中国环境科学

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基于卫星观测的2010~2020年中国高分辨率NH₃排放特征

陈培林, 肖欣欣, 王勤耕

中国环境科学. 2023, 43(6): 2673-2682.

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基于2010~2020年IASI卫星观测数据,利用排放通量法对中国NH₃排放量(分辨率为0.25º×0.25º)进行了估算,分析了中国NH₃排放的时空分布和长期变化趋势.结果发现,2018~2020年中国NH₃平均年排放量和排放强度分别为18.61Mt和1.93t/km²,排放强度高值区主要集中在华北平原和成渝地区.中国NH₃排放具有明显的季节变化,春、夏、秋和冬4个季节的排放量分别占全年总量的25.92%、36.55%、19.61%和17.92%. NH₃排放的月变化表现出3种主要模式:畜牧业较发达的西藏、内蒙古以及东北和西北部分地区大体呈“冬夏双峰”型;农业种植主要为一年两熟的福建、台湾和华南等地区呈“春夏双峰”型;其他大部分地区则呈“夏季单峰型”.中国的NH₃排放量从2010年的12.68Mt持续增长到2020年的20.75Mt,线性变化率为815.10kt/a,复合年均增长率为5.43%/a.排放强度超过3.00t/km²地区面积占国土总面积的比例从2010年的4.88%增长到2020年的20.08%.华北平原NH₃排放增长最为迅速,成渝地区其次,东北、西北和除成渝以外的西南地区增长相对较慢.工业、交通等非农业源已成为当前中国NH₃排放的主要来源,工业NH₃逃逸和燃油机动车的NH₃排放可能是近年来中国NH₃排放快速增长的主要原因.在未来PM_2.5污染管控对策中,应充分考虑NH₃排放时空差异.

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海陆交换对崂山臭氧和二次气溶胶的影响

张吉, 黄柳斌, 赵敏, 孙悦, 赵峰, 陈天舒, 刘玉虹, 李洪勇, 单业, 牟江山, 姜悦如, 王新锋, 朱玉姣, 申恒青, 董灿, 王文兴, 薛丽坤

中国环境科学. 2023, 43(6): 2683-2693.

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为探究不同尺度海陆交换对中国沿海近地面臭氧(O₃)和二次气溶胶的影响,本文开展2021年春季崂山大气污染综合观测,通过基于HYSPLIT模型的气团分类程序,依据经过海洋的轨迹长度将气团划分为陆地型,海洋型和混合型,出现概率分别为44.5%,35.6%和19.9%.陆地型气团控制下日间本地O₃光化学净生成活跃,最高达9.12×10^-9h^-1,而陆地型和混合型气团控制下中小尺度海陆循环或海洋O₃输入有利于站点夜间维持较高O₃浓度.陆地型气团控制下NO₃^–为细颗粒物(PM_2.5)中浓度最高的水溶性无机离子组分(WSIIs),与高浓度NH₄⁺促进NO₃^–生成有关;而海洋型气团主要水溶性离子组分为SO₄^2–,与较高相对湿度促进SO₄^2–生成有关.本研究证实了沿海地区大气二次污染物特征在海陆气团控制下的显著差异.

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长三角地区VOCs排放特征及其对大气O₃和SOA的潜在影响

张明明, 邵旻, 陈培林, 顾晨, 王勤耕

中国环境科学. 2023, 43(6): 2694-2702.

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以长三角地区(包括江苏省、安徽省、浙江省与上海市)为研究对象,对比分析了挥发性有机物(VOCs)人为源(AVOCs)和自然源(BVOCs)的排放总量、物种组成及其时空变化特征,评估了不同来源和种类的VOCs对臭氧(O₃)和二次有机气溶胶(SOA)的生成潜势(OFP和SOAFP).结果表明,长三角地区2017年VOCs的排放总量为618.1万t, AVOCs和BVOCs分别为385.6万t和232.5万t.该地区VOCs的主要物种为烷烃、芳香烃、异戊二烯、甲醇和萜烯,其占比分别为27.6%、20.2%、15.4%、8.7%和6.1%.时间变化上,AVOCs排放的季节变化较小,BVOCs的排放主要集中在5~9月,其中,7、8月的BVOCs排放量占全年排放总量的40.3%,显著高于同时段的AVOCs排放量.长三角地区VOCs的主要物种在5~9月为烯烃,其余月份则为烷烃和芳香烃.空间分布上,AVOCs排放高值区主要集中在上海、江苏中南部、浙江省北部、安徽省中部等经济较发达的地区;BVOCs排放高值区主要分布在浙江以及安徽南部等森林覆盖率较高的地区.长三角地区全年AVOCs和BVOCs对OFP贡献率分别为48.6%和51.4%,对SOAFP的贡献率分别为46.3%和53.7%.上海和江苏以AVOCs贡献为主,而浙江和安徽以BVOCs贡献为主.尽管长三角地区AVOCs的排放总量大于BVOCs,但在每年夏季及前后,BVOCs对O₃和SOA均具有重要影响,特别是在浙江和安徽南部地区,自然源的贡献甚至具有主导地位.因此,在有关O₃和PM_2.5的管控策略中,应进一步关注自然源排放特征及其可能的影响.

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保定市夏季臭氧生成敏感性及前体物减排方案

张新宇, 王晓琦, 王传达, 张俊峰

中国环境科学. 2023, 43(6): 2703-2713.

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基于2015~2019年7月保定市常规污染物和气象观测数据,研究分析了保定市夏季O₃污染特征及其与气象因子的响应关系;结合WRF-CMAQ模式和EKMA曲线法研究确定了保定地区O₃敏感性特征及前体物(NOx与VOCs)的减排方案.结果表明,2015~2019年7月MDA8O₃平均浓度在138~179μg/m³之间;相较2015年,2019年7月O₃日最大8h平均浓度(MDA8O₃)平均浓度上升了10.5%;主要气象因子中,O₃与温度呈正相关,与相对湿度呈负相关,且在O₃超标日时,相关性更强,分别为0.81和-0.70;在O₃超标日下,当风向为西风、西南风、南风和东南风时,O₃小时浓度更容易出现高值;保定市主城区、南部及东部区县属于VOCs控制区,西部和北部区县属于VOCs和NOx协同控制区.对于以城区为代表的VOCs控制区,建议优先减排VOCs;对于西部和北部郊县建议NOx:VOCs减排比例大于1.

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京津冀地区2015~2020年臭氧持续污染事件特征、气象影响及潜在源区分析

张莹, 许建敏, 汪瑶, 苏宝山, 吴燕星, 胡婷婷, 刘润

中国环境科学. 2023, 43(6): 2714-2721.

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基于京津冀地区2015~2020年臭氧小时浓度数据和气象再分析数据,利用广义加性模型、潜在源贡献函数法、浓度权重轨迹法分析了京津冀地区臭氧持续污染事件特征、气象影响和潜在源区.结果表明,京津冀地区持续3d及以上的臭氧污染事件(OPE3)出现天数由2015年的24d上升到2020年的76d,占臭氧污染总天数的比例最高达到85%;OPE3天数的月变化特征与臭氧浓度的变化特征高度一致,在5~9月的相关性达0.97;京津冀地区OPE3发生的天气形势主要为高温、低湿、异常南风、异常反气旋及明显下沉气流;以京津冀地区的典型代表城市北京为例,OPE3期间气团主要来自于北京以南地区(71.2%),以短距离传输为主,主要潜在源区是河北省南部、山西省东北部、河南省东北部以及山东省北部,污染轨迹的贡献率约79.3%.

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基于地基MAX-DOAS和TROPOMI卫星遥感的南京地区大气NO₂污染特征

於清源, 银燕, 张昕

中国环境科学. 2023, 43(6): 2722-2733.

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基于2018年5月至2020年12月多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)于南京北郊的观测资料,反演了二氧化氮(NO₂)垂直柱浓度与垂直廓线,分析了对流层NO₂的污染特征,并与最新的TROPOMI NO₂产品进行了对比分析.MAX-DOAS观测结果表明,南京北郊的NO₂受温度和太阳辐射影响,呈现出夏季低冬季高、正午低早晚高的变化特征,且主要源于东南方向的污染输送.对比发现,TROPOMI数据与MAX-DOAS在春、秋、冬三季相关系数高于0.7,但在夏季由于多云及低浓度NO₂,相关系数仅为0.544.此外,TROPOMI观测到了南京城区与长三角地区的主要污染热点,与MAX-DOAS高污染方向一致.同时,MAX-DOAS与TROPOMI均观测到了2020年春节后16~30d由于COVID-19封控, NO₂浓度相比2019年和2021年同期减少了50%以上,说明观测点的NO₂污染主要由人类活动产生.

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京津冀植被类型对典型城市夏季O₃和PM_2.5贡献

蔡斌, 程昊淼, 亓浩雲, 李奥哲, 康天放

中国环境科学. 2023, 43(6): 2734-2743.

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以京津冀地区BVOCs排放清单为基础,采用WRF-CMAQ模型模拟与情景分析相结合的方式研究了2018年7月京津冀地区BVOCs排放对O₃和PM_2.5浓度贡献,解析了北京、邯郸、承德、保定等典型城市不同植被类型BVOCs排放对O₃和SOA浓度的影响水平,并应用O₃和SOA生成潜势核算结果对模拟结果进行验证.结果显示, BVOCs排放对北京、邯郸、承德、保定O₃生成贡献率分别为30.19%、24.77%、35.56%、26.73%,对SOA生成贡献率为2.55%、3.32%、4.17%、3.59%;北京、承德的乔木与果园BVOCs排放对O₃和SOA浓度贡献最大,邯郸、保定的草地与庄稼BVOCs排放对O₃和SOA浓度贡献最大;数值模拟结果与O₃、SOA生成潜势表征的潜在影响基本符合.

