中国环境科学

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中国环境科学. 2024, 44(3): 0-0.

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唐山市大气颗粒物和O₃多尺度变化及影响因素

韩力慧, 兰童, 程水源, 王慎澳, 田健, 齐超楠, 肖茜, 王海燕, 韩登越, 王迎澳

中国环境科学. 2024, 44(3): 1185-1194.

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采用KZ滤波法、多元逐步回归法和小波相干性分析法,从不同时间尺度探究了唐山市2015~2022年间PM_2.5、PM₁₀和O₃的演变特征,并有效区分和定量估算了污染源排放和气象因素对污染物浓度的贡献,揭示了气象因素对污染物不同尺度的影响,以及颗粒物和O₃之间的协同作用机制.结果表明:研究期间唐山市颗粒物PM_2.5和PM₁₀的浓度长期分量均呈现显著下降趋势,季节分量和短期分量均呈现不同程度的周期波动.O₃浓度长期分量变化幅度较小,其季节分量和短期分量均在每年5~7月之间有明显变化趋势.颗粒物PM_2.5和PM₁₀浓度的长期分量变化主要由源排放因素控制,且源排放贡献占90%以上,而O₃浓度的长期分量变化则由源排放和气象因素共同控制,且其贡献比例约为2:3.气象因素温度、相对湿度、地表垂直风速和降水量对PM_2.5主要表现为小时间尺度的正向作用和大时间尺度的负向作用.温度和短波辐射强度对O₃主要呈正向影响,而PM_2.5、PM₁₀和O₃之间存在小时间尺度的正向影响和大时间尺度的负向作用.

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杭州地区臭氧污染及台风烟花过程影响

张嘉月, 康娜, 邵生成, 牛彧文, 程昊, 张佳欣, 浩翔, 杲先亮, 齐冰

中国环境科学. 2024, 44(3): 1195-1203.

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为探究杭州地区臭氧的污染问题及影响因素,利用2018~2021年杭州地区空气质量、气象要素,选取2021年杭州台风烟花中后期后向轨迹数据与臭氧小时数据,进行后向轨迹聚类及潜在源区域分析.结果表明:2018~2021年杭州地区总体空气质量改善良好,臭氧污染一直较为严重,主要集中在每年的4~10月份.臭氧污染与相对湿度呈负相关性,温度呈正相关性,同时风速对臭氧的生成和扩散也有一定的影响.以2021年台风烟花为例,台风期间降雨量大,风速强,各污染物浓度下降,台风过境后,高温低湿促使了臭氧浓度的上升.对2021年7月25~30日(台风过境后)进行聚类与潜在源分析,得到7条气团传输路径,主要气团来自西北方向,途经江西、湖北等地区.而WPSCF和WCWT的臭氧浓度高值区的一致性较好,臭氧污染受一定的区域传输影响,主要受金华、上饶、南昌、武汉等城市影响,涉及浙江、江西、湖北3个省份.

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南京市2021年人为源VOCs组分清单

宋童艾, 高朋杰, 关璐, 张佳颖, 胡建林, 于兴娜

中国环境科学. 2024, 44(3): 1204-1211.

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通过收集各类VOCs排放源的活动水平数据,选择合适的排放因子,利用排放因子法建立了2021年南京市VOCs人为源排放清单.并通过筛选合适的VOCs源成分谱,建立了南京市VOCs物种排放清单,分析了南京市各排放源以及不同VOCs组分的排放特征.结果表明,2021年南京市排放VOCs约302.85kt,其中工艺过程源的排放量最高(182.94kt),占比可达60.41%,其次为道路移动源(19.46%),非道路移动源占比最少(0.40%).在VOCs物种清单中,排放量最多的为烷烃(109.06kt),其次是卤代烃(75.08kt)和芳香烃(50.72kt).排放量贡献前10的物种分别为:氯乙烯、乙烷、丙烷、三氯乙烯、1,2-二氯乙烷、对二甲苯、正丁烷、乙苯、其他烷烃和乙烯,占总量的63.96%,主要来自合成纤维单体制造和原油加工行业.

