人工湿地处理富营养化水体潜力 研究 :来自太湖的证据 李林峰、李英 毫 、比斯 瓦 斯、年 跃 刚、蒋高明 * * 通讯作者 中国科学院植物研究所植被与环境变化重点实验室 中国环境科学研究院湖泊工程技术中心 生物 资 源技术 , 2008 , 99 ( 6 ) : 1656-1663 ( 影响因子 5.807 , SCI 引文 197 ) 采 用垂直潜流( VSF )、水平潜流( HSF )和自由水面流( FWS )三个平行的中试人工湿地单元, 研究 其净化 中国 太湖富营养化水体 之 能力。每次处理时,湖水以 0.64 m d -1 的水力负荷率连续泵入 人工湿地 。一年运行结果表明,化学需氧量( COD )、氨氮( N H 4 + -N )、硝态氮( NO 3 - -N )、总氮( TN )和总磷( TP )平均去除率分别为 17-40% 、 23-46% 、 34-65% 、 20-52% 和 35-66% 。除 N H 4 + -N 外, VSF 和 HSF 对养分去除潜力相似,前者比后者高 14% 。然而,在高水力负荷下, FWS 湿地表现出比 VSF 和 HSF 最小的效果。 VSF ( 0.056mg L -1 )和 HSF ( 0.052mg L -1 )出水 口 平均总磷浓度接近国家三级(湖泊、水库 0.05mg L -1 )水质标准。湿地植物(香蒲)在三种 人工湿地 中生长良好。 研究发现 ,植物吸收和贮藏是三种 人工湿地 氮磷去除的重要因素。然而,收获地上生物量贡献了 FWS 湿地总氮、 总 磷去除量的 20% 和 57% ,而 在 VSF 和 HSF 中,通过收获地上部生物量 总氮、 总 磷去除量仅 为 5% 和 7% ,分别占湿地总氮、 总 磷去除量的 14% 和 17% 。结果表明,人工湿地对富营养化太湖水体具有较好的处理效果。如果考虑 条件 限制,在较高水力负荷下, 垂直潜流 ( VSF ) 和 水平潜流 ( HSF ) 比 自由水面流 ( FWS ) 人工湿地 更为适合。 Potential of constructed wetlands in treating the eutrophic water: Evidence from Taihu Lake of China Li Linfeng, Li Yinghao, Biswas Dilip Kumar, Nian Yuegang Jiang Gaoming* *Correspondence author Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing, PR China Lake Engineering Technology Center of Chinese Academy of Environmental Sciences Bioresource Technology , 2008, 99 (6):1656-1663 ( IF=5.807 , SCI citation 197 ) Three parallel units of pilot-scale constructed wetlands (CWs), i.e ., vertical subsurface flow (VSF), horizontal subsurface flow (HSF) and free water surface flow (FWS) wetland were experimented to assess their capabilities in purifying eutrophic water of Taihu Lake, China. Lake water was continuously pumped into the CWs at a hydraulic loading rate of 0.64 m d -1 for each treatment. One year's performance displayed that average removal rates of chemical oxygen demand (COD), ammonia nitrogen (N H 4 + -N), nitrate nitrogen (NO 3 - -N), total nitrogen (TN) and total phosphorous (TP) were 17-40%, 23-46%, 34-65%, 20-52% and 35-66%, respectively. The VSF and HSF showed statistically similar high potential for nutrients removal except N H 4 + -N, with the former being 14% higher than that of the latter. However, the FWS wetland showed the least effect compared to the VSF and HSF at the high hydraulic loading rate. Mean effluent TP concentrations in VSF (0.056 mg L -1 ) and HSF (0.052 mg L -1 ) nearly reached Grade III (0.05 mg L -1 for lakes and reserviors) water quality standard of China. Wetland plants ( Typha angustifolia ) grew well in the three CWs. We noted that plant uptake and storage were both important factors responsible for nitrogen and phosphorous removal in the three CWs. However, harvesting of the above ground biomass contributed 20% N and 57% P of the total N and P removed in FWS wetland, whereas it accounted for only 5% and 7% N, and 14% and 17% P of the total N and P removed in VSF and HSF CWs, respectively. Our findings suggest that the constructed wetlands could well treat the eutrophic lake waters in Taihu. If land limiting is considered, VSF and HSF are more appropriate than FWS under higher hydraulic loading rate.