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减排措施对大气颗粒物粒径分布特征的影响——基于2022年北京冬奥会前后的观测

赵刚, 张亚宾, 赵明升, 韩慧霞, 李刚, 杨小阳, 赵妤希, 褚旸晰, 车飞, 高健, 任丽红

中国环境科学. 2023, 43(6): 2744-2754.

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为研究2022冬奥会期间减排措施对北京大气颗粒物粒径谱分布特征的影响,于2021年12月1日~2022年3月28日使用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)对粒径为3~660nm的大气颗粒物的数浓度谱分布进行了实时监测,结合气态污染物和气象参数,对比分析冬奥会前后新粒子生成(NPF)日和非新粒子生成日的颗粒物数浓度及粒径分布特征.结果表明,大气颗粒物数浓度随减排措施的加强而降低,冬奥会期间(2022年2月1~20日)颗粒物平均数浓度、表面积浓度和体积浓度相较于其他时期分别降低了约4.0%~33.3%、17.1%~41.1%和11.7%~41.2%,体现了冬奥会期间本地排放降低和区域污染减少协同控制的影响.在NPF日,冬奥会期间的积聚模态颗粒物数浓度降低约15.3%~25.1%.超细颗粒物数浓度从冬奥会前(12078cm^-3)到冬奥会后(20600cm^-3)持续上升,主要受到了高浓度的O₃和气态硫酸、高太阳辐射强度、低NO₂浓度和凝结汇等有利成核条件的影响.在非NPF日,限排期间颗粒物数浓度下降4.4%~5.5%,可能受到了一次排放减少的影响.颗粒物数浓度呈双峰分布,在NPF日和非NPF日的主峰峰值粒径分别出现在3~25和60~150nm.冬奥会期间非NPF日10~35和50~150nm粒径段的颗粒物数浓度分别下降17.4%~29.0%和12.0%~24.2%,这与交通排放的减少有关.无论是NPF日还是非NPF日,冬奥会期间早晚交通高峰(07:00~09:00和18:00~22:00)的颗粒物数浓度均有所降低,且非NPF日的超细颗粒物数浓度在早晚交通高峰的降幅大于其他时间段,再次表明交通排放的减少有效降低了大气颗粒物数浓度.

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太原市大气降尘化学组分及来源的粒径分布

田霄, 谢宇琪, 许博, 卫昱婷, 徐晗, 张忠诚, 冯银厂, 史国良

中国环境科学. 2023, 43(6): 2755-2762.

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2019年11月~2020年12月,从太原市8个监测站点采集的大气降尘样品,进行化学组分和粒径分析,研究了降尘化学组分及降尘来源的粒径分布特征.研究结果表明:首先,太原市降尘的粒径大小受地理位置影响显著,呈现南部粒径大,北部粒径小的特点,且呈现秋冬季粒径偏大的季节特点,这与太原市降尘污染源的时空分布有关.此外,不同粒径大小降尘的化学组分存在明显的时空差异,尤其是OC、SO₄^2-和无机元素Ca、Si和Fe等组分.源解析结果表明城市扬尘源对太原市各粒径大小降尘样品的贡献均较高(33.7%~37.5%).同时,建筑尘源(21.8%~31.6%)和钢铁工业源(5.1%~18.1%)对中粒径和粗粒径降尘具有显著贡献,燃煤源对细粒径降尘的影响也不可忽视(14.1%~22.6%).

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北京地区大气重金属沉降污染特征与风险评价

殷雨竹, 樊彦国, 潘瑜春, 孙在金, 马浩森, 郜允兵

中国环境科学. 2023, 43(6): 2763-2776.

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为了解疫情期间北京大气重金属沉降通量的时空特征以及健康风险水平,于2020~2021年共收集大气降尘样品52组,采用实验室仪器测定样品中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd等6种重金属元素的含量,并计算其沉降通量.结果表明,北京降尘中重金属Cd的平均含量不足10mg/kg ,Cr、Ni、Cu、As的平均含量10~100mg/kg,而Zn的平均含量超过了100mg/kg;Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd的含量均超过北京土壤背景值,其超标率分别为93.9%、51.0%、98.0%、100.0%、89.8%和100.0%;北京各重金属元素沉降通量值与全国农业农村加权均值结果相近,显著高于国外发达地区,城区各元素沉降通量低于郊区;地累积指数研究结果表明,各元素的污染水平排序为Cd>Zn>Cu>Cr>As>Ni,其中Cd、Zn元素都在中度和偏中度污染以上,其余元素在轻度污染水平;4个季度13个监测点中Cd元素存在中度危害和很强生态危害,23.1%~76.9%的样品处于中度生态危害;健康风险评价结果表明,降尘中Cr和As对成年人和儿童存在非致癌风险.

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报废汽车拆解基地大气中多环芳烃

冉雪玲, 李林, 秦玉飞, 梁云燕, 谢海华, 贺子镇, 王建波, 鲁妍, 詹路, 许振明

中国环境科学. 2023, 43(6): 2777-2787.

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根据研究所采集的样品数据,分析了报废汽车拆解基地各区域PAHs的浓度分布特征和组分特征,利用正定因子矩阵模型(PMF),分析了报废汽车拆解基地主要污染源.为评价报废汽车拆解过程释放的PAHs对人体健康的影响以及获得PAHs中需要优先控制的污染物,采用BaP毒性当量法(BaP-Teq)及增量终生致癌风险(ILCR)模型,综合评分等方法进行了分析.结果表明PM_2.5,PM₁₀和气相的浓度分别为0.638,0.634,1.6131μg/m³;大气气相中的PAHs浓度高于颗粒物中PAHs的浓度;环数浓度占比为2~3环> 4环> 5~6环;主要污染源为合成材料排放源和石油挥发源;报废汽车存放区,厂内其他区,机械破碎区,小车拆解区,整车拆解区和人工分选区可能存在致癌风险,应加强通风净化等处理设施;优先控制污染物排序为Nap> Chr> Flu> Fla> BaA> BbF> BaP> BkF> IcdP> BghiP.

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Cu_xO/Bi/Bi₂WO₆/BiOCl光热催化降解甲苯

方红莉, 陈佳怡, 曾文晶, 吴素芹, 张淼淼, 袁少棠, 芮泽宝

中国环境科学. 2023, 43(6): 2788-2797.

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合成了具有紧密界面的Ⅱ型与Z型复合异质结光热催化剂Cu_xO/Bi/Bi₂WO₆/BiOCl.结果表明,基于多组分复合异质结上组分Bi纳米颗粒的表面等离子体共振效应、独特的多通道光生电荷传递与分离路径和适宜的用于产生活性自由基的氧化还原电位, Cu_xO/Bi/Bi₂WO₆/BiOCl展现出宽光响应范围、强光吸收、高效光生电荷分离性能和光热协同产含氧活性基团的性能、优异的光热协同催化净化甲苯的性能.在90℃加热耦合光(300mW/cm², λ=200~2500nm)照射下, Cu_xO/Bi/Bi₂WO₆/BiOCl可在0.5h将甲苯气(0.0005%)完全矿化,优于相近条件下文献报道的结果.

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改性赤泥吸附剂吸附低浓度CO₂研究

梁文俊, 杨岚, 张艳, 方宏萍, 刘佳

中国环境科学. 2023, 43(6): 2798-2805.

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以赤泥(RM)为原料,采用酸碱预处理方法制备了介孔赤泥材料(MRM),并以其为载体,利用浸渍法负载MgO以期增加碱性活性位点,通过BET,XRF,XRD,CO₂-TPD等手段对其结构和组成成分进行表征分析.研究表明,MRM的比表面积较RM提高了约28倍,孔结构丰富,物相组成分析表明以赤铁矿为主.负载MgO后,孔结构被堵塞,其比表面积和孔容随着Mg负载量的增加而减小,对5%MgO/MRM吸附剂通过XRD检测结果未发现MgO,表明Mg在吸附剂中分散性较好.当吸附温度为30℃,酸碱预处理赤泥的CO₂吸附容量为1.54mg/g,而5% MgO/MRM的吸附容量为2.26mg/g,说明负载MgO后,碱性活性位点数量明显增加,化学吸附作用增强,随着温度的升高,吸附容量逐渐降低.CO₂-TPD测试结果表明,MRM和5% MgO/MRM均以化学吸附为主,主要形成碳酸盐和碳酸氢盐结构.

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煤焦化过程苯系物的排放特征及稳定碳同位素组成

牟玲, 冯传阳, 李杨勇, 李晓帆, 刘添, 刘紫叶, 姜辛

中国环境科学. 2023, 43(6): 2806-2813.

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选取山西省典型焦化厂开展不同生产工序苯系物(BTEX)样品采集,分析5种主要BTEX组分的排放特征及稳定碳同位素组成(δ¹³C),并对我国焦化行业BTEX排放量及不确定性进行了估算.结果表明:炼焦过程BTEX总排放因子为16649mg/t焦炭,其中焦炉烟气BTEX排放因子最高(7167mg/t),其次为出焦(6454,1825mg/t)、污水处理 (1096mg/t)和化产回收废气 (112.7mg/t);与燃煤不同,苯是炼焦过程排放的优势特征物种(86.12%),其次是甲苯(11.45%);炼焦过程排放BTEX的δ¹³C值为-27.10‰~-32.58‰,不同生产工序δ¹³C值无显著差异;煤焦化过程排放的苯/甲苯比值(B/T)和苯的δ¹³C值具有特异性,可作为区分炼焦与其他污染源的指示物;2020年我国焦化行业BTEX排放量为7844t,其中山西(22.27%)、陕西(10.39%)、河北(10.24%)和内蒙古(8.96%)贡献最大.