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秸秆燃烧气溶胶的气象反馈及其棕碳吸光效应

王璐瑶, 张磊, 安兴琴, 王格慧

中国环境科学. 2024, 44(3): 1212-1224.

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本文利用WRF-Chem模式模拟研究了2013年6月华北地区秸秆燃烧排放气溶胶的气象效应,并对秸秆燃烧产生的吸收性有机气溶胶(即棕碳或BrC)的光吸收效应进行分析.设置4组敏感性试验,通过与AERONET观测结果对比分析了BrC对光吸收的影响.结果表明:模式较好再现了研究时段内各变量变化;在不考虑BrC吸收的情况下,秸秆燃烧产生的气溶胶在主要的农业产区造成地表短波辐射的减弱,月平均值减弱约12.42W/m²,且造成近地面降温而2km以上高空增温,其中近地面温度降幅为0.12~3.64 ℃,致使边界层趋于稳定,垂直扩散能力减弱;气压整体升高,正变压中心与火点密集区域重合.同时,秸秆燃烧引发近地面较强的风辐散,抑制海洋高湿气团向秸秆燃烧区域的水平输送.在考虑BrC的吸收作用后,光学参数的模拟效果得到了一定提升,AAOD模拟值与观测值的拟合线性斜率由0.47升至0.53,AOD斜率值由0.19升至0.21.生物质燃烧排放BrC对气溶胶消光的影响显著, 如AAOD与AOD均出现不同程度的上升.

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胶州湾大气降水水溶性离子组成特征及来源解析

冯辰龙, 邢建伟, 袁华茂, 宋金明

中国环境科学. 2024, 44(3): 1225-1233.

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基于2019年6月至2020年8月胶州湾沿岸的大气降水样品,分析降水主要水溶性离子(Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺、F^-、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-、MAS^-(甲基磺酸根))的组成特征和湿沉降通量,评估其对近海营养成分输入的贡献和潜在生态效应,并利用气团后向轨迹和正定矩阵因子分解法(PMF)解析其主要来源.结果表明,观测期间,胶州湾大气降水雨量加权平均(Volume-weighted Mean, VWM)pH为6.41,电导率的VWM值为19.3μS/cm,降水中水溶性离子以Na⁺、NH₄⁺、NO₃^-、Cl^-和SO₄^2-为主,在季节上呈现出冬春季浓度明显高于夏秋季的特征,而湿沉降通量则因受降水量的控制而主要集中在夏季(约占55%).胶州湾区域大气降水共清除7274.6t水溶性离子,营养盐(主要为NH₄⁺和NO₃^-,以氮计)沉降入海量达951.9t/a,表明降水在清洁大气的同时也加剧了海洋环境的污染和海洋生态系统的失衡.气团后向轨迹分析得到了观测期间控制胶州湾降水的4类主要气团,在不同季节,降水过程受到不同气团的影响,其中以来自华东地区和东北方向的气团的影响较大.基于PMF的源解析结果显示,胶州湾大气降水水溶性离子受到农业源、海洋源、扬尘源、生物质和垃圾燃烧源、工业和交通源5种来源的共同控制,其中以农业源排放的贡献最为突出(26.7%),而其他4种源的贡献大致相当.研究证实胶州湾大气环境受到复杂人为源排放、矿物沙尘以及海洋源排放的综合制约,而人为排放的贡献占主导地位.

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焦化污染区春季VOCs的污染特征及其控制策略

李宏艳, 张琰茹, 付国, 黄时丹, 李宏宇, 崔阳, 高雪莹, 何秋生, 白京霭, 张国忠, 温彪

中国环境科学. 2024, 44(3): 1234-1243.

