虽然贡献率较小，但是从2011到2013有逐年增加的趋势。种植业的总氮、总磷排放量分别占溧阳排放总量的46.24%和46.88%。渔业养殖排放的COD、总磷分别占溧阳排放总量的26.01%和40.83%，且排放贡献率有增加的趋势。点污染源排放的COD、氨氮、总氮、总磷的贡献率分别为37.12%，44.02%，21.30%和7.63%，而面源的相应污染物的贡献率分别为62.88%，55.98%，78.70%和92.37%。对面源的管理控制措施是溧阳水环境整治的重点。 关键词 :水污染，调查，贡献率，源解析
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user: 1. 引言 我国工业、生活排放的废水高达1.64亿m 3 /d [ 1 ] [ 2 ] ，并以18亿m 3 /a的速度增长，对水环境产生巨大压力。生活污水、工业废水和农业面源是城市水环境的主要污染源[ 3 ] ，控源与污染治理是改善区域水环境的重要措施。溧阳经济发展程度较高，工业化、城镇化进程不断加快，水资源开发利用程度加深，同时处于太湖流域上游地区，境内水系发达，其水环境质量对太湖水质改善有重要作用，然而溧阳地区各类水污染源对水环境质量的贡献量仍不清楚，因此本文通过调查及数学模型，核算溧阳工业、生活及农业的典型水污染物排放量及其对溧阳水环境的贡献率，筛选重点排放源，为溧阳水环境综合整治提供依据。
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user: 2. 重点水污染源调查 2.1. 调查内容和方法 本次调查主要通过溧阳环保部门、污染企业、镇政府、农业委员会、水务局等部门的走访、收集资料并结合溧阳重点流域的实地踏勘，对溧阳重点流域影响较大的溧城、别桥、埭头、上黄、竹箦、南渡6镇的生活、工业及农业污染源进行排查，面积约376.36 km 2 ，收集2011~2013年的相关资料。调查区域涉及到常州河、丹金溧漕河、南河、竹箦河、芜太运河、中河、赵村河、马垫河、溧戴河等河流的汇水区域。 2.2. 点污染源调查及入河污染负荷估算 本研究的点污染源主要为直排污水的工业企业和城市污水处理厂。溧阳市工业发达，共涉及化学原料和化学制品制造业、黑色金属冶炼和压延加工业、纺织业、酒、饮料和精制茶制造业等15个行业。本研究区域内调查了89家污水直排企业和9家污水处理厂。溧阳各污水处理厂出水均达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准，处理的水质水量年际变化量不大，约72，600 t/d。2011~2013年工业企业和污水处理厂污染物排放量如表1所示。 2.3. 生活污染源调查及入河污染负荷估算 根据溧阳统计年鉴，2011~2013年的城镇人口分别为29.66，30.62和30.45万人，农村人口分别为20.81，50.70和20.24万人。溧阳建成区内的城镇生活污水接管率可达88%，经城市污水处理厂处理后排入丹金溧漕河、中河或赵村河。但由于建成区雨污分流不彻底、污水管网未到位，仍有少量生活污水直排入水体，入河率为0.096。农村地区建设有分散式污水处理设施，但大部分农村分散的生活污水收集处理率不高，入河率约为0.7。根据《太湖流域主要入湖河流水环境综合整治规划编制技术规范》[ 4 ] 中产污系数，计算生活污染对水环境的污染负荷，如表2所示。 2.4. 农业污染源调查及入河污染负荷估算 农业面源污染主要来自种植业、水产养殖和畜禽饲养。农业面源污染不易监测，分散隐蔽且不确定性大，难以做到准确计算[ 5 ] [ 6 ] 。溧阳近年持续进行畜禽养殖业污染综合整治工作，畜禽粪便基本实现三分离一净化，其对水体污染量较小，因此本文仅估算种植业和水产养殖业的重点水污染物入河量。 农田施用的农药、化肥由于灌溉、降雨等作用，部分流失进入地表水体，造成种植业面源污染[ 7 ] [ 8 ] 。溧阳建设用地不断增加、耕地面积持续下降、2011~2013农田面积分别为541，916、526，734、501，906亩。根据《太湖流域主要入湖河流水环境综合整治规划编制技术规范》，COD、NH 3 -N、TN、TP农田径流排污系数分别为10 (kg/亩·年)、2 (kg/亩·年)、20 (kg/亩·年)、2 (kg/亩·年)，农田污染物入河系数均为0.1，估算种植业典型污染物入河污染负荷，如表3所示。 溧阳地区主要水产养殖种类为青鱼、草鱼、鲫鱼、虾类、蟹类。调查各水产养殖种类的养殖数量，并根据《水产养殖业污染源产排污系数手册》[ 9 ] 中各鱼类的产污系数计算水产养殖业的COD、TN和TP的排放量，如表3所示。
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user: 3. 水污染贡献率研究 工业、污水处理厂、城镇及农村生活污水、种植业和水产养殖所排放的COD、氨氮、总氮和总磷的贡献率如图1所示。 溧阳市2011~2013 COD入河总量分别为6047.5、6291.1和6488.0 t，呈逐年上升趋势。从2011~2013年平均贡献率上看，各污染源COD贡献率排序为渔业 > 农村生活 > 污水处理厂 > 工业 > 种植业 > 城镇生活。渔业养殖、农业生活水和污水处理厂是主要的COD排放源，其贡献率分别为26.01%、22.43%和22.12%。工业污水贡献率较低，约为COD总排放量的15%，但排放量逐年增长，与2011年相比，2012、2013年工业污水贡献率3.68%和5.79%。点源污染对COD贡献率为37.12%，面源污染对COD贡献率为62.88%。 Table 1 The pollution emissions from sewage treatment plants (t 项目 COD NH 3 -N TN TP 工业 2011 716.37 54.89 - - 2012 1243.9 89 - - 2013 1496.1 95.6 - - 污水处理厂 2011 1387 221.92 416.1 13.87 2012 1387 221.92 416.1 13.87 2013 1387 221.92 416.1 13.87 表1. 