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污染场地中VOCs的环境行为与调查评估技术

张文毓, 钟茂生, 姜林, 王世杰, 宋博宇, 赖劲宇, 马琳, 李吉鸿, 王嘉敏

中国环境科学. 2023, 43(6): 2814-2822.

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在梳理场地VOCs环境行为及影响因子研究基础上, 分析了我国VOCs污染场地调查和风险评估领域面临的问题,主要体现在现有土壤调查方法未充分考虑VOCs在土壤气相中的赋存, 导致采样过程中的VOCs逃逸而低估了场地实际污染; VOCs风险评估方法忽略了有机质的非线性吸收、源强的衰减以及优先通道的传输,造成风险评估结果存在不确定性.针对国内VOCs调查评估存在的问题, 详细回顾和分析了国际上土壤气监测技术、风险评估模型, 以及多证据风险评估方法研究及应用, 并在此基础上提出了未来我国VOCs污染场地调查评估领域的发展建议, 即在充分认识VOCs环境行为的基础上,进一步探索适合我国污染场地实际应用情景的调查和风险评估方法, 切实提高我国工业遗留场地土壤污染风险防控水平.

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基于遥感监测的工地和裸地扬尘排放与管控

李婷婷, 徐涛, 耿凯宇, 曾庆伟, 公福钱, 樊守彬

中国环境科学. 2023, 43(6): 2823-2832.

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以北京市昌平区为研究对象,基于遥感监测并结合排放系数法,分析了工地和裸地扬尘源分布、扬尘排放特征和管控情况.结果表明,不同规模工地总面积相差不大,其中小型工地数量占绝对优势,大、中型工地防尘到位率高于小型工地.与工地相比裸地总面积大、数量多、单位面积小,管控难度相对更大,防尘到位率最低.北七家镇和沙河镇工地面积占全区工地总面积的40%,城市建设由回天地区向北发展.回天地区和与之相邻的沙河镇、北七家镇防尘到位率较高,百善镇、崔村镇及北部的三个山区镇防尘到位率较低.昌平区2021年工地和裸地扬尘TSP排放量分别为48285, 2756t,裸地扬尘仅为施工扬尘的6%.与无管控措施的理论值相比,工地和裸地扬尘均减排了25%,其中回天地区工地和裸地扬尘管控成效优于其他地区.本研究将本地化排放模型和遥感解译综合应用于扬尘排放量估算,可以解决采用非本地化排放因子对排放量的低估问题,为促进工地和裸地扬尘测算本地化、提高时空精度和更新效率提供了一种思路.

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超高交联吸附树脂的孔结构对CS₂的吸附-脱附的影响

曲宏昌, 马佳凯, 王婧, 井涛, 龙超

中国环境科学. 2023, 43(6): 2833-2840.

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以苯乙烯为单体、二乙烯苯为交联剂、氯甲醚为氯甲基化试剂,通过改变致孔剂(甲苯或者液体石蜡)种类和交联剂用量,合成出具有不同孔结构的系列超高交联吸附树脂.柱穿透吸附实验结果表明,超高交联吸附树脂对CS₂的吸附量与0.4~1nm之间的微孔体积有关,而与比表面积、微孔体积(0~2nm)无明显相关性;程序升温脱附实验结果表明,当吸附树脂具有更高比例的中孔和大孔孔容时,CS₂脱附的峰值温度更低,脱附更容易.

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Fe/TiO₂_-_x可见光活化过硫酸盐降解双酚A的作用机制

付权超, 许路, 刘沛华, 金鑫, 金鹏康

中国环境科学. 2023, 43(6): 2841-2852.

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以TiO₂和FeCl₃为原料,通过水热-煅烧的方法成功制备了具有高可见光催化活性的Fe/TiO₂_-X催化剂并将其应用于催化活化过硫酸盐降解BPA的研究中.结果表明,研究体系具有优秀的催化氧化能力,BPA(50mg/L)的降解率在40min内达到100%,矿化度达到68.92%,研究同时对复合材料中有无Ti³⁺的自掺杂以及催化剂的投加量、PS浓度对体系降解有机物效能的影响进行了探究.该体系可通过自生光电子还原Fe³⁺实现三价铁和二价铁的高效循环.硫酸根自由基(SO₄^-•)和羟基自由基(•OH)为体系中主要的活性氧化物质,其中•OH贡献率超过66.2%.研究结果同时表明,碱性环境以及体系中的CO₃^2-对体系降解效能具有抑制作用.

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钢渣强化铁氮多孔碳活化过硫酸盐降解四环素

陈爱侠, 雷婵娟, 田铮, 卫潇, 王宁, 杨旭麟

中国环境科学. 2023, 43(6): 2853-2863.

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通过机械球磨法将由木屑一步热解制成的铁氮多孔碳(PC-_Fe,N)与钢渣(SS)结合得到一种新型磁性铁氮多孔碳/钢渣复合材料(PC-_Fe,N/SS),并用其活化过硫酸盐(PMS)降解四环素(TC).结果表明,在TC初始浓度为20mg/L,PMS和催化剂用量为0.50g/L, pH值为7.0时,PC-_Fe,N/SS/PMS体系在30min内对TC的降解率达87.50%,主要是因为KHCO₃和N掺杂改善了多孔碳的表面孔隙结构和内部电子结构,为PMS提供了更多的反应位点;球磨法协同PC-_Fe,N和SS的功能优势,同时减少了材料表面铁纳米颗粒的团聚现象,促进了PMS活化和TC的降解.VSM和XPS表征结果表明,材料的饱和磁化强度为28.93emu/g,有利于分离回收;Fe⁰和Fe²⁺在降解TC过程中发挥重要作用.自由基淬灭实验与电子顺磁共振(EPR)测试结果揭示了PC-_Fe,N/SS/PMS体系降解TC的主要活性物种是硫酸根自由基(SO₄^•-).

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十二烷基硫酸钠对热活化过硫酸盐降解萘的影响

张慧, 张成武, 付玉丰, 姚禹, 郭超, 秦传玉

中国环境科学. 2023, 43(6): 2864-2873.

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研究了常用于土壤淋洗的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对热活化过硫酸盐(PS)降解萘的影响.结果表明,SDS胶束的保护作用抑制了萘降解,但在萘–SDS混合液中自由基仍体现了对萘的优先降解性,SDS浓度为5倍临界胶束浓度时(5CMC)时,萘的降解速率常数(k_nap=0.0108min^-1)是SDS降解速率常数(k_SDS=0.0006min^-1)的18倍.而10CMC时,胶束形态由5CMC时的球形胶束转变为囊泡胶束,这大大增强了其对萘的包裹作用,因此降低了体系中萘的优先降解性.此外,考察了PS投加量对萘优先降解性的影响;分析了萘的降解路径和机理;应用响应面法建立了预测模型,优化了反应条件,该模型可在实际淋洗液的处理过程中根据期望的处理效果指导药剂的投加量.研究认为,SDS会显著影响体系中萘的优先降解性,在合适的药剂配比下,经热活化PS氧化处理后的土壤淋洗液中的SDS具有较好的重复利用性.

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硅化改性微米零价铁去除水体中镍离子

孟越, 陈新富, 张旭, 郑明霞, 虞敏达, 胡翔

中国环境科学. 2023, 43(6): 2874-2880.

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以可溶性硅酸盐为前驱体,通过机械化学方法制备了一种新型硅化改性微米零价铁(Si-mZVI^BM),并将其用于含镍废水处理.结果表明,硅化改性可显著提升微米零价铁的除镍效能,相比于未改性微米零价铁,镍去除率提高了8倍,且在多种实际镍污染水体中修复效能优异.基于解析样品微观形貌、表面电负性及元素组成等特征发现,Si-mZVI^BM的优异除镍效能主要源于机械硅化加速微米零价铁颗粒细化;样品比表面积与分散性的提升促进了镍从溶液到材料表面的传质.同时,硅化还加速微米零价铁界面电子传输速率,促进表面吸附镍的快速还原与沉淀分离,进而实现镍的高效去除.

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纤铁矿对氧氟沙星的吸附特征及环境影响因素

甘翠, 李玉琼, 张天伦, 童蕾

中国环境科学. 2023, 43(6): 2881-2888.

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本文以化学合成的纤铁矿为研究对象,探讨典型氟喹诺酮类抗生素氧氟沙星(OFL)在纤铁矿上的吸附动力学､热力学过程及其环境影响因素.结果表明,纤铁矿对OFL的吸附过程更符合伪二级动力学模型(R²= 0.991)和Freundlich模型(R² = 0.996),平衡吸附量(Q_e)为1.99mg/g,且该吸附为自发放热过程.纤铁矿对OFL的吸附有很强的pH值依赖性,主要取决于不同pH值条件下纤铁矿的带电性和OFL离子的存在形态;同时,离子强度的增加会减弱纤铁矿与OFL之间的静电斥力,从而使吸附量增加.富里酸(FA)对OFL在纤铁矿上的吸附具有促进作用;两种离子对OFL的竞争吸附有着不同的影响,其中Ca²⁺抑制OFL的吸附,而NO₃^-则无明显影响.扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表明,OFL在纤铁矿上的吸附机制以羧基参与的双齿螯合配位或双桥配位作用为主.

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四环素降解对厌氧反硝化产甲烷性能的影响

龚勍, 王震, 邢剑波, 汪素芳, 周爱娟, 岳秀萍

中国环境科学. 2023, 43(6): 2899-2907.

