J200-Tandem河湖、流域干湿沉降观测系统

撰稿人: 日期:2014-3-25 点击次数:4459

 
1 引言

      水体富营养化的危害已众所皆知,长期以来人们对工业等典型点污染源、农业面污染源乃至流域及区域水污染给予大量关注,并做出了辛勤的工作,取得的明显成效。但是,一种新的污染源-来自于污染大气中的富营养物质正在日益严重影响着水体,而对该方面的研究目前尚少。

      污染大气含有气态污染物、颗粒态污染物及细小液滴。大气一个重要的特性是大气沉降,包括干沉降(dry deposition)和湿沉降(wet deposition)。大气气团及颗粒物直接迁移到地表的形式为干沉降,大气中物质通过降水(如雨、雾、雪、雹等)的形式迁移到地表为湿沉降。酸雨(acid rain),也叫酸性降水,是指pH<5.60的降水。

       大气沉降过程对环境与水体的影响起步于酸雨的研究。近几十年来,国内外对各地降水化学和酸雨污染问题进行了较多的研究,监测方法和技术都相对成熟,并积累了大量的监测资料和降水数据,为大气降水的研究奠定了基础。但是,无论是酸雨还是干湿沉降对湖泊、河流、近海海洋等水体的营养物质输送,至今报道很少。人们对大气沉降的组成与沉降量能否对水体形成一个新的污染源至今还没有完整的认识。


2 观测系统设计

2.1 目标


       该观测系统通过与样品有接触的所有材料、漏斗和收集盘尺寸均满足VDI-3871推荐标准的不锈钢主体样品收集单元,自动连续采集干湿沉降,并可同时自动监测pH值、电导率、降雨量、降雨时间和收集时间等参数。然后对收集到的干湿沉降样品,采用激光光谱元素分析单元对河湖、流域不同观测点的干湿沉降量及其组成成分进行精确分析,从而为了解干湿沉降对河湖和流域等水体的营养物质输送规律、对水体富营养化的贡献率以及研究大气干湿沉降颗粒污染物对河湖流域及滨岸带生态系统的影响及响应机制等提供基础数据和科学依据。

2.2 观测/采样点布设

       选取具有代表性的典型区域作为观测/采样样地,安置干湿沉降采集器。观测点位应尽可能的远离局部污染源,四周无遮挡雨、雪的高大树木或建筑物。观测点数目,根据研究的目的和需要来确定。要尽可能照顾到气象地形、地貌。若观测点处于森林生态系统,林外干湿沉降的同时通常要收集林内穿透雨,因此林内外通常各设一个观测/采样点或几个。

       各采样点常同时采集土壤或水样进行同步分析来说明干湿沉降对下垫面理化性质的影响。

2.3 采样频率

       干湿沉降物样本采集频率根据各研究目的和需要而定。

       湿沉降通常于每次降水后马上进行取样分析,对于长期监测也可每月采集一次;干沉降通常每月采集一次,也有长期监测每年采集一次,各次干沉降采集要保证采集前期及采集过程无降水。


2.4 测量指标

观测目标 测量指标
生态系统初级生态力 N、P、S
重金属污染 Pb(铅)、Hg(汞)、As(砷)、Cd(镉)等重金属
物质循环传输 痕量元素乃至整个元素周期表上各种元素

2.5 观测系统组成

      J200-Tandem河湖、流域干湿沉降观测系统由干湿沉降采样器、激光光谱元素分析单元和系统分析软件共同组成。



数据处理

1)利用多功能系统软件,优化采样方法有效识别发射峰,并进行统计分析。此外,利用化学统计分析软件模块,通过预先设定的或宽范围光谱特征识别和分类样品的不同组分;
2)利用光谱数据库软件,选择一组或全部元素进行谱线筛查,快速、准备地识别样品的谱峰;
3)利用强大的光谱分析工具:任意选取谱线及背景,自动计算峰值下的面积,提供谱线的“净”强度;
4)选取光谱段,自动去除背景强度,为以后的分析提供高质量光谱数据;
5)可采用各种数据格式保存谱线,并随时调用作比较分析;
6)系统软件采用多激光脉冲技术在信号采集时同时进行光谱强度统计分析,将结果用于优化采样方法;
7)制定标定曲线,完成高精度定量分析;
8) 利用系统软件所提供得多种数据分析工具,如:PCA、PLS、多参数线性回归、化学
统计分析等,将随机样品的谱线与数据库中的谱线进行比较,得到复杂的、多组分样品的定量分析结果。




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