2017年, 第53卷, 第5期　
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  天然闪锌矿光催化还原二氧化碳实验研究

  刘　熠，李　艳*，黎晏彰，鲁安怀，丁竑瑞，王长秋

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 823.

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   利用电子探针(EPMA)，X射线光电子能谱(XPS)，拉曼光谱(Raman)和紫外可见漫反射(UV－vis DRS)对天然闪锌矿成分、物相与能带结构进行了表征，发现Fe，Cu，Ga等杂质金属可抬升闪锌矿价带能级位置，减小禁带宽度，并在其禁带中引入施主与受主能级，增强闪锌矿的光吸收范围．在pH为6的厌氧条件下，光照9 h后天然闪锌矿光催化还原CO2产生的甲酸浓度达到12 mg·L－1，高于合成ZnS的10 mg·L－1.当NaH2PO2与Na2S作为复合空穴捕获剂时，CO2光催化还原速率较由Na2S作为空穴捕获剂的体系提升45%.在此基础上，根据实验介质环境下闪锌矿表面荷电特性，探讨了闪锌矿对CO2的吸附方式影响CO2还原效率并降低CO2转化为CO－2阴离子能垒的微观机制．研究结果可扩展天然半导体矿物作为低成本、大产量光催化剂在CO2有机转化领域的应用范围．
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   自然界水钠锰矿日光催化作用模拟实验研究

   张翰林，李　艳，鲁安怀*，丁　聪，刘菲菲，丁竑瑞，王长秋

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 831.

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   以水钠锰矿为代表的锰氧化物在地表环境中广泛存在，其日光催化作用是驱动地表锰元素价态循环的重要途径之一．在合成并系统研究不同结构锰氧化物半导体矿物学性质的基础上，重点开展了其光催化还原反应及其影响因素的对比实验研究，探讨了矿物晶体结构、电子结构与介质条件对光催化还原效果的影响机制，提出了光催化反应过程中光电子的转移途径．实验结果表明：不同结构锰氧化物在可见光照射下均可发生自光催化自还原从而释放锰离子，其中层状的单斜水钠锰矿自还原效率最高，光照5 h可释放11.65%锰离子，孔道状的锰钾矿自还原效率最低(3.58%)；锰氧化物的光催化反应速率随pH的降低而升高，其中单斜水钠锰矿在pH为6.5条件下的锰离子溶出率是pH为9.5中的2.66倍；锰氧化物的光催化反应速率受有机电子供体的影响，其中腐殖酸做空穴捕获剂时锰的还原量是甲醇时的1.78～4.46倍；焦磷酸根可迅速络合光催化反应中产生的三价锰而显色，其中δ型二氧化锰与六方水钠锰矿光照5 h可持续产生0.058 mg·L－1三价锰，表明锰氧化物的光还原是单电子转移方式，三价锰是主要的中间产物．
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   安徽铜陵酸性矿山排水中霉菌TY6－2的生物矿化作用实验研究

   黄　璐1，梁文英2，严　畅3，李健慧1，李文琦1，陆现彩4，李　娟4，王睿勇1*

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 841.

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   从安徽铜陵狮子山矿区采集酸矿水、底泥及尾砂样品，采用YE，Fe，FeT，FeS四种选择性培养基，分离获得原核微生物17株，真核微生物50株．其中一株霉菌TY6－2经鉴定为草酸青霉Penicillium oxalicum.TY6－2在近中性环境中能够吸附铁离子，吸附率高达72%，相同条件下吸附效率显著高于分离到的其他霉菌．对TY6－2与培养液长期相互作用形成的沉淀物进行分析，发现沉淀物主要以三价铁矿物为主．TY6－2活菌生物成矿能力高于灭活处理的死菌，活菌菌体表面有大量矿物颗粒附着，且形态规则．能谱分析表明很可能是黄钠铁钒．研究表明TY6－2的生物吸附和生物成矿特性，对酸矿水的生物修复和铁的回收再利用具有重要价值．
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   河南南泥湖矽卡岩型钼矿石地表风化产物初探

   张雪艾，陆建军*，宗美荣，向婉丽，李　娟，陆现彩*

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 849.