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为有效去除污水中的四环素(TC),以乙酸钠为共代谢基质,研究厌氧反硝化同时产甲烷(SDM)体系中TC的降解特性及体系性能变化.结果表明,5d内SDM体系中TC (1mg /L)的降解率可达82.6%,同时TC降解过程中TOC的降解率可达95%以上;但一定浓度的TC压力对TC的降解、NO₃^--N去除以及CH₄的产生有抑制作用,影响SDM处理废水的性能.此外,根据中间产物推测出该反应体系中微生物对TC的降解途径主要包括羟基化、碳键的断裂和脱氨基等;通过高通量测序对微生物群落进行分析,发现厌氧功能菌群得到富集,细菌菌门以Proteobacteria为主,菌属以Candidatus_Promineofilum和Candidatus_Microthrix为主;古菌菌门主要以Euryarchaeota和Halobacterota为主,菌属以Methanosaeta和Methanothrix为主.出水生物毒性检测结果显示,周期末出水生物毒性降低且接近空白组.

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改性稻壳生物炭对水中反硝化过程和N₂O排放的影响

王朝旭, 刘勇超, 常智淋, 陈启斌, 王永, 李作臣, 闫铭, 魏阳

中国环境科学. 2023, 43(6): 2908-2916.

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为探究H₂O₂改性和NaBH₄改性稻壳生物炭(BC-H₂O₂和BC-NaBH₄)对反硝化过程和N₂O排放的影响及机理, 在制备并测定BC-H₂O₂和BC-NaBH₄理化性质及其表面含氧官能团含量基础上, 将未改性生物炭(BC)、BC-H₂O₂和BC-NaBH₄以1%(w/V)的比例分别加入含有厌氧反硝化细菌(DB)的培养体系, 开展DB去除模拟废水中低浓度硝酸盐(约10mg/L, 以N计)的室内培养实验. 结果表明, H₂O₂改性增加了生物炭表面的羧基含量, 而NaBH₄改性增加了生物炭表面的内酯基和酚羟基含量. 另外, 傅立叶变换红外光谱分析表明, 与BC相比, BC-H₂O₂的C=O含量明显增加. DB+BC-H₂O₂和DB+BC-NaBH₄处理的反硝化速率峰值较DB+BC处理提前12h出现, 且分别高17.50%和6.32%. 与DB+BC处理相比, DB+BC-NaBH₄处理的N₂O累积排放量增加10.43%, 但差异不显著; DB+BC-H₂O₂处理的N₂O累积排放量显著增加165.54%, N₂O/(N₂O+N₂)比值显著增加170.00%, 但N₂O+N₂累积排放量之间无显著差异(P<0.05), 表明BC-H₂O₂抑制反硝化过程中N₂O向N₂还原, 进而促进N₂O排放, 这可能与添加BC-H₂O₂使培养体系的pH值、碳生物有效性降低以及C=O含量增加有关.

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固定床吸附磺胺嘧啶过程中微生物抗性及群落变化

曾雪玉, 邓德麒, 刘康康, 胡美丽, 曹海雷, 吕健

中国环境科学. 2023, 43(6): 2917-2925.

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以磷酸改性咖啡渣生物炭(PABC-700)为吸附剂填充固定床,系统分析进水流速、吸附剂填充高度以及初始浓度对PABC-700固定床动态吸附磺胺嘧啶(SDZ)规律的影响,进而对受SDZ长期选择压力下固定床内微生物抗性及群落变化进行了评估.结果表明,PABC-700固定床对水中SDZ的动态吸附行为符合Yoon-Nelson和Adams-Bohart模型.利用qPCR技术分析了sul1和sul2两种抗性基因的丰度变化,结果表明,固定床长期运行会导致出水中磺胺类抗生素抗性基因的增殖,且随着体系中SDZ浓度的升高,生物炭上sul1及sul2的丰度也呈现出升高趋势,暴露于1.0mg/L磺胺嘧啶组的sul1及sul2表达量可达对照组的1.97及1.53倍.利用Miseq PE300测序对固定床反应器长期运行条件下进出水及生物炭表面的微生物群落结构分析,结果表明,固定床上微生物群落多样性较对照组发生显著衰减,出水与固定床上的细菌群落结构具有显著相关性,且滤后出水中条件致病菌分枝杆菌属的增殖需要引起重视.

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一株钒还原菌的分离鉴定及V(V)还原机理研究

周睿, 周雅琪, 王丽丽, 盛米雪, 司友斌

中国环境科学. 2023, 43(6): 2926-2937.

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从钒(V)污染土壤中筛选出一株对钒具有还原能力的细菌,探讨不同V(V)浓度、接种量、pH值条件对菌株还原V(V)的影响,研究菌株胞外、胞内还原V(V)的过程及酶活性变化,解析菌株对V(V)的还原机制.结果表明,筛选菌株NC1-2鉴定为一株神户肠杆菌(Enterobacter kobei).该菌株在160mg/L V(V)下培养7d时,V(V)还原率达96.29%;增加接菌量能加快V(V)还原;pH值8.0时菌株对V(V)的还原效果最佳.降低细胞膜通透性,V(V)还原率从71.2%提高至75.0%.不同亚细胞组分对V(V)的还原存在差异,胞外分泌物及细胞质组分对V(V)的还原率分别为41.71%和80.17%,细胞膜组分未发生V(V)还原.菌株还原V(V)过程中,亚硝酸还原酶(NIR)活性和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)含量均有不同程度的提高.发生V(V)还原的细胞组分,胞外多糖及胞外蛋白含量增加,钒在细胞内外均有分布.傅里叶红外光谱(FTIR)分析表明菌体表面羟基、羰基、酰胺基参与生物吸附;扫描电镜(SEM)显示V(V)还原后菌体周围出现沉淀,能量散射x射线谱(EDS)结果表明沉淀物中有钒元素存在;X射线光电子能谱(XPS)分析表明菌株NC1-2将V(V)还原为V(IV);透射电镜(TEM)结果表明钒在细菌体内被沉淀.综上结果,菌株NC1-2能在细胞内和细胞外还原V(V)并形成不溶性V(IV)沉淀,NIR和NADH参与这一胞内生物转化过程. 研究揭示了神户肠杆菌NC1-2还原V(V)的特性及内在机理,并简析其胞内电子传递过程.该菌株在钒污染修复中具有良好的应用前景.

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流速对污水管道中甲烷与硫化物生成的影响

刘伟, 石烜, 徐栋伟, 金鑫, 金鹏康

中国环境科学. 2023, 43(6): 2938-2947.

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为探明城市污水管道中流速变化对甲烷和硫化物生成的影响特性,通过控制污水管道中试系统的污水流速,探究了不同流速下产甲烷菌(MA)和硫酸盐还原菌(SRB)的菌群与功能基因分布特性.结果表明,污水管道中甲烷和硫化物主要分布于固相沉积物间隙水和液相污水中,当流速从0.1m/s升高至0.7m/s时,固相中10%的甲烷和硫化物会转移到液相和气相中.同时对管道中微生物进行宏基因组测序,发现MA菌群相对丰度升高1.24%,SRB菌群相对丰度降低0.4%.通过对甲烷代谢和硫代谢通路中关键酶和基因的检测,发现0.7m/s流速下甲烷代谢通路中关键酶、基因相对丰度更高,0.1m/s流速下硫代谢通路中关键酶、基因相对丰度更高.

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铁氨氧化技术在废水脱氮中的应用研究进展

杨莉莉, 李文譞, 彭钰卓, 胡凯耀, 慕浩, 董三强

中国环境科学. 2023, 43(6): 2948-2959.

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铁氨氧化,即Fe(Ⅲ)还原耦合厌氧氨氧化技术(Feammox),具有污泥产量低,无需有机碳,对重金属耐受等优点.本文阐述了Feammox反应的潜在机制、铁还原途径及其功能微生物;探讨了pH值、温度、Fe(Ⅲ)、有机物、硝酸盐(NO₃^--N)和亚硝酸盐(NO₂^--N)等关键影响因素;从Feammox技术与其他脱氮工艺耦合的角度出发,综述了Feammox技术在废水处理应用中的最新发展趋势,并对未来发展进行了展望.对Feammox工艺最新进展的概括为进一步的工艺优化提供了新思路,有助于在未来实际应用中实现更好的脱氮性能.

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报废产品中钴金属回收潜力研究

李杰, 李芳琴, 黄莉, 代涛

中国环境科学. 2023, 43(6): 2960-2969.

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钴金属在电池材料､高温/硬质合金､磁性材料等领域的作用日益突出,由于储量的极度稀缺,供应的高度集中,目前是全球主要国家关注的焦点.从报废产品中回收钴金属,被普遍认为是减少环境污染,增加资源供给的一项关键战略.本文通过梳理文献确定了各类报废产品中钴金属的使用强度､回收方法､回收率;运用物质流分析方法和回归分析法对含钴产品需求量和报废量进行评估,估算了2022~2035年中国大陆范围内报废产品中钴金属回收潜力.结果表明:报废电池材料是钴金属主要回收来源,乘用车电池回收将是钴金属回收的重要部分;中国钴金属回收潜力逐年递增,到2035年将达到约2.4~3.8万t.最后,提出了相关建议,以期为高效处置报废产品、保护生态环境、提高资源利用效率提供支撑.

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原位调控基料碳源组分对水虻堆肥效率与碳氮固定效应的影响

严业皓, 林嘉聪, 麦力文, 朱四喜, 李勤奋, 王定美

中国环境科学. 2023, 43(6): 2970-2981.