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在对介休焦化区和方山对照区春季大气挥发性有机化合物(VOCs)污染特征进行分析的基础上,利用等效丙烯浓度(PEC)法和最大增量反应活性(MIR)法量化了VOCs的臭氧生成潜势(OFP),利用分数气溶胶生成系数(FAC)法和二次有机气溶胶(SOAP)法计算了VOCs的二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP),采用健康风险评价法对可能会威胁人体健康的VOCs组分进行了风险评估.在此基础上,结合熵值法和正定矩阵因子(PMF)源解析模型对VOCs的优先控制物种和优先控制污染源进行了判别.结果表明,介休焦化区VOCs污染严重,总VOCs(TVOCs)浓度是方山的2.7倍.介休焦化区VOCs组成具有明显的烷烃占比低而芳香烃和烯烃占比高的特点.介休的OFP、SOAFP与健康风险都远高于方山,分别是方山的3.0、8.9和8.8倍,对介休OFP、SOAFP和健康风险影响最大的物种分别为乙烯、甲苯和苯,削减烯烃和芳香烃的排放是控制介休二次生成与健康风险的有效途径.焦化源(32.4%)是介休VOCs的主要来源,其次为汽油型尾气源(29.0%)和溶剂使用源(16.9%),其中焦化源是介休一级控制污染物苯和乙烯的主要来源,贡献高达74.1%和98.9%,汽油型尾气源(52.0%)和溶剂使用源(31.3%)是一级控制污染物甲苯的主要来源.

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改性赤泥负载Pt催化剂催化氧化甲苯的性能

方宏萍, 梁文俊, 马琛, 马连刚, 李桂贤

中国环境科学. 2024, 44(3): 1244-1252.

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以改性赤泥为载体,采用浸渍方法制备低成本改性赤泥(MRM)负载Pt催化剂,并探究Pt含量对Pt/MRM催化剂催化氧化甲苯活性影响.结果表明0.4Pt/MRM表现出最佳的催化活性,在230℃时甲苯转化率为100%.当空速高达120000h^-1时0.4Pt/MRM催化剂依然能保持着较高的催化活性.当甲苯进口浓度为 5000mg/m³时仍可以有效氧化甲苯.采用XRD、FT-IR、BET、H₂-TPR和O₂-TPD等手段进行表征测试分析发现,MRM的比表面积较RM大幅度提高,使MRM能够更好分散活性组分Pt,成为合适的活性组分Pt的催化剂载体.同时所制备的xPt/MRM催化剂具有较高的比表面积和良好的孔结构.改性赤泥中Fe₂O₃与活性组分Pt物种相互作用,使催化剂的总氧解吸量增大,提高了催化剂表面氧的迁移率,从而提高了催化效率.

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整体式钴基复合金属催化剂微波催化燃烧甲苯特性

赵思蕊, 卜龙利, 代菁雯, 黄思宁, 罗梦垚, 刘楠, 王嘉乐

中国环境科学. 2024, 44(3): 1253-1264.

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以蜂窝状堇青石为载体,通过将钴与过渡金属铜锰铈复合,浸渍法制备系列整体式钴基复合金属催化剂,探究其在微波辐照下对典型VOCs—甲苯的催化活性.结果表明,甲苯进气浓度1000mg/m³,进气流速4L/min时,催化剂对甲苯的催化活性为CoCuCeO_x>CoCuO_x>CoCuMnCeO_x>CoCuMnO_x, CoCuCeO_x对甲苯的T₅₀=220℃、T₉₀=295℃.表征可知,钴铜氧化物的复合使得催化剂表面颗粒态的CoO_x、CuO_x和CuCo₂O₄尖晶石相互搭建形成有空隙的球状结构,而锰的加入不利于该球状结构生成.Cu²⁺取代了一部分Co₃O₄尖晶石结构中的Co²⁺形成CuCo₂O₄尖晶石,CuCo₂O₄尖晶石中的Co-O和Cu-O键容易断裂,从而促进气态氧的吸附与活化,产生表面活性氧物种参与甲苯的氧化反应.Ce的加入会存在Ce³⁺/Ce⁴⁺价态的转化,促使CoCuCeO_x催化剂表面产生丰富的氧空位,进而作为活性中心促进甲苯的氧化降解.钴、铜、铈之间的复合改变了活性组分结构,提高了催化剂的吸波性能与催化活性,可应用于微波催化燃烧VOCs技术中.

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固相自养-异养反硝化脱氮同步去除微污染物

曹阳, 刘彩虹, 陈子惟, 刘乾亮, 何强

中国环境科学. 2024, 44(3): 1265-1277.