污水处理厂污染物排放量(吨) Table 2 The pollution emissions from domestic pollution sources (t 污水种类年度 COD NH 3 -N TN TP 城镇生活污水 2011 374.18 51.97 83.15 3.12 2012 386.19 53.64 85.82 3.22 2013 384.11 53.35 85.36 3.2 农村生活污水 2011 1435.81 212.71 319.07 10.64 2012 1385.31 205.23 307.85 10.26 2013 1396.3 206.86 310.29 10.34 表2. 生活污染源污染入河量(吨) Table 3 The pollution emissions from planting (t 年度 COD NH 3 -N TN TP 种植业 2011 541.92 108.38 1083.83 108.38 2012 526.73 105.35 1053.47 105.35 2013 501.91 100.38 1003.81 100.38 水产养殖业 2011 1592.2 - 318.2 86.07 2012 1629.11 - 340.38 91.83 2013 1674.28 - 354.57 95.67 表3. 种植业污染物入河量(吨) 图1. 各污染源的贡献率分布图 溧阳市2011~2013年氨氮入河总量分别为649.9、657.5和653.9 t。从2011~2013年平均贡献率上看，各污染源氨氮贡献率依次为：污水处理厂 > 农村生活 > 种植业 > 工业 > 城镇生活。污水处理厂、农村生活污水和种植业是主要的氨氮排放源，其平均贡献率分别为33.95%、31.86%和16.02%。工业污水的氨氮排放贡献率约10%，但排放量逐年增长，与2011年相比，2012、2013年工业污水氨氮贡献率分别增加了2.4%和2.47%。种植业由于农田面积的降低和农药化肥施用强度的降低。氨氮排放贡献率有小幅下降，与2011年相比，2012、2013年种植业氨氮贡献率分别降低了0.66%和1.33%。渔业养殖没有估算氨氮。点污染源对氨氮贡献率为44.02%，面源对氨氮贡献率为55.98%。 溧阳市2011~2013年总氮入河总量分别为2275.2、2275.0和2241.5 t。2011~2013年平均贡献率上看，各污染源总氮贡献率依次为：种植业 > 污水处理厂 > 渔业 > 农村生活 > 城镇生活 > 工业。种植业、污水处理厂和渔业养殖是主要的总氮排放源，平均贡献率分别为46.24%、18.38%和14.92%。种植业中由于氮肥的流失成为总氮的最大贡献源。点污染源对总氮贡献率为21.30%，面源对总氮贡献率为78.70%。 溧阳市2011~2013年总磷入河总量分别为222.1、224.5和223.5 t。2011~2013年平均贡献率上看，各污染源总氮贡献率依次为：种植业 > 渔业养殖 > 污水处理厂 > 农村生活 > 城镇生活。种植业、渔业养殖和污水处理厂是主要的总磷排放源，平均贡献率分别为46.88%、40.83%和6.21%。种植业中由于化肥的流失成为总磷的最大贡献源，随着农田种植面积的降低，2012、2013年农业总磷贡献率分别比2011年降低了1.88%和3.88%但随着养殖规模的扩大，2012、2013年渔业养殖的总磷排放贡献率比2011年增加了2.2%和2.06%。点源污染对总磷贡献率为7.63%，面源对总磷贡献率为92.37%。
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user: 4. 结论与建议 (1) 渔业养殖、种植农村生活污水和污水厂是溧阳主要的水污染源。工业排放的污染物虽然贡献率较小，但是从2011到2013有逐年增加的趋势。种植业的总氮、总磷排放量分别占溧阳排放总量的46.24%和46.88%。渔业养殖排放的COD、总磷分别占溧阳排放总量的26.01%和40.83%，且排放贡献率有增加的趋势。 (2) 点源污染(主要包括工业、污水处理厂)排放的COD、氨氮、总氮、总磷的贡献率为37.12%，44.02%，21.30%和7.63%，而面源污染(城镇分散生活污水、农村生活污水、种植业、渔业)对COD氨氮、总氮、总磷的贡献率为62.88%，55.98%，78.70%和92.37%。面源污染物对区域水环境污染贡献率大于点污染源。 (3) 为有效减少溧阳市各污染物入河量，应加强工业企业管理，减少工业废水排放，加快农村生活污水处理厂建设，减少农村污水直排入河，有效控制农村生活污水，提高生态养鱼比率，减少渔业产生的污染物。
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user: 摘 要 分析煤炭开采对矿区环境质量的影响，包括大气环境、水环境、土壤环境、地质环境和生物多样性等多个方面。对矿区主要的修复技术进行探讨，比较国内外对于矿区生态修复的研究情况，旨在对矿区的保护、规划和整治提供科学的参考和依据。 关键词 :矿区环境质量，修复技术，生态修复
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user: 1. 引言 随着全球性矿区环境问题的日益加剧，矿区的修复以及可持续发展已经成为探讨的主要方向。结合我国的能源结构来看，煤炭资源仍然占据主导地位，因此，研究矿区环境质量的影响以及修复技术有助于矿区生态环境的保护、促进矿区的可持续发展以及对矿区的规划和整治提供科学的依据。
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user: 2. 煤炭开采对矿区环境质量的影响 2.1. 对大气环境的影响 露天采场在生产过程中，往往会使用一些大型的移动式机械设备和大爆破，如爆破和采用柴油机为动力的设备等[ 1 ] 。因此，使矿区内空气受到了一系列尘毒污染。常见的污染物质主要有粉尘、有害有毒气体和放射性气溶胶。由于生产工序的不同，产尘量与所用的机械设备类型、岩石性质、生产能力、作业方法及自然条件等许多因素有关。露天开采强度大，机械化程度高，受地面气象条件影响，产生的气体常具突发性，不利的气象条件及不良的自然通风方式，甚至可使局部污染扩散全矿，引起整个地区的大气污染。选矿生产过程中产生的大量粉尘和有毒物质，是引发矿区大气污染的重要因素。在自然及运输车辆产生的风流作用下，尾矿粉很可能会直接扬起，使大气中粉尘浓度增高，严重污染了矿区的空气质量。此外，矿区内繁忙的交通运输产生的富含重金属物质的废气，矿区冶炼厂、烧结厂、电厂产生的浓烟以及矿区燃煤产生的有害物质，综合构成了矿区的大气污染。 2.2. 对水环境的影响 矿区出现裂缝、发生塌陷事故、矿井疏干排水，使得矿山水文地质条件发生变化。