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选择生物可利用度高的葡萄糖和生物利用度低的木屑作为碳源,花生粕作为氮源,配制总C/N为10、15、20、25、30,碳源难易利用程度为0%、25%、50%、75%、100%的25个水虻堆肥处理组,探究了不同总碳氮比和碳源难易利用程度下的水虻堆肥效率与碳氮素固定效应,基于相关性分析与正交偏最小二乘回归模型分析了调控碳氮固持的关键因子,并利用主成分分析法开展综合评价.结果表明:25个试验处理下,水虻虫体和虫粪产率分别为3.96%~23.06%和13.38%~89.99%;虫体碳含量为48.12%~60.31%,虫体氮含量为5.79%~9.85%,水虻从基料回收的碳、氮素分别为3.24%~29.58%和17.21%~52.69%;水虻堆肥体系碳与氮总固定率分别为40.69%~93.81%和38.06%~72.89%.易利用碳素有效率 (ACC1)对水虻堆肥中虫体、虫粪的碳氮固定影响显著(VIP>1).总C/N为10,难易利用度碳源比为50%:50%时,水虻堆肥效率与体系总碳氮固定综合效果最佳.本研究证明了总C/N作为水虻堆肥营养基料配置指标上存在局限性,而原位调控基料碳源的生物利用度,可实现虫体高效生产与碳氮固定效能的协同平衡.

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不同气氛热解生物炭可溶性有机碳的光谱特征

张慧颖, 陈卫锋, 余姝含, 向宇, 钱伟, 杨柳明, 倪进治

中国环境科学. 2023, 43(6): 2982-2992.

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为探明不同气氛热解生物炭可溶性有机碳(BDOC)的性质特征,在不同热解气氛(CO₂、N₂和空气限制)和热解温度(300~750℃)下制备了一系列小麦秸秆生物炭,通过提取其BDOC并结合紫外-可见光谱和荧光光谱-平行因子分析方法对BDOC性质进行分析.热解温度为300℃时,CO₂和N₂热解生物炭释放的DOC含量高(CO₂:10.55mg/g,N₂:10.17mg/g);而热解温度为450~750℃时,空气限制热解生物炭释放的DOC含量高(0.31~2.88mg/g).生物炭释放DOC含量与生物炭的挥发性物质含量、H/C和(O+N)/C呈正相关关系.空气限制热解BDOC具有更低的分子量,更高的芳香性(SUVA₂₅₄范围:7.66~16.86),腐殖化程度(HIX范围:10.77~52.21)和类腐殖酸物质含量,而CO₂和N₂热解BDOC含有更多的类蛋白物质.此外,CO₂和N₂气氛热解BDOC光谱特征的温度变异性大于空气限制热解.

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基于碳氮化学计量探究植被格局变化对土壤汞累积的影响

杨路寒, 王训, 王定勇

中国环境科学. 2023, 43(6): 2993-3001.

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以位于青藏高原东缘的贡嘎山海螺沟冰川退缩区为研究对象,基于有机土壤中汞、碳、氮的含量变化及化学计量关系,探讨了植被格局变化对土壤汞积累分布的影响.结果表明,有机土壤形成前期(10年尺度内),不同林分均因凋落物快速降解导致碳、氮含量显著降低与汞的络合位点增加,致使土壤中汞呈现强烈的富集效应;有机质后续的慢速降解矿化过程(10年至百年尺度)中,植被类型的影响作用明显,不同林分下有机土壤中汞的积累模式存在显著差异.针叶林有机层土壤汞浓度(277.54±117.19) ng/g大于演替前期阔叶林(204.23 ±14.38) ng/g的值.在有机质慢速矿化阶段中,阔叶林土壤汞随深度递减,而针叶林土壤汞基本保持恒定,这与针叶凋落物中氮含量(2.11%±0.20%)较阔叶(2.64%±0.10%)低,使得其针叶凋落物降解矿化速率变慢有关.此外,阔叶林分有机土壤中Hg/C随C/N增加而显著降低,但由于针叶林不同的凋落物输入特征和汞积累模式,其Hg/C与C/N不再呈现显著负相关.

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水稻田垂直剖面土壤稀土元素来源解析及生态风险评价——基于锶钕同位素示踪结合MixSIAR模型

曹劼, 闫钰, 于瑞莲, 翁铂森, 胡恭任, 崔建勇, 颜妍, 黄华斌

中国环境科学. 2023, 43(6): 3002-3012.

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为研究水稻田垂直剖面土壤中稀土元素的来源及生态风险,采集了福建省东南部地区3个水稻田垂直剖面土壤及周边潜在源样品,分析测定垂直剖面土壤和潜在源中稀土元素含量及锶钕同位素组成.在垂直剖面土壤和潜在源稀土元素含量、地球化学特征定性分析垂直剖面土壤中稀土元素来源的基础上,利用锶钕同位素结合MixSIAR模型定量计算各潜在源对垂直剖面土壤中稀土元素的具体贡献,将潜在生态风险评价与MixSIAR模型计算贡献率结果相结合,得出潜在源对垂直剖面土壤中稀土元素综合潜在生态风险的贡献.结果表明,P1垂直剖面土壤中稀土元素主要来源于土壤母质层,稀土元素达到中等生态风险水平;P2垂直剖面土壤中稀土元素受化肥影响较大,浅层土壤中稀土元素生态风险大于深层土壤;P3垂直剖面土壤中稀土元素受多种因素综合影响,稀土元素生态风险较小.垂直剖面土壤中稀土元素生态风险受人为因素影响的同时自然来源也不可忽视.

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粪肥铜锌残留对土壤N₂O排放及其关联因子的影响

张婷, 蒋晶晶, 冯廉洁, 蒋静艳

中国环境科学. 2023, 43(6): 3013-3022.

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为探究不同pH值农田土壤对猪粪中典型重金属(Cu, Zn)残留的响应,采用酸(pH值为5.81),中(pH值为7.18),碱(pH值为8.00)3种菜地土壤,分别设置不添加猪粪(CK),等氮添加有机猪粪(M)以及集约化养殖业产出的高Cu, Zn残留猪粪(MP)3种处理,干湿交替预培养至猪粪中易利用底物基本耗尽后追加尿素,以进一步分析MP中残留有效Cu、Zn对N₂O排放及其相关因子的影响.结果表明,不同pH值土壤N₂O排放对添加MP响应不同,MP在酸性和碱性土壤中显著抑制N₂O排放,在中性土壤中则显著促进N₂O排放(P<0.05).与有效Cu, Zn显著相关的产N₂O底物和微生物因子在不同土壤中存在一定差异.逐步回归分析表明酸性土壤N₂O排放的主要驱动因子为NH₄⁺-N转化量,有效Zn含量和18S rRNA丰度,碱性土壤N₂O排放仅受NO₃^--N生成量驱动,而中性土壤N₂O排放的主要驱动因子则为有效Cu.相对于M处理,MP中残留有效Cu与nirS丰度显著负相关(P<0.05),与AOB amoA丰度强正相关(n=3, r>0.95),其作用在酸性土壤中最强;残留有效Zn则与nosZ(P<0.05), 18S rRNA(P<0.1), AOA amoA(P<0.1)以及16S rRNA(n=3, r>0.95)丰度正相关,且其在中性土壤中促进作用最强; MP残留有效Cu, Zn对碱性土壤中N₂O排放相关微生物基因的作用整体表现为抑制效应.因此,集约化养殖业粪肥如需还田可优先考虑碱性土壤以降低其负面环境生态效应.

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典型黑土区坡面侵蚀-沉积对土壤微生物养分限制的影响

莫帅豪, 王雪松, 郑粉莉, 秦琪珊, 王一菲, 安小兵, 王伦, 胡文韬, 张加琼

中国环境科学. 2023, 43(6): 3023-3033.

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在典型黑土区黑龙江省克山县选取开垦百年坡耕地,采用²¹⁰Pb_ex示踪技术估算坡面侵蚀-沉积速率,并划分土壤侵蚀强度等级[包括沉积(DS)、轻度侵蚀(LE)、中度侵蚀(ME)、强烈侵蚀(IE)和极强烈侵蚀(SE)],对比不同土壤侵蚀强度等级下土壤碳氮磷含量、微生物生物量和酶活性的差异,通过酶计量矢量模型量化土壤微生物养分限制对土壤侵蚀-沉积的响应.结果表明:坡耕地土壤侵蚀-沉积速率变化于-782.7~10914.5t/(km²·a)之间,其平均侵蚀速率为3507.6t/(km²·a);土壤LE和ME主要发生在坡上部和沉积部位周围,IE和SE主要发生在坡中部,而DS主要位于坡脚.土壤碳氮磷含量和微生物生物量总体随土壤侵蚀强度等级增加而降低.土壤碳获取酶活性(BG+CBH)和氮获取酶活性(NAG+LAP)在坡面DS部位最高;而土壤磷获取酶活性(ACP)在坡面SE部位最高.酶计量矢量模型表明土壤微生物受到相对碳和磷限制;土壤微生物相对碳限制随土壤侵蚀速率的增加和沉积速率的降低呈线性下降趋势,而土壤微生物相对磷限制则随土壤侵蚀速率的增加和沉积速率的降低呈线性增加趋势,表明土壤微生物受到土壤磷素的限制作用相对突出.土壤养分含量和微生物生物量解释了坡面不同土壤侵蚀强度等级下土壤酶活性和微生物养分限制变化的60.1%,其中土壤有机碳(SOC)含量在条件效应下的解释度最高,其解释度为17.4%.总之,土壤侵蚀-沉积对土壤质量的影响是土壤性质和微生物养分限制共同作用的结果.

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氮素抑制剂对水稻吸收转运镉的影响

李小雪, 汪毅, 许超, 王华静, 张泉, 朱奇宏, 朱捍华, 黄道友

中国环境科学. 2023, 43(6): 3034-3041.