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   钼尾矿风化过程中钼元素释放会带来严重的环境污染问题，为了探究钼矿石在地表风化过程中含钼次生矿物形成对于钼元素在表生环境中迁移的影响，对南泥湖矽卡岩型钼矿石风化样品进行了系统的矿物学研究，探讨了次生矿物的形成机制以及钼矿石风化过程中Mo的赋存和迁移形式，进而评估其对环境的影响．矿石中的原生矿物主要为辉钼矿、黄铁矿、石英、方解石，检测到的次生矿物主要为钼钙矿、赤铁矿、针铁矿、石膏．辉钼矿在风化过程中表面破碎、层面卷曲，在辉钼矿与不同矿物接触界面，辉钼矿氧化形成的次生矿物有明显差异．辉钼矿与方解石接触处主要生成石膏和钼钙矿，钼钙矿呈半自形晶形，大小为2 μm，方解石溶解消耗辉钼矿氧化生成的H＋，提高了局部的pH并且产生Ca2＋，促进钼钙矿和石膏沉淀；在辉钼矿与黄铁矿接触处，主要生成赤铁矿、针铁矿，见少量钼钙矿，铁氧化物吸附重金属元素Mo.在pH为中性的环境中，含有辉钼矿、方解石、黄铁矿的钼矿石风化产物序列以钼钙矿－铁氧化物－石膏为主，Mo会被固定在钼钙矿中或者吸附在铁氧化物表面，从而减轻Mo释放带来的环境污染．
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   基于耦合模型的沙颍河流域地下水与地表水硝酸盐通量过程模拟

   陈志慧，阮晓红*，单　楠

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 860.

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   为定量解析沙颍河流域地下水与地表水硝酸盐通量过程，构建了SWAT，MODFLOW和MT3DMS耦合模型，利用2007－2012年水量水质观测数据对模型进行了校验．校验结果表明，地表水流量决定系数R2大于0.68，地下水水位和地表水水质R2均大于0.9，地下水水质相对误差Re在15%以内，符合模型精度要求．在此基础上，选择沙颍河流域探究了流域地表水与地下水补排关系和硝酸盐通量过程．结果表明，沙颍河流域地表水与地下水的补排关系主要表现为地下水补给地表水，年均净补给水量约3.18×108 m3.年际表现为丰水年大，达15.2×108 m3，枯水年小，仅为0.26×108 m3；年内表现为汛期地表水补给地下水，枯期地下水补给地表水；空间上表现为流域中上游(沙河、颍河中上游和汾泉河)地区大，年均值可达2.53×108 m3.流域地下水对地表水年均硝酸盐净补给量0.38万吨，表现为，年内秋冬季净贡献量大，占总净贡献量的81.6%；空间上表现为流域上游地区净贡献量大，占总净贡献量的87.4%.流域中下游地区净贡献量小，占总净贡献量的12.6%.
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   基于贝叶斯方法的太湖沉积物多环芳烃的生态风险评价

   倪玲玲，王　栋*，王远坤，陶雨薇，王艳磊

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 871.

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   多环芳烃是一类具有高毒性的持久性有机污染物，沉积物是多环芳烃的主要环境归宿．在化学物质的概率生态风险评价中多应用经典频率理论，但在小样本情况下用频率代表概率进行统计推断，其精度和可信度值得商榷．为提高小样本情况下生态风险评价中参数估计的准确性及可靠性，以贝叶斯方法为基础构建模型以估计暴露分布及效应各参数，并定义了暴露分布与效应分布的联合概率为生态风险，利用参数估计产生的模拟样本结合蒙特卡罗方法估算了风险，以提高统计推断效果．将此方法应用于太湖沉积物多环芳烃的联合生态风险评价中，研究结果揭示，其生态风险在可信水平为90%的可信区间为0.24%～9.69%.风险评价的不确定性分析及敏感性分析结果表明，效应分布参数是风险估计的主要不确定性来源．
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   基于改进的粗糙集－云模型的水质评价方法

   卢　媛，王　栋*，刘登峰，王远坤

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 879.