地下水位下降、井泉干涸，形成了大面积的疏干漏斗；地表径流的变更，使得水资源枯竭，水利设施也丧失了相应的功能，严重影响了农作物的耕种[ 2 ] 。 矿山开采过程中产生的矿坑水、废石淋滤水等，一般较少达到工业废水排放标准，严重影响水生生物的生存繁衍与人畜生活饮用。采矿造成的水资源污染主要是地表水资源污染和地下水资源污染。地表水资源污染是指选矿水和选矿废水排人地表水体后所造成的污染。在采矿生产过程中，露天开采或地下开采疏干排水和废石淋溶水都含有较高的悬浮物及重金属等污染物，进入水体后会增加水体的混浊度，造成地表水体的有机污染和重金属污染，严重影响水体的纳污能力。另外，在雨天时，露天堆煤场及矸石排放的大量废水容易使矿区周围的河流、湖泊变成黑色死水，污染了水体。相对地表水资源污染来说，地下水资源污染的影响深远，且更具有隐蔽性，此外还难以恢复。随着矿产资源开采强度和延伸速度的不断加大，矿区地下水位大面积地下降，导致缺水地区供水更加紧张，影响当地居民的正常生活和生产。例如，甘肃省石羊河下游的民勤县，因连年矿产超采，地下水位的下降速度达到每年0.5m~0.8m，地下咸淡水层串通，水的矿化度也不断增大，甚至有高达每升3克，既不能作为饮用水，也不适宜于农田灌溉，造成地表生态系统非常严重的破坏，致使28万亩人工育林、73万亩天然林枯死，2528.5 km 2 土地盐碱渍化[ 3 ] 。 此外，露天矿坑和井工矿抽排地下水使得矿区地下水位不断下降，矿山开采直接破坏地表植被，导致植被退化，造成土地贫瘠，最终矿区形成了大面积的人工裸地，极易被雨水冲刷。排土场和尾矿的占地导致地面的起伏及沟槽的分布，增加了地表水的流速，使水土更易移动，加上雨季雨水的冲刷，土壤大量地流失，加剧了水土流失。 2.3. 对土壤环境的影响 采矿后留下的大多是新土或矿渣，由于表层土被清除，加上大型采矿设备的重压，使得土壤坚硬、板结，有机质、养分与水分流失。地面的塌陷直接导致地下水位下降、土壤裂隙的产生。土壤中的营养元素也随着裂隙、地表径流流入采空区或洼地，造成许多地方土壤养分短缺，土壤承载力下降。经过雨水冲刷、淋溶，矿山固体废渣中的有毒有害成分极易渗入土壤中，造成土壤的酸碱污染、有机毒物污染与重金属污染。当污染物超过土壤的纳污和自净能力时，其自身的组成结构与功能发生变化，土壤开始向外界环境输出污染物，最终导致土壤资源的枯竭和水体功能的丧失。并且，土壤污染在地表径流和生物地球化学作用下还会发生迁移，危害毗邻地区的环境质量，受污染的农作物则会通过食物链危害动植物和人体的健康。 2.4. 对地质环境的影响 由于地下被采空，地面及边坡开挖影响了山体、斜坡的稳定，水文和地质条件都发生改变，加剧了地面塌陷、开裂、崩塌和滑坡等事故的发生。此外，矿山排放的废渣和外排土堆积在山坡或沟谷，废石与泥土混合堆放，使废石的摩擦力减小，透水性变小而出现渍水，在暴雨来临时也极易诱发泥石流等灾害[ 4 ] 。 2.5. 对生物多样性的影响 废渣排放、植被清除、水土流失、土壤污染与土地退化都严重影响着矿区动植物的生存，对矿区生物多样性的维持都是不可逆和致命的，严重威胁到动植物生存和发展。一些耐性物种能在矿区实现植物的自然定居，但是由于生物多样性的丧失，植被质量的形成也相对低劣，加上矿山废弃土地的土层薄、土壤不肥沃、生物活性差，受损的生态系统恢复非常缓慢，往往要50~100年，所以，矿山开采对生物多样性的影响是不可逆的。
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user: 3. 矿区主要的修复技术 生态重建与土地复垦一直以来都为经济发达国家所重视。最早开始进行生态重建与土地复垦的国家是德国和美国。德国早在20世纪20年代初就开始进行露天开采褐煤区的绿化工作；美国Indiana煤炭生产协会在l9l8年就自发地开展实验，并在煤矸石堆上进行种植试验，后来的《1920年矿山租赁法》又明确要求保护土地与自然环境[ 5 ] 。 矿区生态重建主要是按照采矿的时空发展顺序和最终符合人类需求和价值取向，重新建立一个高水平、可持续的支持系统；矿区生态重建不是一项单纯的治理项目、工程技术，而是从矿区的整个社会形态、经济结构、产业布局、价值伦理、人类行为等进行区域综合规划、评价、管理和整治；矿区生态重建不仅要对采矿造成的污染进行限制、赔偿和投资，而且还应该从社会–经济–自然的复合生态系统的角度，突出人地关系，追求整体协调、共生协调和发展协调。 3.1. 物理性修复 物理性修复是利用机械力把弃渣堆和废弃的尾矿“削高垫低”，恢复地貌、改善土壤环境与生物措施相结合的措施。加强护坡岸工程，即矿区采场台阶、边坡以及公路等附属工程的边坡，应全部规划护坡工程，以防止采场及公路等出现滑坡、崩塌。此外，矿区的下游河道也应当进行河坝、河堤等加固、加高，经常清理河床淤积的泥沙石，以防洪水。覆盖、培育与维持表土，改善土壤结构，建立植被覆盖，有效控制土壤侵蚀。改进矿区退化土地的物理特性的方法有粉碎压实、剥离、分级、排放等技术，实际的操作包括排流水道、梯田种植、稳定塘设置、覆盖物或者有机肥得施用等。植物残体余物可作为覆盖物将土表层与极端气候变化隔开，减少土壤侵蚀和增加土壤的持水量。除此客土、排土法也是一种有效的措施。由于重金属污染大多集中于地表数厘米或较浅层。挖去污染层，用无污染客土覆盖于原污染层的位置可以很好地解决重金属污染问题。但此法需要耗用大量的劳动力，并且需要有丰富的客土资源，因此实施起来也有一定的困难。 3.2. 化学改良法 根据对许多矿山的研究资料发现，矿山尾矿及废弃矿中均缺少植被生长所需的氮、磷、钾等物质以及有机质。所以首先要恢复土壤的肥力，提高土壤的生产力，方可将修复后的土地用于农业生产。因此，对矿山土壤进行化学改良是必要的前提。有机废弃物如垃圾、污水污泥或熟堆肥可以作为土壤的添加剂或者改良剂，并且在某种程度上可以充当一种缓慢释放的营养源，同时也可通过螯合有毒金属而降低其毒性。有机肥对土壤中的多种污染物存在明显的影响效果。另外，尾矿的治理与综合利用也是相当重要的一个环节，因此可采用以下几种措施：① 从废弃物中进一步回收有用元素；比如说德兴铜矿，该矿厂于1978年研制出了旋流器，将铜矿尾矿中含有的大量硫等污染物进行了回收与综合利用，大大地提高了矿山的经济效益，并且减少了环境的污染[ 6 ] 。② 用尾矿与废石作为井下采空区的充填材料；③ 开发建筑材料(如：空心砖、瓦等)；④ 填沟造地。 3.3. 植被修复 植被修复是一种非常有效并且十分常见的生态修复技术，而且适用条件广泛，很容易被大多数矿山企业采纳。土壤覆盖厚度一般50 cm以上，以满足植物的萌发和生长。无论是污泥或是其他客土，其与尾矿砂的比例为1:1时对植物的生长最有利[ 7 ] 。