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在典型镉(Cd)污染稻田上,采用田间小区试验研究脲酶抑制剂N-丁基硫磷酰三胺 (NBPT)和硝化抑制剂双氢胺(DCD)与尿素同步基施对土壤氯化钙提取态Cd(CaCl₂-Cd)、根表胶膜Cd和水稻各部位Cd含量的影响.结果表明:与对照相比,NBPT、DCD和NBPT+DCD处理均在一定程度上降低土壤CaCl₂-Cd含量,NBPT+DCD处理CaCl₂-Cd含量显著降低15.0%.NBPT与NBPT+DCD处理提高了水稻根表胶膜量.NBPT+DCD处理稻米Cd含量显著降低18.4%,Cd由根向稻米的转运系数(TF_米/_根)、茎向叶的转运系数(TF_叶/_茎)和茎向稻米的转运系数(TF_米/_茎)分别降低20.0%、40.6%和38.1%.Cd的TF_米/_根和TF_米/_茎降低是NBPT和DCD配施降低稻米Cd含量的主要原因.NBPT和DCD与尿素同基施是一种降低稻米Cd含量的有效措施.

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微生物电化学技术在石油烃污染土壤修复中的应用研究进展

李瑞祥, 李田, 张晓林, 周启星

中国环境科学. 2023, 43(6): 3042-3054.

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石油开采和运输过程中会产生大面积的石油污染场地.碳中和背景下,微生物电化学技术为土壤中石油有机污染物去除提供了新型碳减排修复策略.简要介绍了微生物电化学系统的运行原理和分类,并针对该技术低成本、绿色低碳、能量转化效率高以及可控性强等优势具体分析了其在石油烃污染土壤修复领域应用的可行性.详细概述了微生物电化学系统修复性能的影响因素及增加系统电子受体、提高传质能力以及提高电子传递能力等强化途径,并对现阶段微生物电化学修复技术存在的问题和发展中的局限性进行总结,指出未来的发展方向,以期指导该技术在污染土壤中的实际应用.

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基于微生物完整性指数的水生态系统健康评价——以武汉市东西湖区湖泊群为例

张迪涛, 张鹏, 王司阳, 张亮, 常剑波

中国环境科学. 2023, 43(6): 3055-3067.

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在基于生物完整性指数(IBI)的生态系统健康评价中,通常会采用鱼类、底栖生物、着生藻类作为指示物种.然而,随着生态退化影响下生产者和消费者的数量锐减,可获得用于评价样本的数量越来越少,这就使得上述指示物种作为健康评价指标的可应用性大大降低.以武汉市东西湖区5个湖泊为研究对象,利用环境DNA(eDNA)技术监测的水体微生物数据,建立微生物完整性指数(M-IBI)评价方法.综合水质和实地生境条件对采样点健康状况进行评分和比较,选择甘家教湖的5个采样点作为参考点.结合遴选的6个重要的生物指标,构建了生态系统健康评价打分方法. 研究结果显示在全部19个采样点中,7个健康等级为健康,占36.84%;8个健康等级为亚健康,占42.11%;4个健康等级为一般,占21.05%,甘家教湖和杨泗泾湖所有采样点均为健康水平.评价结果合理地反映了不同湖泊的健康状况,说明基于eDNA的M-IBI方法在受损湖泊水生态系统健康评价中具有广泛的应用潜力.

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雅鲁藏布江上游干支流稀土元素地球化学特征

刘心庭, 贺文枨, 彭辉, 肖尚斌, 刘佳

中国环境科学. 2023, 43(6): 3068-3076.

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对雅鲁藏布江上游干支流水体及沉积物稀土元素含量、配分模式以及Ce、Eu特征元素参数进行研究,以探讨其地球化学特征及影响因素.结果表明,水体溶解态稀土元素含量平均值为19.28ng/L,沉积物稀土元素含量平均值为190.8mg/kg.水体稀土元素表现为重稀土元素富集(La_N/Yb_N<1),沉积物并表现为轻稀土富集(La_N/Yb_N>1);受岩石风化作用的影响水体Ce为负异常,沉积物Ce为无异常和弱负异常;受水岩相互作用对稀土元素在水-沉积物系统中迁移转化得影响,水体Eu表现为正异常,沉积物Eu表现为负异常.由于源岩类型不同导致的风化过程的差异,河源段与河流段稀土元素表现出明显的空间异质性.

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西北内陆河抗生素抗性基因赋存特征及其影响因素

邢月, 张雯, 程艳, 程刚, 胡海洋

中国环境科学. 2023, 43(6): 3077-3086.

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基于宏基因组学方法对Y河流域表层水中抗生素抗性基因(ARGs)分布特征及细菌群落结构进行分析,探究了ARGs与环境因子、细菌群落间的关系.结果表明,Y河流域表层水中检测到21种ARGs类型和1295种ARGs亚型,6种抗性机制,其中多重耐药类为主要ARGs类型,macB为优势ARGs亚型,抗生素外排为主要抗性机制;分别检测到160个门水平和4149个属水平细菌.其中变形菌门(Proteobacteria)是优势细菌门,Liminohabitans等为优势细菌属.相关性分析结果表明TOC、DOC和COD_Mn等与多种ARGs亚型呈显著相关性(P<0.05);黄杆菌属(Flavobacterium)、极地单胞菌属(Polaromonas)和类诺卡氏属(Nocardioides)等部分菌属与多种ARGs显著相关(P<0.05),且涉及多种ARGs类型和抗性机制.本研究以期为西北干旱区典型内陆河水环境ARGs分布特征提供数据支撑.

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人类活动影响下异龙湖浮游植物碳氮稳定同位素变化特征

王旭, 郭雯, 王明果, 李平, 温雯雯, 陈丽, 郑昕, 黄林培, 陈光杰

中国环境科学. 2023, 43(6): 3087-3099.

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于2020年9月~2022年6月在异龙湖开展了20个点位、8个季节的水体水质、浮游植物碳氮同位素信号等内容的系统调查与对比分析.结果表明,浮游植物δ¹³C信号分布范围为-28.98‰~-22.32‰,呈现了丰水年份(-26.89‰±1.34‰)低于枯水年份(-25.30‰±0.97‰)、9月高于其他月份等变化模式,同时出现了西部湖区高于中部、东部湖区的空间分布特征.浮游植物δ¹⁵N信号分布范围为-0.28‰~10.25‰,且丰水年份(6.28‰±1.07‰)高于枯水年份(2.78‰±1.55‰),施肥季节(6、12月)低于其他季节,以及在雨季(9月)和旱季初期(12月)西部湖区高于中部、东部湖区的空间分布特征.统计分析表明,随着异龙湖水量的上升,具有较低δ¹³C信号的流域无机碳输入增加、水体富营养化程度降低,可能改变了浮游植物利用的无机碳源及其生长速率,从而造成了浮游植物δ¹³C信号的显著下降,反映了调水补水措施等人类活动影响下浮游植物δ¹³C信号的快速响应.同时,浮游植物较低的δ¹⁵N分布特征及其与水体NH₄⁺-N浓度密切相关,反映了异龙湖氮素来源于以氨肥为主的农业面源污染影响,并通过浮游植物吸收等过程影响了湖泊生态系统的氮循环模式.而有机肥替代化肥措施实施后异龙湖浮游植物δ¹⁵N呈现出随水量显著升高的特征,反映了生态环境修复措施显著改变了异龙湖的氮素来源.MixSIAR模型结果表明,异龙湖氮源中农业面源污染从枯水年份的88.4%下降至丰水年份的79.0%,其中化肥贡献率从41.2%下降至14.0%,有机肥占比从47.2%上升到65.0%,而点源污染贡献率则从11.6%升高至21.0%.由此可见,调水补水工程、有机肥替代化肥等人类治理活动降低了异龙湖水体的营养盐浓度,并通过增加δ¹³C偏低的流域碳源和δ¹⁵N偏高的有机肥氮源导致浮游植物δ¹³C信号的降低和δ¹⁵N信号的升高,反映了湖泊治理和环境修复措施对湖泊初级生产者碳氮稳定同位素及其循环过程产生显著影响.

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基于氮氧同位素的南四湖硝酸盐来源解析

凌郡鸿, 张依章, 曹英杰, 李旭, 赵光磊

中国环境科学. 2023, 43(6): 3100-3106.

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取南水北调东线受水湖南四湖为研究对象,运用δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-同位素示踪技术和水化学分析方法,阐明了研究区水化学及不同形态氮分布特征,揭示了氮的转化过程,分析了硝酸盐来源,基于MixSIAR模型,对研究区水体中各硝酸盐来源贡献比例进行了定量识别.结果表明:南四湖无明显温跃层,水体呈碱性,水化学类型以SO₄^2--Na⁺型为主.下级湖中的氮以硝态氮为主,随着水体自净及沉积物吸附,浓度逐渐降低,入湖河流污染特征与湖水一致.研究区湖水硝酸盐形成过程以硝化作用为主,水体中的硝酸盐来源生活污水>土壤有机氮>合成化肥>大气沉降,基于MixSIAR源解析模型分析,贡献比例分别为51.3 %、23.7 %、16.4 %、8.5 %.

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澜沧江沉积物氨氧化及反硝化微生物丰度

吴子贤, 陈浩东, 李祝, 陈卓, 廖明军

中国环境科学. 2023, 43(6): 3107-3117.