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针对固相反硝化体系,以聚己内酯复合花生壳(PCL/PS)的固体碳源为基底,耦合以S和FeO主导的自养反硝化,构建新型多功能碳源,考察其对典型微污染物(Cr(Ⅵ)、ClO₄^-、BPA、NPX)与硝酸盐的同步降解效能,探究自养异养共存的反硝化体系内微生物群落特征及微观作用机制.结果表明,PCL/PS异养反硝化体系具有更好的反硝化脱氮和同步去除Cr(Ⅵ)、BPA性能,对NO₃^--N、Cr(Ⅵ)的去除率分别为94%、92%,对NO₃^--N、BPA的去除率均可达99%以上;PCL/PS同时耦合FeO和S的体系反硝化脱氮同步去除ClO₄^-、NPX性能良好且稳定,在反硝化率均维持90%的基础上,对NO₃^--N、ClO₄^-的去除率分别达90%、96%,对NO₃^--N、NPX的去除率分别达96%、99%;固体碳源种类不同,其对微污染物降解去除的选择性也不同.测序结果表明,耦合自养反硝化后,反应体系内微生物多样性和丰富度均有所提高,Clostridium_sensu_strito、Lactococcus和Prevotella是4个固体碳源体系中影响污染物去除性能的主要优势菌属.

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Fe(Ⅲ)对Anammox污泥脱氮效能长短期影响

郭佳文, 林兴, 李祥, 黄勇, 刘天琪, 赵魏东

中国环境科学. 2024, 44(3): 1278-1285.

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通过接种厌氧氨氧化(Anammox)污泥,研究了Fe(Ⅲ)对Anammox污泥脱氮效能长短期影响.结果表明,适量提升Fe(Ⅲ)浓度可以提升Anammox菌的活性.当进水Fe(Ⅲ)浓度达到0.09mol/L时,反应器氮去除速率最高为0.238kg/(L·d),较对照组提升了14.2%.继续提高进水Fe(Ⅲ)浓度,氮去除速率逐步下降,当Fe(Ⅲ)浓度升至0.18mol/L时,氮去除速率降至0.215kg/(L·d),与最高氮去除速率相比下降10.75%.采用Haldane抑制动力学模型拟合得到Fe(Ⅲ)对Anammox半速率常数(K_Fe)为0.012mol/L,半抑制常数(K_I)为0.449mol/L.长期结果表明, 在0.09mol/L Fe(Ⅲ)浓度下, Anammox氮去除速率增幅最快,并且随着Fe(Ⅲ)浓度增加而逐步降低.由于Fe(Ⅲ)代替了NO₂^－-N作为电子受体发生厌氧铁氨氧化反应,在含有Fe(Ⅲ)的反应器中NO₂^－-N与NH₄⁺-N的转化比在1.108~1.227之间波动,明显低于理论值1.32,并随Fe(Ⅲ)浓度的提升而降低.扫描电镜结果表明,添加Fe(Ⅲ)可使Anammox菌细胞结构更加稳定.

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不同补料方式对好氧颗粒污泥合成PHA的影响

陈淞, 苑泉, 娄雨晴, 张艳萍, 孙迎雪

中国环境科学. 2024, 44(3): 1286-1295.

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为提高好氧颗粒污泥(AGS)合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的产量,探究了4种不同补料方式(未补料、好氧0h补料、好氧0.5h补料和好氧1h补料)对AGS合成PHA的影响,同时考察了此过程中AGS的碳氮磷去除效能以及微生物群落结构变化.结果表明,补料能够提高AGS合成PHA的含量,在好氧1h补料时AGS合成PHA的含量最高,为125.06mg/g;同时补料时间会影响AGS的脱氮除磷性能,当补料时间由好氧0h延迟至好氧1h时,AGS的总氮去除率由(87.49±5.49)%降至(67.60±16.24)%,溶解性正磷酸盐(SOP)去除率由(94.08±1.42)%降至(62.91±15.33)%.且不同补料时间条件下,AGS的微生物群落结构变化较大,合成PHA的优势菌群差异较大,在未补料和好氧0h补料条件下,优势菌为既能合成PHA同时能够脱氮或除磷的不动杆菌属(Acinetobacter);在好氧1h补料条件下中,优势菌为能合成PHA的噬氢菌属(Hydrogenophaga)和黄杆菌属(Flavobacterium).