进行基质改良是使植被恢复获得成功的必要前提。进行植被恢复是首先应对污染元素进行分析，然后再对土壤的物理化学、生物化学性质进行分析，查明土壤的pH值、土壤通气性、含水量、土壤氮素及土壤温度等，进而选择植被品种。由于豆科植物可积累氨，所以在选择过程中，最为简便和经济的方法就是种植豆科植物或者其他的固氮植物。选择植被品种应该遵循的原则：① 优先选择固氮树种；② 选择生长快、适应性强、抗逆性好的树种；③ 尽量选择当地优良的乡土树种和先锋树种，也可以引进外来速生树种；选择树种时不仅要考虑经济价值高，更主要是树种的多功能效益，如根系发达、培肥矿土和保持水土效果好的树种。另外，由于不同植物对不同污染物有一定的适应性，进行植被重建时应考虑污染物。选择出既具备良好的生态适应性，又具有较好适宜性的物种。此外，微生物在恢复一个受干扰的生态系统中的作用也是不可忽视的。成功选择树种后，还应注重栽植和播种技术，选择优良的苗木和种子，栽植时可用生根粉或相关产品浸根，促进生根成活。秋季栽大苗应考虑水分条件，雨季栽植针叶树必须在透雨后进行。应当主要在春季进行造林，秋季应作为辅助造林的季节，还需因地制宜地进行。结合种植可以使土壤有机质含量得到增加，从而提高土壤中微生物的数量，使得养分循环得以顺利进行[ 8 ] 。
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user: 4. 目前国内外矿区生态修复的研究进展 4.1. 国内矿区生态修复的研究 中国近50年以来对矿区进行的生态修复工作可分为4个阶段[ 9 ] ： ① 上世纪50年代，主要进行的土壤修复工作是为了达到矿区土地可进行农业耕种的目标，矿区土地修复沿用传统的修复思路：即通过填埋、刮土、复土等措施将退化的土地改造为可耕种的土地； ② 上世纪70到80年代，土地修复开始系统化，矿区土地资源的稳定利用以及相关的一些基本环境工程配套问题也得到了高度的重视； ③ 上世纪90年代，在矿区土地修复问题的基础上，生态学方面的一些内容得到充分补充。其中包括：a) 选用适宜的表土、植物和肥料；b) 研究先锋植物根的生长模式及根系分布结构；c) 研究重金属的迁移模式；d) 优化回填肥料的性质，例如利用粉煤灰或煤炭垃圾回填或促进植物的生长；e) 在生态恢复的过程中综合考虑景观美化、可持续性发展和人与自然的和谐等问题。在这个时期，矿区土地修复研究与应用已融入了生态学的观点。 ④ 21世纪以来，生物修复技术得到重视，该项技术是以矿区的生态系统健康与环境安全为目标。其中包含了金属矿区土壤的植物修复、动物修复、微生物修复及其联合协同修复等多项生物与环境的新技术。随着研究的逐步深入、时代的发展，很多新的技术与方法，以及创新理念会不断出现在矿山生态修复的工作中。 4.2. 国外矿区生态修复的研究 据美国矿务局的调查，美国被废矿所占土地中约占47%的废弃地恢复了生态环境[ 10 ] 。美国在沙漠及废弃矿地用原产于北美东南部的短叶松，通过实生苗接种豆马勃根瘤菌，在立地条件差的废弃物、荒原、沙漠造林，成活率可提高4倍，并抗旱、抗病和抗反常气候变化。 德国著名的莱茵褐煤矿区，在大量的科研工作的指引下，经过几十年的林业复垦，也取得了很大的成效[ 11 ] 。 俄罗斯的米哈伊洛夫卡采选公司的选矿用水采用的是露天矿的排水，减少了露天矿的排水对地面水体的污染。 英国采用表面覆盖法对露天煤矿进行复垦、种植耐锌牧草，成功地处理了锌冶炼厂废弃物，并改善了生态环境。 前苏联施用石灰和肥料等，降低了土壤酸度，在露天煤矿采矿场的强毒土堆造林(其毒性主要是硫化物，pH值2.8)，促进了林木的生长 [ 8 ] 。 由于含有大量的硼元素，新西兰著名的Wangaloa煤矿在恢复植被时引进了喜硼植被，使复垦工作也取得了显著的成效[ 12 ] 。 印度通过施用石膏、有机肥，改良了土壤盐碱化地问题，结合考虑排水，并选择适当的树种，主要采用麻黄和银合欢等，对废弃物地进行造林，取得了明显的效果[ 13 ] 。 综上，目前国内外生物修复技术应用最为广泛的主要有下列三种： ① 生态农业复垦技术。这种方法是根据生态学、生态经济学的原理，应用生态工程技术和复垦工程技术，通过合理地调配植物、动物、微生物等，进行立体种植、养殖和加工。植物修复技术可分为植物提取、植物挥发、植物过滤、植物钝化等[ 14 ] 。这项复垦技术在我国的应用十分广泛，效果也相对明显[ 15 ] 。 ② 生物复垦技术。这项技术是指利用生物的措施来恢复土壤肥力和生物生产能力的措施。生物复垦技术的作用在于改良土壤耕作层的理化特性，为植物的生长提供有利条件[ 16 ] 。 ③ 微生物复垦技术。是指利用微生物与有机物的混合剂或微生物活化剂，对复垦后的贫瘠土地进行改良和熟化，提高土壤活性和恢复土壤的有机肥力，以促进农业的生产。有研究发现[ 17 ] ，抗汞的微生物(假单胞菌属等)能把甲基汞还原成元素汞；氧化亚铁硫杆菌在pH为3时能将Fe 2+ 氧化成Fe 3+ ；土生假丝酵母、粉红粘帚霉和青霉等能使砷酸盐形成甲基砷；光合紫细菌则能使氧化元素硒转化为硒酸盐。不少细菌产生的特殊酶能还原重金属，且对不少重金属如Cu、Cd、Mn、Pb等有亲和力。微生物复垦技术的科技含量很高，并且环保无污染，但是在目前我国还未引进该项技术[ 18 ] 。
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user: 5. 结论 对于矿区环境质量的影响主要集中在大气、水、土壤、地质和生物多样性等多个方面。通过对矿区的物理、化学以及生态修复技术的探究和探讨，可以在一定程度上为解决矿区的环境问题提供指导和依据，以便逐渐改善矿区的环境问题。
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user: 摘 要 本文对干旱山区雨水资源在国内外的发展和利用情况进行了综合论述，并对就地拦蓄入渗、覆盖抑制蒸发和雨水富集叠加三种雨水资源利用技术的应用特点和优缺点进行了介绍，尤其对就地拦蓄入渗利用技术包括的水保工程技术和水保耕作技术，土壤覆盖抑制蒸发技术包括的黑色、白色、绿色、化学、砾石和土壤覆盖技术和雨水富集叠加利用技术包括的集流技术、贮水技术和高效利用技术的节水方式、技术特点和使用条件进行了详细的分析，同时，介绍了一些应用成功的案例。另外，从雨水集蓄利用与水土保持的关系，以及雨水积蓄利用技术对整个区域环境的影响进行了分析，雨水集蓄利用在水土保持中具有积极的作用和意义，尤其在干旱半干旱地区，要采取合理的雨水资源利用技术来有效的防止雨水资源的过度利用对环境的负面影响。 关键词 :干旱山区，雨水资源，利用