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为了探究梯级水库开发对河流沉积物中氮循环微生物的影响,本文针对澜沧江流域氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)和nirS型反硝化微生物丰度进行了研究,采集了云南省盐井至橄榄坝19个点位的沉积物样品,测定了研究区域内自然河流、水库河段、重要支流的AOB-amoA、AOA-amoA和nirS基因的丰度,同时测定了沉积物、间隙水及水体理化因子.结果显示:19个点位沉积物AOB-amoA基因丰度范围为0.82×10⁷~4.25×10⁷copies/g,AOA-amoA基因丰度范围为0.83×10⁷~6.87×10⁷copies/g,nirS基因丰度范围为0.72×10⁷~7.32×10⁷copies/g;AOA/AOB介于0.35~2.17之间,AOA在数量上相比于AOB并不占优势.AOA-amoA、AOB-amoA和nirS丰度在自然河段、水库段和支流没有显著差异,说明人工水利设施的建设对氨氧化微生物丰度空间分布并无显著影响.沉积物间隙水氨氮、总磷和总氮是影响AOA丰度的主要环境因子;AOB丰度主要受水温、沉积物总氮、总磷和沉积物总有机碳影响;nirS型反硝化微生物丰度主要受间隙水总氮和沉积物总有机碳影响.

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藻源有色溶解有机物的光学特性变化及一氧化碳的光生成——以中肋骨条藻为例

侯树冉, 纪璇, 张婧

中国环境科学. 2023, 43(6): 3118-3128.

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以中肋骨条藻(Skeletonema costatum)为研究对象,对其生长周期中有色溶解有机物(CDOM)的光学特性变化、藻源CDOM在不同波长辐照下的降解和一氧化碳(CO)的产生情况进行探究.结果表明,在微藻生长过程中,CDOM吸收系数a(350)呈现先降低后增加的趋势.辨别出2种类腐殖质组分C1(E_x/E_m=325/395nm)和C2(E_x/E_m=265/445nm)以及1种类蛋白质组分C3(E_x/E_m=275/345nm).随着辐照波长范围的增加,a(350)及荧光组分的荧光强度在不同生长阶段的损失率均呈现升高趋势.在光照9h后,a(350)分别在280~800,315~800和400~800nm辐照波长下平均降低了69.07% ±8.23%、51.85% ±12.54%和31.12% ±3.40%.此外,藻源CDOM的降解产物CO随辐照波长范围的增加而升高,紫外光对CO生成的贡献超过70%.

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鄱阳湖水系细菌群落结构特征及构建机制

折远洋, 王鹏, 丁明军, 聂明华, 黄高翔, 张华, 黄益平, 曹英杰

中国环境科学. 2023, 43(6): 3129-3140.

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为探讨不同时空尺度下河流细菌群落结构和构建机制,于枯水期(10~翌年1月)和丰水期(4~8月)在鄱阳湖水系(五河七口)共进行8次水样采集,基于高通量测序技术分析了细菌群落结构、网络交互作用及构建机制.结果表明:Shannon指数丰水期(5.12)显著高于枯水期(4.45),Chao1指数不同水期间差异不显著,丰水期与枯水期内a多样性均存在显著差异.不同站点间细菌群落a多样性差异不显著,b多样性存在差异.假单胞菌门(Pseudomonadota, 34.72%)、放线菌门(Actinobacteriota,32.35%)、蓝藻菌门(Cyanobacteria,13.21%)和拟杆菌门(Bacteroidota,10.81%)是鄱阳湖水系的优势菌门,相对于枯水期,丰水期Pseudomonadota和Actinobacteriota相对丰度显著下降,Cyanobacteria和Bacteroidota显著上升.水温(WT)和平均河网长度(MDSL)是影响门水平细菌群落结构的主要环境因子.水体细菌群落的生态网络相互协作、竞争关系并存,丰水期物种间复杂性和稳定性强于枯水期.流量(WF)、WT和溶解氧(DO)与共生网络显著相关.确定性过程主导细菌群落构建机制,枯水期确定性过程贡献强于丰水期,不同时间尺度下共生网络模式和构建机制存在一定差异.

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太湖梅梁湾浊度对风值的时滞性响应研究

渠姗, 王健健, 袁媛

中国环境科学. 2023, 43(6): 3141-3149.

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基于野外高频同步观测数据,采用风值来定量表征风向风速变化,并利用广义相加模型(GAM)揭示太湖表层和底层浊度对单独风速、综合风值的滞后效应.结果表明:小风状态下(风速<4m/s或风值<3),太湖梅梁湾的浊度较低,随着风速增加,浊度呈持续性增长;随着风值增加,前期浊度呈增长趋势后期逐渐呈平缓趋势;风向的短期变化对浊度的影响较小,单向风的长时间累积对浊度影响较大;表层浊度对单独风速的滞后响应时间是5h45min、对风值的滞后响应时间是1h;而底层浊度对风速和风值的滞后时间分别为7h和2h;说明浊度对风速和风向均存在一定的延迟效应,随着水深的增加,由于地形等其他因素的影响,湖流存在一定垂向切变,风向对浊度变化的影响逐渐减小.该研究结论揭示仅仅研究风速对浅水湖泊的生态系统的影响存在一定不足,风向的影响不容忽视.同时考虑风向和滞后效应的双重作用对富营养化模型精度的提高有着重要影响.

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生活垃圾填埋场黄土覆盖层的甲烷氧化能力现场测试和评估

詹良通, 王勇, 刘凯, 兰吉武, 冯嵩, 王军民, 林亦凡

中国环境科学. 2023, 43(6): 3150-3157.

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采用静态箱和激光甲烷检测仪等设备开展了50组地表甲烷通量测试,分析了不同龄期垃圾堆体上部土质覆盖层的甲烷氧化能力,并修正了评估现场土质覆盖层甲烷氧化速率和甲烷氧化率的计算方法.结果表明:80%测试点的地表甲烷通量低于澳大利亚CFI(澳洲碳农业倡议)规定限值60g/(m²∙d),导气竖井附近20m范围内存在甲烷通量超过CFI规定的排放热点.填埋龄期3~7a堆体的地表甲烷通量从1.13g/(m²∙d)下降到0.53g/(m²∙d),7~10a的地表甲烷通量基本保持稳定.甲烷氧化速率和覆盖层底部甲烷通量具有正相关性,现场测得的土质覆盖层最高甲烷氧化速率为63.30g/(m²∙d),对应的底部甲烷通量为75.95g/(m²∙d).每一龄期堆体上部黄土覆盖层的平均甲烷氧化率均超过90%.

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多酚对真核微藻的重金属抗性影响及其机制

张庭廷, 周瑾, 李诚

中国环境科学. 2023, 43(6): 3158-3165.

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以真核微藻斜生栅藻为试验对象,对其在重金属Pb²⁺胁迫下,添加焦性没食子酸(PA)后的生物量变化及其机制进行了探究.结果表明:作用第 4d,10.0mg/L单独Pb²⁺对斜生栅藻的抑制率为73.1%,但在Pb²⁺胁迫的同时添加不同浓度PA(1.0, 5.0, 10.0, 15.0mg/L),可见明显的低促高抑现象,1.0~10.0mg/L PA添加组抑制率显著低于单独Pb²⁺胁迫组,P<0.05.其机制研究表明,Pb²⁺可严重损害藻细胞的结构,增加细胞的氧化压力,在早期诱导抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的显著升高;而添加PA后,除最高浓度组(15mg/L),其余各组4种抗氧化酶活力在实验测定时间内均保持在较高水平,尤其是5.0~10.0mg/L组,其光合效能以及对Pb²⁺的吸收率较单独Pb²⁺胁迫组均有显著性提高,P<0.05,且细胞的形态结构也相对完整.推测一定浓度PA抵消或保护藻细胞受Pb²⁺攻击的机制一方面可能与PA对重金属的螯合作用有关,减少了Pb²⁺的毒性,提高了斜生栅藻的光合效能;另一方面,PA促进斜生栅藻对Pb²⁺吸收能力,可能与其增强了藻细胞的抗氧化能力、维持了藻细胞形态结构的相对完整.已知PA对蓝藻有强烈抑制作用,因此,PA可成为重金属污染物以及富营养化水体复合重金属污染生物去除的重要潜在物质.

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磷酸钙结晶与PFS混凝联用去除铜绿微囊藻和DOC

廖敏妃, 聂小保, 万俊力, 孙聚龙, 欧阳帅, 隆院男, 刘晚琦

中国环境科学. 2023, 43(6): 3166-3172.

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为实现藻细胞和DOC的同步高效去除,利用磷酸钙结晶预处理,强化聚合硫酸铁(PFS)混凝除藻效果,研究了磷酸钙结晶与PFS混凝联用对藻细胞和DOC的去除效果和机制,并考察了其对藻密度变化的适应性和残余磷控制的效果.结果表明,铜绿微囊藻藻密度为2.0×10⁶cells/mL、PFS投加量为20mg/L时,Ca₃(PO₄)₂结晶可将PFS混凝的除藻率和DOC去除率从72.5%和33.5%分别提高至91.5%和85%.Ca₃(PO₄)₂结晶对除藻率的提升,主要通过Ca₃(PO₄)₂均相结晶产物的共絮凝和加重剂作用来实现;对DOC去除率的提升,主要是由DOC与Ca₃(PO₄)₂共沉淀和吸附作用实现.Ca₃(PO₄)₂结晶与PFS联合除藻对藻细胞密度变化具有良好的适应性,且有望将残余磷浓度控制在20 μg/L以下,可用于自来水厂蓝藻水华期间的应急除藻.

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稳定同位素探针技术结合宏基因组学在探究环境污染物微生物转化/降解过程中的应用进展

张焕军, 周晶雅, 李轶

中国环境科学. 2023, 43(6): 3173-3182.

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稳定同位素探针技术(SIP)结合宏基因组学在环境污染物微生物转化/降解研究中的应用已逐渐成为趋势.该组合技术不依赖纯培养方法,能够从复杂自然环境中鉴定出具有特定代谢功能的微生物类群,揭示污染物的微生物代谢途径,在研究污染物的原位微生物转化/降解过程方面具有显著优势.本文综述了该组合技术在探究不同环境介质中烃类化合物及其衍生物、有机农药、重金属和新型污染物微生物转化/降解过程中的应用进展,包括功能微生物的识别和污染物微生物转化/降解机制的解析等.最后,基于该组合技术的应用现状进行了展望,提出未来该组合技术与多种原位表征技术的联用将为微生物驱动污染物的转化/降解机制研究提供更准确全面的信息.