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   针对水质评价中不确定性特点，引入粗糙集和云模型理论，对我国12个代表性湖库的富营养化程度进行评价．根据既定的评价因子指标，确定相应于各富营养化等级的云模型参数，并生成各评价因子隶属于各富营养化等级的综合云模型，基于改进的粗糙集条件信息熵计算各指标的权重，构建指标体系下的改进的粗糙集－云模型．代入实测资料，计算实测水体隶属于各富营养化等级的确定度，以最大确定度作为水体的营养化级别．将该方法所得结果与单一指标法、模糊可变集法、正态云模型、Gamma－云等方法进行了对比，评价结果直观有效，验证了该方法的有效性，为水体富营养化评价提供了新思路．
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   汛期雨量长期预测建模分析

   周雨婷1，陈元芳2，王　栋1*，邹　鹰3，贺瑞敏4

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 887.

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   通过趋势分析、跳跃分析和周期分析对上海徐家汇站汛期雨量时间序列进行组成成分分析．在此基础之上，为了探究最适用于上海徐家汇站汛期雨量的长期预测模型，选择改进的周期均值叠加模型，自回归模型AR(p)，门限自回归模型TAR，灰色模型GM(1，1)，误差反向传播(BP)神经网络和径向基函数(RBF)神经网络建立长期预测模型．采用平均相对误差、均方根误差、确定性系数、合格率和特大值预测合格率这5项评价指标对比分析各模型预测效果．研究结果表明，徐家汇站汛期雨量时间序列的周期成分明显，不存在趋势和跳跃成分；综合5项指标，TAR模型对汛期雨量一般值的预测效果最优，对特大值的预测需要同时参考AR(p)模型和RBF神经网络．
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   纳米氧化锌暴露对沉水植物金鱼藻的毒性效应

   赵桂琦，周　燕，尹　颖*，郭红岩

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 894.

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   纳米氧化锌(ZnO NPs)在水环境中的存在形态对水生植物的生态风险有重要影响，研究了ZnO NPs在水体中的稳定性及对沉水植物金鱼藻的毒性效应．ZnO NPs进入到培养液中后观察到明显的团聚行为，且团聚体粒径随着浓度的升高逐渐增加，放置7天后其粒径要远大于实验初始粒径．另一方面，ZnO NPs释放了0.08～4.54 mg·L－1的锌离子(Zn2＋)到培养液中，加入金鱼藻使纳米颗粒的离子释放量显著降低(0.06～3.88 mg·L－1)．金鱼藻体内的锌含量随着ZnO NPs暴露浓度的升高而显著增加．金鱼藻体内超氧阴离子(O－2·)含量，过氧化物酶(POD)活性先升高后降低，膜脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量逐渐升高，均表明金鱼藻受到了氧化胁迫．同时金鱼藻的叶绿素含量在ZnO NPs暴露下也显著降低，但透射电镜结果显示其叶绿体形态并未受到影响．研究认为金属离子的释放是ZnO NPs致毒的重要原因．
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   土壤－植物系统“硒－汞拮抗”研究进展综述

   张慧玲1，2，党　菲3，李紫竹4，钟　寰1*，王永杰5*

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 903.

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   汞(Hg)是一种高毒性、全球性的持久性污染物，其各种形态中甲基汞的毒性较高．随着工业化进程的发展，土壤汞污染问题愈发严重，尤其是在中国内陆汞污染地区，稻米中甲基汞浓度超标问题亟待解决．水生系统中大量研究表明，“硒－汞拮抗”可显著降低汞的风险．然而对于陆生系统中硒－汞作用机理，尤其是土壤－植物体系中“硒－汞拮抗”的研究还处于起步阶段．近期研究发现，硒(Se)可以通过形成Hg－Se复合物将汞钝化或固定在土壤中或植物根部，且有效降低土壤中甲基汞的净生成量(如通过微生物作用生成)及其在植物中富集．土壤中“硒－汞作用”过程可能是控制土壤－水稻体系中“硒－汞拮抗”的关键过程，土壤氧化－还原条件变化过程中硒、汞和硫的生物地球化学行为(如微生物介导的形态变化)，对土壤－植物体系中“硒－汞拮抗”的调节至关重要．归纳了土壤－植物体系中“硒－汞拮抗”的最新研究进展，总结其可能的内在机制，并对其未来的研究方向提出建议．
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   扬子浅滩MIS6阶段以来沉积地层及环境演变

   林文荣1，2，殷　勇1，2*，于　革3，赵媛媛4

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 912.