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user: 1. 引言 干旱是一个长期存在的难题，我国干旱半干旱面积约占国土面积的52.5%，干旱问题不仅制约着农、林、牧业的持续发展，而且还严重影响着人类的生存环境。尤其是西北干旱半干旱地区，植被稀少，气候干燥，年降雨量少，地表水和地下水资源贫乏，地下水埋藏深，仅靠开发常规的水资源解决干旱问题，不仅技术上难以实现，经济上也难以承受，而雨水是最能被植物直接利用的水资源，且不受山区地形破碎、地貌高低起伏的限制。因此，利用雨水资源是解决或缓解干旱山区状况的最重要途径。
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user: 2. 雨水资源利用的发展 雨水利用作为一项古老的富集天然降水利用方式，在以色列、土耳其以及非洲、拉丁美洲和亚洲的许多国家已流传了数千年，并一直延续至今。对于农村地区的雨水集蓄利用，规模最大的是泰国，其雨水收集利用已有4000多年的历史，尤其在20世纪80年代，泰国东北部农村地区，普遍利用传统的400~600 L的陶瓷罐来收集雨水；澳大利亚在农村及城市郊区的房屋旁，普遍建造了用波纹钢板制作的圆形水仓，收集来自屋顶的雨水。美国得克萨斯州人一般用小水池蓄存径流用于农业灌溉，说明集流农业技术所花的代价比一般工程要低；国外经验证明，雨水集蓄利用技术在解决生活和农业生产用水上都有广泛的应用，特别在干旱、半干旱地区是解决水资源短缺问题，发展农业生产、改善生态环境的有效措施。 我国雨水利用也由来已久，在农业生产方面，早在4000年前的周朝，就利用中耕等技术增加降雨入渗，提高作物产量；秦汉时期在一些地方修建涝池塘坝拦蓄雨水进行灌溉；修筑梯田利用雨水的方式则可以追溯到东汉。在生活用水方面，干旱地区的农民用水桶、瓦盆等收集降雨时屋面滴檐水饮用；水窖修筑历史也有数百年，在甘肃会宁有一清朝末年修筑的水窖至今仍在使用。20世纪50年代，人们利用窖水点浇玉米、蔬菜等，突破了原来只用窖水作为生活饮用水的观念；80年代后期，这一思路迅速发展，人们将收集的雨水用于发展庭院经济和大田作物蓄水关键期的补充灌溉；1988年以来，甘肃省在中东部干旱缺水地区开展了雨水利用试验示范研究，并将其成果进行推广；1995年在干旱半干旱地区实施了“121雨水集流工程”，宁南山区实施“窑窖农业”，内蒙古自治区在准格尔旗和清水河县进行了“112集雨节水灌溉工程”试验示范研究；陕西、山西、河南、河北、江苏、浙江、贵州等省亦进行了雨水利用实验研究。各地开展的雨水集蓄利用研究对解决水资源短缺，促进脱贫致富和经济发展起了显著的作用。
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user: 4. 雨水集蓄利用对区域环境的影响 4.1. 雨水集蓄利用与水土保持 从生产实践角度看，通过修筑梯田、鱼鳞坑、水平阶等水土保持工程措施和松耕、等高耕作等水土保持耕作措施，就地拦蓄雨水径流入渗，拦截分散了地表径流，减轻了对土壤的冲刷侵蚀，水土保持作用十分明显。从雨水利用角度看，就地入渗拦蓄属于被动雨水利用，通过一定的人为措施对自然的水文循环进行干预，具有一定的局限性，譬如，严重的春旱和夏初旱使作物生长很差或完全枯死，强度降雨会对裸露的地表产生严重的冲刷；若在田头路边修一些蓄水池，拦蓄降雨集中时期多余的雨水径流，到作物需水关键期进行补充灌溉，即解决作物、林木在旱季因缺水而枯死减产的问题，又防止了暴雨径流对坡面、路面、沟头的侵蚀，这是雨水主动利用。因此，雨水集蓄利用是“就地入渗拦蓄”的进一步延伸和拓展，在水土保持中具有更积极的作用和意义。 4.2. 雨水集蓄利用对区域生态环境的影响 一方面，干旱半干旱地区利用集蓄雨水节灌作物、林草，提高作物产量和林草成活，改善了农田生态系统，增强了区域生态系统的稳定性；雨水集蓄利用具有拦泥减沙的作用，庭院屋顶雨水集蓄利用解决了饮水问题，城市雨水集蓄可用于绿地灌溉、城市清洁等环境改善，地下水补灌可缓解已形成的地下水漏斗和由此产生的地下水环境问题，这些都产生了良好的环境效益。另一方面，由于人工雨水收集干扰了正常的水文循环，对区域的径流、蒸发、入渗及地下水位产生影响，尤其在降雨量少的干旱半干旱地区，要防止雨水资源的过度利用对环境的负面影响。
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user: 5. 结语 在干旱地区，缺水和水土流失严重地制约着农、林、牧业的发展，一方面是严重缺水，另一方面水土流失造成水资源的大量浪费，这是矛盾的两个方面，而矛盾的焦点都集中在水上。雨水资源是该区最重要的水资源，雨水集蓄利用工程是农村基础设施的重要组成部分，既改善生产条件，又改善农民的生活条件和农村生态环境，有效地利用有限的雨水资源是直接为农村经济建设服务的一项重要工程。
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user: 摘 要 自2015年8月起，长江干流武汉段及汉江下游爆发水葫芦入侵现象。长江水利委员会水文局组织应急调查小组进行实地调查。结果发现，汉江水葫芦主要由涵闸河等汉江支流排入，而汉江支流水葫芦主要来源于汉江下游平原河网地区。在汛期水葫芦生长旺盛期间，突发性的强降水导致内河水位抬高，从而将集聚于静水中的水葫芦排入河网，顺流而下，直至长江。本次爆发的水葫芦事件虽未对长江干流水质产生较大影响，但能引起有关部门的高度关注。 关键词 :水葫芦，应急监测，汉江，水质
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user: 1. 引言 水葫芦学名凤眼莲(Eichhornia crassipes)，是一种原产于热带美洲的水生植物，早期引种是由于其具有观赏价值或可以用作动物饲料，后来发现水葫芦可以净化水体，治理河湖富营养化，于是在生态修复工程中得到了较广的应用[ 1 ] [ 2 ] 。但作为外来物种，其极强的繁殖力又容易对当地生态造成灾难性的后果，因此也被认为是世界上危害最为严重的恶性杂草之一[ 3 ] 。 水葫芦高发地区主要分布在我国南方省市，而在武汉地区泛滥成灾也有近几十年的历史，最早仅见于汉江，后又由汉江漂流入长江。自从2001年起，每年自汛期8月份开始，长江干流武汉段及汉江下游均发生大量水葫芦入侵现象。2015年8月，汉江下游河道又发现有大量水葫芦异常生长，顺流沿江而下直至武汉城区长江干流，并在沿江回水、死水区大量聚集，对沿江的航运、水体水质、生产作业安全、景观、水生态等均产生不利影响。 面对今年汉江下游水葫芦入侵情况，长江水利委员会水文局立刻启动应急监测预案，组织应急调查小组，着重调查汉江下游水葫芦的来源、异常生长原因、迁移路线及其对水体水质、水生态的影响，以便提出科学合理的治理措施，以防水葫芦泛滥成灾。