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基于POI和多源遥感数据估算中国人为热排放

钱静, 毛利伟, 杨续超, 陈倩, 李飞翔, 吴心彤, 陈柏儒

中国环境科学. 2023, 43(6): 3183-3193.

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基于能源、交通、人口和GDP等统计资料,考虑工业、交通、建筑、人体新陈代谢4种来源,估算了2019年中国大陆地级市的人为热排放总量.采用自上而下的能源消费清单法,通过Cubist机器学习算法融合不同类别的兴趣点(POI)数据和多源遥感数据,分别对不同来源的人为热排放通量构建空间化模型,获得2019年中国大陆1km空间分辨率的人为热通量网格数据,并分析不同地理、环境变量与来自不同热源的人为热排放通量之间的关系.结果表明:人为热通量的高值区通常分布于一线城市和工业比较发达的城市,城市中心的人为热通量值在80~200W/m²之间,一些重工业区的人为热通量值甚至高于市区,极值高达519.2W/m²;Cubist机器学习算法能更好地刻画人为热排放通量与影响因子之间的非线性关系,且能对影响因子的变量重要性进行度量;POI是人为热通量空间分布的最重要指示性指标,通过融合POI数据可以更加有效地反映出不同来源人为热排放通量的空间分布特征.新的2019年人为热排放通量数据可以为中国城市天气气候、城市大气环境的数值模拟研究提供有力支持.

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抗菌剂对大肠杆菌浓度依赖的联合耐药效应

童丹青, 孙昊宇, 张玉莲, 王佳俊, 唐量, 吴明红

中国环境科学. 2023, 43(6): 3194-3202.

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择磺胺增效剂(SAPs)、纳米银(AgNPs)以及磺胺(SAs)3类常用抗菌剂,研究了SAPs-AgNPs、SAPs-AgNPs-SAs对大肠杆菌(E. coli)的联合耐药效应,利用突变单位法(MU)和质粒接合转移单位法(CTU)判别了混合抗菌剂在不同浓度下的联合耐药作用模式.结果表明,3组SAPs-AgNPs和9组SAPs-AgNPs-SAs表现出浓度依赖的联合耐药效应,即对E. coli突变促进效应的联合作用模式主要表现为拮抗,对E. coli质粒接合转移促进效应的联合作用模式随浓度由拮抗变为协同,推测这与抗菌剂的作用机制有关.较单一抗菌剂,SAPs-AgNPs、SAPs-AgNPs-SAs混合抗菌剂在低浓度时降低了细菌耐药性风险,在高浓度时降低了抗性基因(ARGs)的产生风险但增加了ARGs的传播风险.

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水体农药污染对老年群体的医疗支出的影响分析

张红亮, 赵临轩, 马书琪, 吴健, 徐上

中国环境科学. 2023, 43(6): 3203-3210.

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利用2002~2018年全国23个省、直辖市、自治区的面板数据,通过构建双向固定效应模型,分析了农药污染对本地老年群体的医疗支出的影响,以及农药污染从流域上游扩散到下游对邻近省份老年群体的医疗支出的影响.结果显示,人均农药使用量每增加1%会使本地老年群体的人均医疗支出提高约15.26元,但农药污染的跨省影响总体不显著.该影响存在饮用水来源方面的异质性,特别是当饮用水源为非自来水时,本地人均农药使用量每增加1%会使本地老年群体的人均医疗支出提高约179.50元,并显著影响下游的人均医疗支出.建议地方政府持续推进降低本地农药使用的农业和环境保护政策,着力解决农药污染的省内问题,建设饮用水改造项目改善老年群体饮用水水质.

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长三角居民PM_2.5暴露水平下降的健康效益评估

魏彤, 李政蕾, 陈昱, 赵秀阁, 王丹璐, 侯雅宣, 刘芬

中国环境科学. 2023, 43(6): 3211-3219.

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为评估长三角地区居民PM_2.5降低的健康经济效益,基于时间加权PM_2.5暴露水平,通过综合暴露反应关系模型和支付意愿法等,分析了2011~2019年长三角地区居民PM_2.5暴露水平下降趋势及其健康和经济协同效益.结果表明:2011~2019年间,长三角地区的PM_2.5暴露浓度从45.06μg/m³下降至37.39μg/m³,降幅为17.03%;同时归因于PM_2.5暴露导致的过早死亡人数从139962 (95%CI: 87306~192619)人下降至105461 (95%CI: 66306~14416)人,降幅为24.65%.从敏感性分析的年际变化看,归因于PM_2.5暴露导致的过早死亡在2012年政策实施后呈逐年下降趋势,表明我国各项PM_2.5控制政策卓有成效.产生的累积协同效益为40.55亿美元;2018年开始PM_2.5减排健康协同经济效益有所降低.因此在降碳的同时还需继续加强减污协同控制,以减少可归因死亡和健康经济损失.

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能源优化配置促进高质量发展与减污降碳协同研究

许光清, 张文丹, 陈晓玉

中国环境科学. 2023, 43(6): 3220-3230.

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为研究能源要素市场化配置对高质量发展的核心指标TFP的影响及其减污降碳效应,以探讨高质量发展与减污降碳协同的可能,本文使用随机前沿生产函数,估算我国2010~2020年期间工业TFP的变化及其分解,并以完全竞争市场下的最优配置为基准估算对TFP变动的影响和其节能潜力,在此基础上估算减污降碳潜力和效应.研究发现:我国工业TFP增长乏力,但能源要素的市场化配置可促进TFP增长;能源要素市场化配置可带来显著的减污降碳效果,年均减污降碳约占实际排放的15%~20%.我国工业可通过持续推进能源要素市场化进程,以完善的制度体系和合理的能源价格体系,促进高质量发展与减污降碳协同.

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碳中和背景下中国交通部门低碳发展转型路径

贾璐宇, 王克

中国环境科学. 2023, 43(6): 3231-3243.

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基于LEAP构建中国交通部门碳减排模型(CERM-CT),包含4类228种减排技术和措施,设计基准、碳减排和深度碳减排3组情景,分析了交通部门背后的驱动因子和服务需求,并对技术措施进行了成本有效性分析,提出了中国交通部门低碳发展转型路径.结果表明,降低车辆能耗和发展新能源汽车较为成本有效,运输结构调整碳减排潜力大.碳减排情景下,交通部门长期碳排放2050年下降至4.4亿t,相比基准情景减排69.7%,较基准年碳排放减少3.3亿t,有望在2060~2070年间实现碳中和.深度碳减排情景下,交通部门2050年碳排放下降至1.9亿t,相比基准情景和碳减排情景分别减排86.9%和56.9%,较基准年和碳减排情景分别减少碳排放5.8亿t和2.5亿t,有望在2060年前实现碳中和.不断提高燃油经济性、大力推广新能源汽车、控制机动车保有量和调整交通运输结构是交通部门实现低碳发展转型的必要减排手段,分别能带来25.0%、16.7%、8.3%和50.0%的减排量.深度碳减排情景下2021~2030年和2031~2050年的低碳交通新增固定投资分别为4.2万亿和6.3万亿,平均每年0.4万亿,主要用于新建基础设施投资、终端用能设备改造、低碳技术研发等,其中新建基础设施投资占较大比例,均超过两个时间段总投资的80%.中国交通部门实现低碳发展转型需不断优化运输结构,支持新能源汽车的发展,研发低碳技术,加大对低碳基础设施和技术的投资力度.

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中国城市碳排放强度时空演变与影响因素的时空异质性

李云燕, 张硕

中国环境科学. 2023, 43(6): 3244-3254.

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运用地图可视化、核密度估计、标准差椭圆等方法对中国2005~2020年城市碳排放强度的时空演变与路径迁移进行探究,并基于时空地理加权模型(GTWR),实证考察了城市碳排放强度影响因素的时空异质性.研究发现:(1)中国城市碳排放强度逐年降低,但仍远超同期发达国家水平,减排空间较大.碳排放强度呈“北高南低”的空间分布,南北分异趋势在研究后期愈发明显.(2)各区域内部城市碳排放强度差异逐渐收敛,分布越发均衡.东部城市碳排放强度的多级分化现象显著,西部高碳城市集聚分布.碳排放强度高值区域自山西省境内持续向西北方向转移,西北地区逐步成为中国碳排放的主要贡献区域.(3)总体上,高碳化能源消费对碳排放强度呈正向促进效应,产业升级、经济发展、人口集聚、科技研发与外资强度则主要表现为负向抑制.局部内,各因素作用效果存在较强的时空分异,不同区域与时期内,各影响因素的波动方向与作用强度不尽相同.

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区域创新政策对碳排放的影响——基于国家自主创新示范区的准自然实验

郑酌基, 韩先锋, 尹玉平

中国环境科学. 2023, 43(6): 3255-3264.

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基于中国278个地级市2006~2020年面板数据,运用渐进双重差分模型(DID)评估国家自主创新示范区政策实施对地区碳排放量与质的影响及作用机制,并对处理效应的异质性问题展开讨论.研究发现:国家自主创新示范区有效驱动了碳排放的量降质升(平均值为-0.078和0.108);国家自主创新示范区能通过提升能源利用效率、驱动绿色技术创新以及推进产业结构合理化,最终实现有效降碳;国家自主创新示范区在不同经济发展阶段的地区发挥了不同的政策效用,在东部与经济增速较慢地区对碳排放的抑制作用更有成效,对中西部与经济增速较快地区碳生产率的提升效果更为明显.

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