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   通过对扬子浅滩钻孔岩性、沉积结构和构造以及微体古生物组合的综合分析，划分出5个沉积单元，同时结合沉积物定年数据和邻区若干钻孔的地层对比研究，将MIS6阶段以来扬子浅滩的环境演化划分为5个阶段，先后发育河流(MIS6)，浅海，近岸浅海，浅海(MIS5)，河口湾(MIS3)和浅海(潮流沙席)(MIS1)．研究认为MIS6阶段低海面泥沙堆积的河流高地是扬子浅滩形成的古地形基础；MIS3阶段形成的河口湾沉积为扬子浅滩提供了大量的物源，加速了扬子浅滩在地形上的崛起，10 ka～6 ka逐渐建立的辐聚辐散潮流场，以及强潮流的改造为扬子浅滩的形成提供了动力条件．潮流作用形成的砂质沉积概率累积曲线是以滚动总体为主的三段式，频率曲线呈双峰式，与潮流期的粗颗粒搬运堆积和歇流期的细颗粒悬浮物落淤有关．
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  基于模糊邻域粗糙集的信息系统不确定性度量方法

  徐　风1，2，姚　晟1，2*，纪　霞1，2，赵　鹏1，2，汪　杰1，2

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 926.

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   邻域粗糙集和模糊粗糙集是粗糙集理论中处理数值型数据的两种重要模型．在数值型信息系统中融合两者在不确定性度量方面的优越性，首先引入了模糊邻域粗糙集模型，并在该模型上定义了模糊邻域粗糙度的概念．模糊邻域粗糙度是通过粗糙集的边界域来度量信息系统的不确定性，为了达到更为全面的度量效果，在模糊邻域粗糙集模型中定义了模糊邻域粒结构，并基于该粒结构提出了模糊邻域粒度的概念，模糊邻域粒度是对信息系统分类能力的一种度量．最后，通过将两种度量方法进行结合，提出了一种基于模糊邻域粗糙集的混合不确定性度量方法，并从理论上证明其有效性．实验结果表明，所提出的混合度量方法综合了两种单独度量方法的优点，在数值型信息系统中具有更好的度量效果，因此所提出的不确定性度量方法更具有一定的优越性．
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   基于概率PS－粗糙集的动态三支决策及应用

   张春英1，2，乔　鹏1，2，王立亚1，2*，刘　璐1，2，张建松1，3

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 937.

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   在实际应用中，集合是动态变化的，包括元素的迁入和迁出．双向概率PS－粗糙集既考虑集合的动态特性，又考虑知识库中统计信息的粗集理论．在深入分析概率PS－粗糙集理论及其性质的基础上提出了基于双向概率PS－粗糙集的动态三支决策模型，以解决集合动态变化下的三支决策问题．首先，根据双向概率PS－粗糙集的上下近似得到概率PS－正域、负域和边界域，给出了双向概率PS－粗糙集的三支决策规则，并分析了三种规则的置信度与错误率的计算方法与性质；其次，定义了决策度量函数与决策损失函数，并基于贝叶斯决策论的最小风险决策规则，给出了参数阈值的计算方法；最后，讨论了此动态模型的决策性质，并通过元素迁入和迁出的实例证明了模型的正确性与可行性．
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   基于诱导覆盖的粗糙直觉模糊集模型

   石素玮1*，谭安辉2

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 947.

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   基于粗糙集和直觉模糊集的信息融合方法是数据挖掘领域的一个热点研究课题．目前众多的融合方法主要针对的是单一覆盖背景下的数据，利用覆盖知识中对元素的定性描述来构造覆盖粗糙直觉模糊集模型．但具有多属性的数据形成的是多个覆盖构成的覆盖族，而已有的覆盖粗糙直觉模糊集模型在处理这类数据具有一定的局限性．在多种属性形成的覆盖族上，利用诱导覆盖的概念，从元素间的相似度的角度出发，建立了覆盖族上基于诱导覆盖的粗糙直觉模糊集模型．讨论了该模型的一些重要性质，同时提出了模糊粗糙度概念和相似度的概念，并在此讨论了新模型的不确定性度量．最后，利用算例说明了新模型及其度量指标在现实具体问题中的有效应用．
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   多粒度粗糙集模型的一致模语义分析

   贺晓丽1，2，魏　玲1*，折延宏2

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 954.