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C/N对HN-AD菌藻颗粒污泥体系处理农村污水的影响

刘欢, 杨晨曦, 秦树敏, 龙昆, 赵婷婷, 张千

中国环境科学. 2024, 44(3): 1296-1306.

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通过在传统菌-藻共生好氧颗粒污泥体系(ABGS)中引入异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)菌构建H-ABGS体系,以合成农村污水为研究对象,考察碳氮比(C/N=1,2,4,6,8,10)对H-ABGS系统中污染物去除性能和微生物特性影响.结果表明,C/N为4时,H-ABGS系统的总氮去除率高于ABGS系统(12.05%)和好氧颗粒污泥(AGS)系统(44.86%).微生物群落分析显示,适应低碳环境的Thauera菌属和脱氨关键菌属norank_f__A4b可能是确保H-ABGS系统在低碳环境下具备高脱氮性能的关键.微生物群落的共生模式和相关性分析表明,引入HN-AD菌有助于最小化生态位,与藻共同形成稳定的共生体系,从而确保系统的稳定性.此外, C/N为4时,高表达的硝酸还原酶可能有助于确保H-ABGS系统在低碳环境下具备卓越的脱氮性能.

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温度与负荷对Anammox菌自富集启动的PDA的影响

马雨晴, 王博, 李笑迪

中国环境科学. 2024, 44(3): 1307-1313.

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采用UASB反应器,接种厌氧氨氧化菌自富集启动的PDA污泥,在温度由25℃下降到19℃条件下逐步将进水氮浓度从20mg/L提高到100mg/L(即氮负荷从3.2g/(m³·d)提高到4.0g/(m³·d)),反应器共运行115d,总氮去除率最高可达到89.9%.16S rRNA基因测序结果表明,Candidatus Brocadia作为主要厌氧氨氧化功能菌在生物填料中丰度达到3.7%,短程反硝化功能菌Thaurea在絮体污泥中的丰度最高达15.7%.宏基因组学分析显示与短程反硝化相关的基因Nar,Nap和与厌氧氨氧化相关的Nir,Hzs和Hdh基因表达程度较高.

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光合细菌对活性污泥微生物群落结构及功能的影响

杨文焕, 邓子威, 徐岩, 王志超, 李卫平

中国环境科学. 2024, 44(3): 1314-1323.

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构建光序批式反应器(PSBR)处理模拟生活污水,考察光合细菌投加量、pH值、光照强度和溶解氧(DO)对反应器污染物去除性能影响,通过16S rRNA测序技术揭示光合细菌对活性污泥微生物群落结构、功能和氮代谢通路的影响.结果表明:10%光合细菌投加通过促进微生物种间协调功能使PSBR系统COD_Cr、NH₄⁺-N和TN去除率提高,pH值、光照强度和DO分别为7、5000lux和3mg/L时,PSBR脱氮性能最好.光合细菌提高了活性污泥微生物多样性和丰富度,Proteobacteria菌门和norank_f__Saprospiraceae菌属相对丰度增多.光合细菌促进部分参与硝化过程和反硝化过程的功能基因(amo、hao和nap)和酶(AMO、HAO和NAP)丰度增加,活性污泥的整体氮代谢潜力得到提升.

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温度影响下Anammox-DAMO系统N₂O产消机制及调控

韩梦茹, 楼菊青, 徐帆

中国环境科学. 2024, 44(3): 1324-1334.

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以厌氧氨氧化-反硝化厌氧甲烷氧化(Anammox-DAMO)系统为研究对象,考察了不同温度对该系统性能和N₂O产消的影响,建立了该过程的酶动力学模型.结果表明,在40℃的高温胁迫下系统性能明显恶化且积累了更多的N₂O, Acidovorax和Thauera属丰度在高温条件下显著降低,而Bacillus属丰度则上升,N₂O还原酶活性的抑制是N₂O排放量增加的主要因素.酶动力学拟合结果表明35℃时可以最大程度地实现N₂O减排.