在 太湖行( 6 )南师大 DEM 小组的五尺度理论 中,有两位网友的评论较长,故以博文作答。 评论 5 . Junye Wang : 李老师,俺觉得五个尺度叫法有点问题。 博主答:完全可能。因为是听讲作笔记时图省事,这么命名的,甚至未征求刘教授的同意。所以欢迎讨究。 Junye Wang :在模拟上多尺度一般指空间尺度和时间尺度,时间尺度比如,秒分时,年月日。空间尺度一般比如,纳米,毫米,厘米,米等。这些空间尺度对地理系统,显然太小,用起来也不是很直观方便,于是就有了场地尺度,流域尺度,区域尺度,和全球尺度。 博主答:讲 DEM 的尺度问题,作为遥感尺度效应研究出发点,(“一方面,遥感要学习综合自然地理的哲学思路,另一方面,遥感必须借鉴 DEM 搞尺度效应的数值方法”),就是因为 DEM 的尺度效应相对单纯,没有时间、生态等更多的尺度问题。您讲的纳米,米等等等,是长度单位,独立于地学的尺度效应问题。如果仅仅是米这个单位太小,完全可以用更大的单位,比如千米,光年,。。。相对简单。从 DEM 的尺度效应来说,您讲的“场地尺度,流域尺度,区域尺度,和全球尺度”都属于刘教授“五尺度”中的地理尺度。地理尺度还可以细分,比如流域尺度就可以再分为 N 级支流尺度。但“地理尺度”这里是总称。 Junye Wang :多尺度的问题一般指不同尺度间的相互作用,既要理解微观的问题,又要有宏观的认知。比如,在纳米和厘米尺度的微生物过程,咋样影响全流域的碳氮循环和水循环。反过来,流域的气候过程,比如,温度,湿度,降雨量,风速等怎样影响微生物过程。 博主答:同上,我们先争取搞清 DEM 的尺度的问题,避免一开始就复杂化。 Junye Wang :一般来说,模拟网格就是模型在空间上的分辨率。在一个网格元(结点),所有的参数都是容积或质量平均。比如, 0.5 度 x0.5 度 网格就是指在这个尺度有相同的温度,湿度,等等。在赤道, 5 分代表大约 9 公里,因此,在赤道 5 分 x5 分的网格的分辨率就是 9 公里的分辨率。当然,还有时间网格就是时间上的分辨率。当然,如果 9x9 平方公里用同样的温度,湿度,显然是不合理的,那么怎样平均才能更合理地代表这些参数的异质呢,有一些数理方法,比如,代表性容积单元方法。 博主答:这里才开始实质性的问题。但是光说“有一些数理方法”太笼统。无论是刘学军教授还是胡鹏教授,他们是具体在探索用什么数理方法来合理地代表 DEM 的高程、坡度、坡向等等。 Junye Wang :除了规则的网格,也可以用不规则的网格,比如,村,乡,县,省的区域就是一种不规则网格。许多地理数据就是在这种行政区域网格上的,比如人口, gdp 等等。而一些自然边界,比如地块,分水岭,流域就是不规则的自然的区域。 博主答:您是对的。但胡鹏教授恰恰已经明确指出这“一大问题”,刘学军教授也有相似的表述,而且在努力解决这个问题。这是值得我们学习和思考的。我太懒,博文写得随意,所以非常欢迎您的讨论,使更多博友能更深入的参与。谢谢! 评论 6 . hsea 说: 以前一直认为 DEM 和遥感的尺度效应还不是一回事。偶然看到 DEM 究竟如何定义? 这样一个问题,发现答不上来,不禁开始重新思考这个问题。 博主答:很好。这就说明我的博文没有白写。胡鹏教授也没有浪费十年的研究。 hsea 说:在以前的认知中, DEM 的尺度转换是一个地图综合的过程,或者是一个统计的过程。 DEM 有一个较合适的表达尺度,个人直观的感觉是在数米或者数十米的像元尺度上能够较好的表征自然界的起伏。当一定要在一个更粗的分辨率上表达 DEM 时,较大的像元内必然包含地形的起伏,它可以表达整体的高程,但像元内的坡度坡向的信息已经被丢失了。这时候的 DEM 到底表达了什么是一个问题,或许这也正是 DEM 不好定义的原因。 博主答:但是,尺度效应研究的关键,就是怎么选择最有代表性的量,使信息丢失最小。 hsea 说:而在遥感中,类似 LAI 这种参数,它在 30m 尺度上有一个真值, 1km 尺度上也有一个真值。如果在某个尺度反演遥感产品没有和真值对上,那说明模型不对。所以尺度是一个模型的适用性问题。从这个角度看, LAI 这些参数面临的尺度问题和 DEM 不一样。 博主答:是不一样。但是道理是相通的。遥感中 LAI 的真值应该是有的,但是未必是可知的、也未必是尺不变的。 30 米尺度上的 LAI 真值,也许可以通过样方的实测来获取, 1km 尺度上的真值,也许可以通过增加样方数,甚至“地毯式搜索”来获取。但是, 7km ( POLDER ?)以上就几乎不可能了。 hsea 说: 但换一个角度,类似于温度这种参数,温度本身就是在单点或者是温度均一区域中定义的,定义一个非均一像元的问题本身就存在问题,这个问题感觉和 DEM 面临的很类似。 对于遥感的尺度问题,或许并不是一个笼统的普适性问题,至少说对于像元尺度有真值的参数(如 LAI 、覆盖度)和像元尺度真值难以定义的参数(温度等),或许应该分开讨论。 博主答:是的。像元尺度真值难以获取或难以定义的时候,比“有真值”更复杂,可以分开讨论。也许先从简单的着手吧。