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user: 2. 方法 2015年9月，调查小组以汉江入江口龙王庙断面为起点，沿江上溯，通过现场查勘、走访地方水利机构、进行公众调查等方式对水葫芦的成因、漂移路线、水面覆盖率等进行了调查，重点勘查了汉江入江口至汉北河新沟闸河段、水葫芦异常生长的汉江第二支流涵闸河，共调查河长近70余公里，并对敏感水域进行水质、水生态采样分析。此外，为了解水葫芦对长江武汉段及以下江段的影响，调查小组调查了长江中下游干流水体情况，并以37码头断面为分析对象，分析汉江水葫芦下行对长江中下游水体的影响。 2.1. 监测断面选取 根据汉江下游干流沿线水葫芦生长情况，选取了9个关键区域点位(见图1)，主要分布在武汉主城区的汉江入长江口段1个、汉江干流区域4个、源头区域4个；并以长江干流汉江汇入口下游37码头断面为参考，分析汉江水葫芦入侵对长江干流的影响。断面布设充分考虑了水葫芦的分布区域，较为全面、真实、客观地反映了 图1. 监测断面布置图 该区域的水环境质量及时空分布特性。 2.2. 样品采集与分析 根据《水环境监测规范》(SL219-2013) [ 4 ] 和《水和废水监测分析方法(第四版)》 [ 5 ] ，在各调查断面进行水质及水生态样品的采样和分析，其中现场监测水质参数6个：水体透明度、水温、pH、电导率、浊度、溶解氧等；实验室室内分析参数7个：叶绿素a、悬浮物、氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数、浮游植物。具体参数及方法见表1。
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user: 4. 总结 通过本次应急调查发现，汉江水葫芦主要由涵闸河等汉江支流排入，而汉江支流水葫芦主要来源于汉江下游平原河网地区的河、塘、沟、汊、湾、堰等小型富营养化水体。在汛期水葫芦生长旺盛期间，突发性的强降水导致内河水位抬高，从而将集聚于静水中的水葫芦排入河网，顺流而下，直至长江。目前，本次爆发的水葫芦事件虽未对长江干流水质产生较大影响，但应当引起相关部门的重视。 分析水葫芦爆发的原因，归根揭底是由于汉江下游平原河网水体富营养化所致。经本次应急调查发现，导致汉江下游水体富营养化的主要来源并非来自汉江干流，而是来源于汉江下游的平原河网区。由于该区域基础设施相对落后，农业面源污染严重，加之经复杂的平原河网水系流入汉江干流，有关部门很难监管到位，所以汉江水葫芦、水华等突发性灾害并非偶然，而是日积月累的结果，当地政府应该给予足够的重视，采取科学合理的治理办法，如加强农业面源污染的治理，改善生境条件，调整农业种植结构，科学施肥等措施，从根本上解除病根，否则水葫芦和水华只会相辅相成，逐年加剧。
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user: 摘 要 本文探索了一种利用近红外光谱技术进行白酒真伪快速鉴别的新方法。共收集到分属8个品牌的100个酒样，基于5340~7400 cm −1 的光谱区域，使用四种化学计量学方法建立分类模型，即基于全部变量的K最近邻模型、基于前四个主成分得分的K最近邻模型，基于前四个主成分得分的感知机、基于全部变量的Fisher判别模型。比较显示，Fisher判别模型达到了最优的性能，在训练集和测试集上的误判率均为0%。可见近红外光谱技术结合模式识别方法可用于快速鉴别五粮液等高端酒真伪。 关键词 :近红外光谱，白酒，鉴别，Fisher判别法
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user: 1. 引言 中国白酒是有上千年悠久历史的传统产业。从组成上看，白酒的主要成分是乙醇和水，约占白酒总量的98%~99%，而微量香味成分含量只占白酒总量1%~2%，而恰好是这些难于检测的微量成分一起决定了白酒的品质[ 1 ] 。这些成分及其含量对某一个品牌是具有专一性，是保持该品牌质量稳定以及区别于其他品牌的关键，并将直接影响消费者对品牌的选择。白酒，尤其是茅台、五粮液等名酒，多年来一直受假名酒的侵害。假冒伪劣白酒不仅严重影响了白酒的信誉、扰乱了市场的正常秩序，也严重损害了消费者的切身利益和身体健康。如何区分和鉴别特定名优白酒的真伪，以保护生产企业的利益和消费者的健康，十分必要。 长期以来，白酒的分析和评价一直使用感官检验，即利用人的感觉器官——眼、鼻、口来综合判断酒的色、香、味和风格，其具有简便、快捷的优点，且直接与人的喜好相联系。然而，感官评定不够科学、规范，而且不客观，常会受到主客观因素和条件的影响，而显失偏颇。20世纪60年代以后，现代仪器分析技术特别是色谱技术，在被引入白酒生产和检测领域之后，给白酒的分析和评价带来了深远的影响。研究发现：各香型的名优白酒中所含的香味成分种类基本相同的，但其量高低及它们之间的量比关系则不同。试图对白酒中的数百种化学成分进行逐一分析定量既无必要也不可能。色谱法属于分离检测方法，存在分析耗时长、操作条件不易控制等问题。 近红外光谱是当前迅速发展的一项测试技术，具有快速、无损耗、多成分同时分析、分析过程无污染高等优点，在农业、食品、化工、制药、纺织、烟草等领域得到了成功应用[ 2 ] -[ 8 ] 。仪器的近红外信号主要对应于分子含氢基团的合频吸收与倍频吸收，可以反映出有机物的大量信息。由于干扰和背景影响，近红外光谱具有谱峰重叠、变动、信号弱的特点。如何借助化学计量学方法从复杂、重叠、变动的光谱中提取特征信息，建立定性定量模型是制约近红外光谱技术发展和应用的难题。
