综合

几何形态学：关于形态定量比较的科学计算工具

白明，杨星科，李静，等

摘要：形态比较是人类认识世界的重要方法。该方法起源非常早，目前仍然在潜移默化地影响着人类日常生活以及科学研究的各个方面。长期以来，定性比较方法因其简单易用而应用得非常广泛。然而定性的形态比较具有很多局限性，远不能满足当前需求。因此，形态定量比较方法势在必行。科学计算是20世纪重要科学技术进步之一，几何形态学是一门基于图论的应用数学分支，能够定量地分析和比较形态差异。该学科自上世纪八十年代起源至今，得到了迅猛发展，其应用领域也从最早的生物学领域拓展到众多需要形态定量比较的领域。然而大多数国内学者，尤其是非生物学领域的专家对几何形态学的主要原理、流程、应用范围还没有系统的认识。生物的形态（form）主要由大小（size）、形状（shape）、方位（orientation）和物理性能（physical property）4个元素构成，而几何形态学能够去除掉大小、方位和物理性能等因素的影响，获得纯粹的形态差异结果。对于非生物学领域而言，也是同样道理，只要是形态比较的问题，均可通过一定方式利用该方法分析形态差异。几何形态学最核心的理论是先根据一定的原则选取标点或曲线（轮廓线），并利用这些标点或曲线代表形态结构的信息（此时剔除掉物理性能因素的干扰）；之后通过叠印步骤对原始标点进行坐标转化（此时剔除掉大小和方位因素），使所有样本投射到相同的形态空间中，从而具有可比性；最后就是对这些数据进行后续分析，如方差分析、判别分析、核平滑分析等常规分析，而在形态变异的可视化上也引入了扭曲能（bending energy）、傅里叶谐波（Fourier harmonic）、数字高程模型（digital elevation model）、静态应力（static stress）等理论，实现了与数学、物理、地理、力学等学科的交叉与融合。本文先对几何形态学的简史、原理及在生物学领域应用的流程进行了简述，接着对其在非生物学领域应用的几个典型案例进行解析，之后对还未应用几何形态学但具发展潜力的领域进行概述，并且提出如何将相关问题图形化并确保代表性、可比性以及标准化处理，是几何形态学在非生物领域应用的关键所在。最后，对几何形态学的未来与前景进行了展望，特别指出其在生物学领域将向规模化和整合化两个方向发展，而应用于其他学科领域时，具有一定的普适性和先进性。最终希望为我国科研工作者在形态定量比较需求方面提供一些借鉴。与此同时，几何形态学还处于不断的发展过程中，尤其通过学科交叉，几何形态学也会得到内涵和外延的丰富与发展。

来源出版物：科学通报, 2014, 59(10): 887-894

入选年份：2016

中国地表水环境中药物和个人护理品的研究进展

王丹，隋倩，赵文涛，等

摘要：目的：随着环境痕量物质分析检测技术的提高和人们环境意识的增强，新兴环境微量有机污染物药物和个人护理品（PPCPs）引起了学术界和公众的广泛关注。尽管PPCPs在地表水环境中浓度仅为ng/L～μg/L量级，但仍对水生生物等具有生态风险。与西方国家起步早、报道多相比，中国地表水环境中PPCPs的研究起步较晚，报道有限，有待进一步深入。鉴于此，本文对中国地表水环境中PPCPs现有研究进行了综合分析，分别从存在特征、地理分布、主要来源和迁移转化4方面对现有研究进展加以总结，讨论了现有研究存在的问题，并对今后的研究进行了展望。方法：对截止至2012年初发表的有关中国地表水环境中药物和个人护理品的研究论文进行总结和归纳。结果：（1）已有158种PPCPs在我国河流及湖泊等天然水环境中被调查研究，其中报道次数最多的前10种PPCPs均为抗生素。抗生素类PPCPs在已有报道中检出频率较高，而相比而言，非抗生素类PPCPs检出频率较低。（2）已有对我国地表水中PPCPs的研究在地理分布上非常不均，总体上呈现出东部地区多于西部地区，南方地区多于北方地区的情况。在我国七大水系中，仅珠江流域PPCPs的存在状况研究较为充分，而以松花江和淮河流域为代表的其他水系中PPCPs的研究报道较为缺乏。（3）同一种PPCP在不同河流中的浓度存在较大差异，可能与PPCPs在不同地区的使用量存在差异有关。（4）水环境中PPCPs的来源包括生活污水、医企或工业废水的排放；农业、畜牧养殖业及水产养殖业的直接排放或土壤渗滤；含PPCPs固体废弃物在垃圾填埋场的渗滤液等，而对我国来说，PPCPs的主要排放源是什么尚存在一定的争议。（5）进入地表水环境后，PPCPs会在水环境中的水、悬浮物、沉积物和生物等介质中发生迁移、转化、分配和降解。而目前相关研究主要集中于 PPCPs在水与悬浮物和沉积物的分配方面。结论与展望：（1）中国地表水环境中PPCPs的调查研究目前主要针对抗生素类PPCPs展开，它们的总体浓度水平与检出频率均较高，应继续加以关注。而对其它类别PPCPs的研究较为缺乏，今后应建立更多类别或优化目前的PPCPs检测分析技术，以便加强其它类别PPCPs的相关调查研究。（2）从地域上看，仅针对珠江流域开展了较为广泛的研究，而其他区域地表水环境中PPCPs的研究还不多，应根据各地区用药习惯和疾病发生等实际情况，预测可能的主要PPCPs，同时开展重点流域和湖泊的监测，以获得更多具有区域代表性的基础数据。（3）现有天然水环境中PPCPs的迁移转化等环境行为方面的研究还十分缺乏，一方面需通过对实际水环境开展不同条件的监测，分析自然水环境中PPCPs的迁移转化行为；另一方面，可以在实验室条件下开展模拟实验，弄清水环境中PPCPs的变化与归趋，为进一步的生态风险分析与评价提供参考和依据。

来源出版物：科学通报, 2014, 59(9): 743-751

入选年份：2016