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   一致模是单位元取自[0，1]中任意数值的新型聚合算子，是常见三角模与三角余模的自然推广．从一致模的角度出发对已有的多粒度粗糙集模型进行了细致分析，进一步，通过将边界域中对象的粗糙隶属度进一步细化，将对象在每个Pawlak空间中的粗糙隶属度进行聚合，给出了对象在多粒度空间中粗糙隶属度的全新定义，并对其语义表示特点进行了分析．
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   基于粒度空间的最小生成树分类算法

   孙梦梦1，唐旭清1，2*

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 963.

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   基于粒度空间理论，进行了基于归一化距离的最小生成树分类算法研究．首先根据类内偏差和类间偏差的性质，在已有的粒度空间生成算法的基础上，引入最小生成树以及新的最优聚类指标，给出了基于归一化距离的最小生成树分类算法，并建立了最优聚类模型．其次，将模型应用于研究从NCBI上下载的1902－2015年间的898条现在已经确认能够感染人的禽流感病毒蛋白质序列HA与NA蛋白，共有8种，包括H5N1，H5N2，H7N2，H7N3，H7N7，H9N2，H10N7，以及最近的H7N9.在距离中心最近的基础上，通过运行最小生成树分类算法，6个代表病毒序列被选出，并且得到了最优层次结构．最后，对实验结果进行分析，结果表明病毒爆发地域差异、病毒爆发时间等因素对禽流感病毒的变异产生了重要影响，这些结果与已有的研究结果一致，说明本文提出的最小生成树分类算法是有效的．在寻找基于粒度空间的最佳聚类问题上，最小生成树分类算法比原有的算法具有更低的复杂度．这些结论为基于大数据的信息处理提供了一种全新的处理方法．
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   带Metropolis准则的混合离散布谷鸟算法求解旅行商问题

   林　敏*，刘必雄，林晓宇

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 972.

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   布谷鸟算法(Cuckoo Search，CS)在求解连续问题方面得到较好的结果，但在处理离散问题方面解决方案较少且收敛速度过慢，针对此不足，以求解旅行商问题为代表，结合基于学习的混合邻域结构和概率接受准则，提出了一种新颖的改进的混合离散布谷鸟(Hybrid Discrete Cuckoo Search，HDCS)算法．HDCS算法通过向最佳个体学习和从问题学习来搜索解空间，将反序、插入、块移动、交换和双桥等多种算子组合构造不同的混合邻域，通过Levy飞行选择相应的邻域结构进行寻优，并引入模拟退火算法的Metropolis接受准则，能够以一定的概率接受劣质解，使算法不易陷入局部最优．为了验证算法的性能，将HDCS算法分别与其他基于CS算法、经典智能优化算法和新型群智能优化算法的3类方法进行比较，实验结果表明，HDCS算法不但优于其他基于CS的算法，同时也优于一些其他最新的群智能优化算法．
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   一种改进的BP－Adaboost算法及在雷达多目标分类上的应用

   李　蓓，张兴敢，方　晖*

  南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(5): 984.

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   基于BP－Adaboost的目标分类算法用于雷达目标分类具有良好的效果．随着训练样本以及测试样本数增加，经典“一对多(One vs.Rest，OvR)”BP－Adaboost算法所需用时也随之增加．提出一种改进的多分类BP－Adaboost算法应用在雷达多目标分类上，在提高分类准确率的同时，有效地解决经典算法在多分类上时间开销过大的问题．该方法采用二进制方法重新表示样本数据类别，使用Adaboost算法将多个BP神经网络弱分类器集成起来学习，通过修改经典算法中的损失函数连续调整训练样本分布和弱分类器的权重，最终形成一个强分类器．对雷达高分辨率距离像(High Resolution Range Profile，HRRP)数据集进行分类仿真结果表明，相比于单个BP神经网络基学习器，所提算法的分类准确率提高了5%～10%，相比于经典的“一对多”BP－Adaboost算法，该算法所需用时仅为传统算法的1/2～1/3.