Validation of MERIS Case-2 Water Products in Lake Taihu, China Hongtao Duan 1 , Ronghua Ma 1 , Stefan G.H.Simis 2 , and Yuanzhi Zhang 3 1 State Key Laboratory ofLake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology,Chinese Academy of Sciences, Nanjing, 210008, People’s Republic of China 2 Finnish EnvironmentInstitute SYKE , Marine Research Centre,Erik Palménin Aukio 1, 00560 Helsinki,Finland 3 Instituteof Space and Earth Information Science, The Chinese University of Hong Kong, HongKong, People’s Republic of China GIScience Remote Sensing 49 (6), 873-894 http://www.rslakes.com/up/document/2012/Validation%20of%20MERIS%20Case-2%20Water%20Products%20in%20Lake%20Taihu,%20China.pdf MERIS遥感影像由于具有620、709、753等对藻蓝素和叶绿素比较敏感的波段,是目前最适合内陆湖泊等二类水体水色遥感的传感器。欧空局开发了针对MERIS等影像的BEAM软件,其中含有三个针对二类水体的算法。这些算法都是建立在神经网络基础上,而其训练集多是采用欧洲水体的数据,因此能否在我国太湖使用就存在较大疑问。本文通过MERIS过境时的同步数据,对MERIS的三个水色产品分别进行了验证。主要结果如下: Threeartificial neural network (ANN) processors available as plug-in modules for theBasic ERS ENVISAT (A)ATSR and MERIS Toolbox (BEAM) were validated in LakeTaihu, China. Mean deviations of reflectance derived from Lakes\Boreal and Lakes\Eutrophic were 10 - 90%, while reflectance from the FUB-WeW processor showed larger errors. All processors showed underestimates of chlorophylla (Chl-a), total suspended matter (TSM), and phytoplankton pigment absorption,while particulate scattering values were severely overestimated. None of thereadily available MERIS processors is currently able to separate atmosphericand water-leaving radiance over Lake Taihu, while the retrieval ofphytoplankton biomass through ANN processors shows promise.