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user: 2. 实验部分 2.1. 样品准备 实验样品均为市售，在不同的局部市场总共收集不同批次8个品牌的100个瓶装浓香白酒样品，其中五粮液酒样30个，五粮春28个、古蔺6个、金六福8个、老梦酒8个、棉竹大曲8个、南福大曲6个、叙府大曲6个。 2.2. 光谱采集 本实验采用美国Thermofisher公司生产的Antaris II傅立叶变换近红外光谱仪，采用光纤探头透反射模式进行测量，光程为2 mm，采集范围为4000~10，000 cm −1 ，扫描次数为16，光谱分辨率为4 cm −1 ，每个光谱包含1537个点。采用配套的RESULT软件辅助编写工作流和控制采集。 2.3. 化学计量学方法 采用K最近邻法、感知机、Fisher线性判别分类器作为模型建立方法，以下是方法的简要介绍。 K最近邻法[ 9 ] (K-nearest neighbors，简称KNN法)是一种直接以模式识别的基本假设“同类样本在模式空间相互靠近”为依据的非参数分类方法。每一个样本可以看作特征或变量空间里该空间中的一个点。对于一未知样本，可通过分析与它距离最近的一些已知样本点的类别及其数量加以分类，此方不受体系线性可分与否的限制，将代表性训练样本数据存储在计算机上，对待判别的未知样本，计算其与各训练集样本间的距离，找出距离未知样本点最近的k个训练样本点，然后进行判别。目前尚未有指导性的k取值原则，一般通过试验确定。 感知机是一种常见的神经元网络分类方法[ 10 ] ，Frank Rosenblatt等人20世纪50年代末提出，感知机学习旨在求出将训练数据集进行线性划分的分类超平面，感知机学习算法是误分类驱动的，具体采用随机梯度下降法先导入基于误分类的损失函数，然后利用梯度下降法对损失函数进行极小化，从而求出感知机模型。感知机模型是神经网络和支持向量机的基础。感知机网络结构简单，学习算法易于实现。 Fisher线性判别分析[ 11 ] [ 12 ] 是较常使用一类判别分析方法。Fisher判别是依据方差分析原理建立起来的，其基本思路就是投影，针对p维空间中的某点寻找一个能使它降为一维数值的线性函数。然后应用这个线性函数把p维空间中的训练集样本点以及未知归属的测试样本都变换为一维数据，再根据其间的亲疏程度把未知归属的样本点判定其归属。这个线性函数应能在把p维空间中的点转化为一维数值后，既能最大限度地缩小同类样本点之间的差异，又能最大限度地扩大不同类样本点之间的差异，这样才可能获得较高的判别效率。
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user: 3. 结果与讨论 总共100个酒样，按照前述的光谱采集方法，获得100个光谱，每个光谱分配一个类别号。五粮液样单独作为一类，分配类别号1，其余70个不同价位的中低端酒样视为其余类(非五粮液)，分配类别号2。 对于一个基于光谱的分类问题，一般要先将其划分为一个训练集和一个测试集。为了保证模型验证的可靠性，使两个子集有尽可能相似的信息分布。随机均分各类酒样，使得训练集和测试集均含50个样本。图1给出了所有的原始光谱。由于光谱在某些区域存在的吸收饱和现象，试验挑选了5340~7400 cm −1 区域用于分类识别。图1也给出了各类酒样在所选区间的平均谱，可见，各类酒样的近红外光谱十分相似，肉眼难于分辨。 近红外光谱存在严重的共线性和重叠，且数据点多，为揭露光谱数据的内部结构和可能的样本分布规律，对数据进行主成分分析(PCA)，将原变量进行转换，用较少的新变量(主成分)浓缩原变量信息。图2给出了累计解释的方差随主成分数的变化。可见，前三个主成分已能够解释99%以上的数据方差。进一步，图3显示了所有样本主成分得分散点图。可见，五粮液样本点分布相对集中，而其余几类酒的样本点分布在其周围，也能大致看出，至少在二维空间(PC1-PC2)是线性不可分。 共采用四种方法来建立分类模型，即基于全部变量的K最近邻模型(KNN1)、基于前四个主成分得分的K最近邻模型(KNN2)，基于前四个主成分得分的感知机(Perceptron)、基于全部变量的Fisher线性判别模型(Fisher)，其中的主成分数通过试验先确定。图4显示了四类模型的分类在测试集上的性能比较。可见，采用K最近邻模型，无论是基于全部变量还是四个主成分得分，分类效果相同，错分的样本号也一 图1. 原始光谱和各类在所选区间的平均谱 图2. 解释的方差随主成分数的变化 图3. 主成分得分散点图 图4. 四类模型的分类性能比较 Table 1 Comparison of the failure rate of four model KNN1 KNN1 Perceptron FLD Training set 0.02 0.02 0 0 Test set 0.06 0.06 0.02 0 表1. 四类模型误判率指标比较 致。而对基于前四个主成分得分的感知机模型，仅1个五粮液样被错分，相比K最近邻模型，感知机模型性能有一定提升，准确率更高。而对于基于全部变量的Fisher线性判别模型，则全部测试样品均分类正确。 表1给出了四类模型误判率指标，可见，对于四类模型，在测试集上的误判率均大于在训练集上的误判率，对于感知机和Fisher模型，所有的训练集样本都被正确识别；Fisher模型的训练集和测试集上的误判率均为0，说明所有的样本均能够正确识别，是最佳模型，模型对训练集的拟合能力好对独立测试集的预测性能也很好，无过拟和出现。
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user: 4. 结论 本文联合近红外光谱技术与分类模型对五粮液酒的真伪鉴别进行了初步研究。结果表明，5340~7400 cm −1 区域光谱信号组合主成分感知机模型和Fisher判别模型能达到较好的识别率。两种方法所建模型在训练集上的误判率均为0%，在测试集上的误判率率分别为2%和0%。结果表明近红外光谱技术结合模式识别方法快速鉴别五粮液等高端酒的真伪是可行的，为白酒的质量控制及市场监管检测提供了一种新方法。尽管只针五粮液等几类酒进行了实验，但实验结果具有普遍意义，可用于其它类似项目检测。将来可通过收集更多的、覆盖面更广的训练集样品来建立更可靠的模型。
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user: 摘 要 玉米赤霉烯酮是镰刀霉毒素的代表，广泛存在于霉变的玉米、高粱、小麦、燕麦、大麦等谷物及其制品中。玉米赤霉烯酮污染食品和饲料后，将会带来严重的食品安全问题，威胁人类健康。近年来发展了很多分析检测玉米赤霉烯酮的方法，主要有薄层色谱法、(超)高效液相色谱法、高效液相色谱–质谱联用法、气相色谱法、毛细管电泳法、酶联免疫吸附测定法、胶体金免疫层析法和时间分辨荧光免疫分析法。本文概述了这些检测方法的特点及应用，并分析了现有检测方法存在的问题和挑战。 关键词 :玉米赤霉烯酮，谷物，检测方法，研究进展