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Fe(II)EDTA络合吸收耦合H₂-MBfR处理NO效能

刘婉婷, 钱飞跃, 赵俊杰, 徐正慧, 王建芳, 缪润珠

中国环境科学. 2024, 44(3): 1335-1346.

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构建Fe(II)EDTA络合吸收耦合H₂-MBfR一体化系统,驯化具有同步反硝化及铁还原能力的混合菌种,在维持反应体系稳定反硝化性能的基础上,探究进水Fe(II)EDTA浓度、pH值对NO去除效率的影响,分析微生物群落结构.结果表明,Fe(II)EDTA络合吸收耦合H₂-MBfR还原一体化系统对NO具有稳定去除效能,最大去除效率为99.50%.提高初始Fe(II)EDTA浓度有助于Fe(II)EDTA-NO的生成,且体系内的NO平均去除速率随着Fe(II)EDTA浓度的提升而提升.在Fe(II)EDTA浓度为10mmol/L时,NO最大去除速率达到44.68mg/(m³·h).pH值升高则不利于Fe(II)EDTA-NO的生成,控制pH值为6更适合一体化系统运行.微生物群落结构分析发现一体化阶段优势菌门Proteobacteria、Bacteroidetes和Firmicutes,在该反应器中承担着重要的功能和作用,其丰度占比分别为50.35%,16.43%,14.98%.

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污泥生物炭对水体中磷的吸附

马锋锋, 郑旭东, 张建, 赵浩, 张鑫, 焦雅仙, 康宏兵, 李庆

中国环境科学. 2024, 44(3): 1347-1356.

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以污水处理厂剩余污泥(RS)制备成的污泥生物炭(SDBC)作为吸附剂,采用批平衡法研究SDBC对磷的吸附特征,考察投加量、溶液pH值等因素对SDBC吸附磷的影响,并通过响应面法(RSM)对影响磷吸附的条件进行优化,结合实验结果与表征数据对SDBC吸附磷的机制进行探究.结果表明,SDBC对磷的吸附动力学符合Elovich(R²=0.984)方程,说明SDBC对磷的吸附过程是多种反应共同作用的非均相扩散过程;Langmuir(R²=0.980)和Langmuir-Freundlich(R²=0.979)方程能很好地描述磷在SDBC上的吸附行为,由Langmuir拟合所得的磷最大吸附量为4.508mg/g;Langmuir-Freundlich模型拟合均相指数n(1.143)较小,说明SDBC上吸附位点分布不均匀,SDBC与磷之间存在相互作用力.SDBC吸附磷的最佳初始pH值为4.0~5.0;SDBC对磷吸附的最佳投加量为8g/L.通过RSM分析得到SDBC对磷的最佳吸附条件为SDBC的投加量为5g/L,磷的初始浓度c₀为10mg/L,pH为5.0. SDBC对磷吸附的可能机制包括静电吸附作用,共沉淀作用,置换作用,配体交换作用以及孔隙填充作用.

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g-C₃N₄/生物炭/nZVI还原水中硝酸盐的性能

李厚芬, 魏谦, 郭阳, 刘鹏霄, 李瑞, 周爱娟, 岳秀萍

中国环境科学. 2024, 44(3): 1357-1365.

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通过在g-C₃N₄/生物炭(BC)材料表面还原沉积纳米零价铁(nZVI)制备了g-C₃N₄/BC/nZVI复合催化剂.利用SEM、TEM、XPS、XRD、UV-Vis DRS、光电流等对所制备的催化剂进行了物化性质和光电性能的表征,考察了g-C₃N₄/BC/nZVI在可见光照下对水中硝酸盐(NO₃^-)的还原性能.结果表明,中性水体的最佳反应条件为g-C₃N₄/BC与nZVI的质量比为1: 0.6, g-C₃N₄/BC/nZVI的投加量为2g/L,NO₃^-的初始浓度为20mg/L.与nZVI, BC/nZVI, g-C₃N₄/nZVI相比,g-C₃N₄/BC/nZVI表现出最快的NO₃^-还原速率(k=10.6×10^-2min^-1)以及较高的脱氮性能(71.6%).实验进一步考察了g-C₃N₄/BC/nZVI还原NO₃^-过程中氮的变化规律.推测还原机理为:可见光照下,光生电子通过BC转移到nZVI表面,提高了nZVI的反应活性和稳定性,同时, BC材料抑制光生空穴对nZVI的氧化作用; nZVI表面的活性电子将NO₃^-还原为N₂和NH₄⁺,而光生空穴则进一步将部分NH₄⁺氧化为N₂和其他气态产物.