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user: 1. 引言 玉米赤霉烯酮(Zearalenone， ZEN)是污染粮食最广泛的真菌毒素之一，在谷物及其制品中都可检测到ZEN的存在 [ 1 ] 。ZEN作为镰刀霉毒素的代表，不仅影响食物安全，而且通过食物链在人或动物体内富集，危害机体。ZEN不仅可直接污染谷类等作物，进而进入人或动物体内，还可通过被污染的肉、奶等动物性食品进入人体，危害人和动物的健康，造成巨大的经济损失。同时，ZEN本身具有分布广、繁殖快、耐热、代谢产物多、毒性大、残留时间长、难处理等问题，正在引起全世界的关注。各国都制定了谷物或谷物制品中玉米赤霉烯酮含量严格的限量标准，澳大利亚规定黑麦中不得超过0.06 mg/kg，意大利规定谷物和谷物产品中不得超过0.05 mg/kg，巴西规定玉米中不得超过0.2 mg/kg，法国规定谷物和食用油中不得超过0.02 mg/kg [ 2 ] ，罗马尼亚规定所有食品中不得超过0.02 mg/kg [ 3 ] ，我国规定人食用谷物中不得超过0.06 mg/kg [ 4 ] ，饲料中不得超过5 mg/kg [ 5 ] 。因此，对玉米赤霉烯酮的分析检测具有重要的意义。 文献报道的检测方法主要有理化法和免疫法，包括薄层色谱法[ 6 ] [ 7 ] 、(超)高效液相色谱法[ 8 ] -[ 15 ] 、高效液相色谱-联用质谱法[ 16 ] -[ 19 ] 、气相色谱法[ 20 ] [ 21 ] 、毛细管电泳法[ 22 ] 、酶联免疫吸附测定法[ 23 ] -[ 27 ] 、胶体金免疫层析法[ 28 ] -[ 31 ] 和时间分辨荧光免疫分析法[ 32 ] 。表1中汇总了以上主要检测方法的实例。本文将对以上检测方法进行简要叙述。
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user: 2. 玉米赤霉烯酮的理化性质和危害 2.1. 理化性质 玉米赤霉烯酮，又称F-2毒素，白色晶体，是1962年由Stob等首次从霉变的玉米中分离得到的，1966年Urry首次阐明其结构，为一种酚的二羟基苯甲酸的内酯结构，化学名称为6-(10-羟基-6-氧基-十一碳烯基)β-雷锁酸内酯，英文名称为Zearalenone或[S-(E)]-3，4，5，6，9，10-Hexahydro-14，16-dihydroxy-3- methyl-1H-2-benzoxacyclotetradecin-1，7(8H)-dione，分子式为C 18 H 22 O 5 ，结构式如图1所示，其耐热性较强，110℃下处理1小时以上才能被完全破坏。由于玉米赤霉烯酮是一种内酯的结构，因此在碱性环境的条件下可以将酯键打开，当碱的浓度下降时酯键可恢复。其熔点为 164℃~165℃，闪点6℃，不溶于水、二硫化碳和四氧化碳，溶于碱性水溶液、乙醚、苯、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯和酸类，微溶于石油醚，在紫外光照射下其甲醇溶液呈现明亮的蓝绿色荧光。 2.2. 危害 玉米赤霉烯酮是由禾谷镰刀菌和其他镰刀菌产生的一种雌激素类真菌毒素，广泛存在于玉米、小麦、高粱等谷物及其制品中，具有很强的生殖发育毒性和致畸作用，导致家禽和牲畜的生长缓慢和免疫抑制等，并能够通过食物链进入人体，产生血液和免疫毒性，并且其具有致癌活性可导致肿瘤，对人类健康带来巨大危害[ 33 ] -[ 35 ] 。因此，开发有效快速的分析检测方法显得至关重要。 图1. 玉米赤霉烯酮的化学结构式 Table 1 Determination methods of zearalenone in grai 序号 样品前处理 检测方法 检测参数及特点 文献 1 样品用乙酸乙酯等提取，振荡2小时，然后用氢氧化钠液–液萃取净化，三氯甲烷–甲醇或甲苯–乙酸乙酯–甲酸为展开剂 薄层色谱法 检出限为~50 ng/g，该方法的特点是简便、成本低、对检测人员和仪器设备要求低，但是其灵敏度也较低，适合定性或半定量检测。 [ 6 ] 2 样品采用甲醇–水提取，C18小柱净化，反相高效液相色谱法测定 (超)高效液相色谱法 高效液相色谱法检出限为0.5 µg/kg (超高效液相色谱法的检出限可低至5 pg)，线性范围5.0 µg/L~146 g/L，加标回收率在80.0%~110.0%范围内。该方法特点是灵敏度高、定量准确、结果稳定，但是所需仪器设备昂贵，不适合大批样品的筛选。 [ 8 ] 3 样品经乙腈–水提取，多功能净化柱净化，以甲醇–乙酸铵水溶液为流动相梯度洗脱，用色谱柱分离，以电喷雾负离子模式进行质谱测定 高效液相色谱–质谱联用法 检出限为0.08 µg/kg，加标平均回收率为85.4%~93.7%，定量限为0.2 µg/kg。该方法特点是灵敏度高、重现性好、准确可靠、定性定量兼顾和多组分同时检测等优点。 [ 17 ] 4 样品经甲醇–氯化钠水溶液提取，减压浓缩，提取液经弗罗里硅土层析柱净化，洗脱液浓缩蒸干，TBT衍化，用气相色谱仪、毛细管柱、氢火焰检测器分析 气相色谱法 检出限为50 ng，平均回收率大于80%。该方法特点是灵敏、高选择性、准确性和精确性，但标准曲线线性关系不佳、样品进样的滞留、记忆效应以及基质干扰等。 [ 20 ] 5 样品经甲醇–氯化钠水溶液提取，C 18 小柱净化后，甲醇洗脱，利用胶束电动毛细管电泳进行测定 毛细管电泳法 检出限为8.4 mg/mL，加标回收率为77.9%~103.1%。该方法快速、灵敏、需样量少，但稳定性和重现性不佳。 [ 22 ] 6 样品经粉碎、提取、振荡、离心，取上清液并稀释 酶联免疫吸附测定法 检测限为41 µg/kg，加标回收率为80%~100%。该方法前处理简单、检测速度快结果准确性较高和特异性好，适合大批量样品的快速检测，无需昂贵的大型仪器设备。 [ 23 ] 7 样品经粉碎、振荡提取、离心、取上清液、加入缓冲液混匀 胶体金免疫层析法 检出限为60 µg/kg，该方法操作简便、快速、灵敏度高、特异性强、稳定性好、分析结果易于判定，适用于样品的现场快速检测。 [ 28 ] 8 以玉米赤霉烯酮人工抗原包被96孔板为固相抗原，与样品中的ZEN共同竞争有限的抗ZEN单抗，用稀土Eu 3+ 离子标记羊抗鼠抗体进行失踪 时间分辨荧光免疫分析法 可测范围可以达到0.01~100 μg/L，灵敏度为0.01 μg/L。该方法简便、快速、经济，可进行大批量样品筛查，可测范围和稳定性均好于现有的酶联免疫吸附测定法。 [ 31 ] 表1. 谷物中玉米赤霉烯酮的检测方法