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电纺BiOCl@UiO-66-NH₂@TSPAN纳米纤维可见光催化还原Cr(Ⅵ)

周美梅, 向婉婷, 王鹏博, 朱雪梅, 邹伟, 何家慧, 罗平平

中国环境科学. 2024, 44(3): 1366-1375.

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为改善UiO-66-NH₂的光催化活性,以热氧化稳定处理的电纺聚丙烯腈(TSPAN)纳米纤维为载体,通过溶剂热法原位负载UiO-66-NH₂和BiOCl晶体,设计构筑了柔性BiOCl@UiO-66-NH₂@TSPAN复合纳米纤维,并考察了其可见光催化还原Cr(VI)的性能.结果表明,UiO-66-NH₂和BiOCl可先后均匀负载于TSPAN纤维表面,且由于BiOCl的引入,形成了BiOCl/UiO-66-NH₂异质结构,提高了材料的可见光响应性,降低了光生电子空穴对的复合率,对Cr(VI)表现出增强的可见光驱动光催化还原活性,在120min内还原率达到100%,5次循环后,保持良好的稳定性,对Cr(VI)的光催化还原效率仍在90%以上.此外,该复合材料具有柔韧性,可以快速方便地从反应溶液中分离.

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基于自适应多保真度Co-Kriging代理模型的地下水污染源反演识别

安永凯, 张岩祥, 闫雪嫚

中国环境科学. 2024, 44(3): 1376-1385.

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为高效率高精度地进行地下水污染源反演识别,综合运用高保真度和低保真度地下水溶质运移数值模拟模型,研究应用集成差分进化算法的Co-Kriging方法建立模拟模型的多保真度代理模型;在此基础上,探索应用马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)-DREAM_(D)算法,并采用自适应更新多保真度代理模型策略进行地下水污染源反演识别.为验证上述方法的有效性和可行性,开展了数值算例研究.结果表明:相比仅基于高保真度模型输入-输出样本构建的Kriging代理模型,联合运用高保真度和低保真度模型输入-输出样本构建的Co-Kriging代理模型对模拟模型的逼近精度更高;耦合多保真度Co-Kriging代理模型和MCMC-DREAM_(D)算法能够得到较高精度的污染源反演结果,且能够大幅度减小计算负荷;同时,采用自适应更新多保真度代理模型策略能够进一步提高污染源反演识别精度.

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粉煤灰浆液氨吹脱及其膏体制备特性

李亚娇, 李泓成, 王铁, 鞠恺, 金鹏康, 唐仁龙, 邵小平, 赵兵朝, 任武昂

中国环境科学. 2024, 44(3): 1386-1396.

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为改善含氨粉煤灰对充填膏体性能带来的不利影响,提高粉煤灰的利用率,实验采用空气吹脱粉煤灰浆液的方式进行脱氨,探究吹脱时间、气浆比、固液比、温度和加碱量等影响因素对粉煤灰脱氨率的影响.结果表明,通过响应面优化吹脱条件,控制吹脱时间1h、气浆比900、固液比0.219、温度26.785℃和加碱量1.802%,预测总脱氨率最高达97.178%,与实际误差率在2%以内.经优化吹脱后所制备的粉煤灰充填膏体,仅在养护前期有少量的氨气释放,其泵送性能和微观结构相较于原含氨粉煤灰膏体都得到改善,且在养护28d后,抗压强度提升高达57%.

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天山冰川退缩区土壤汞分布特征及累积

彭诗雅, 刘楠涛, 李鑫, 王训, 常顺利

中国环境科学. 2024, 44(3): 1397-1406.

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本文以新疆天山乌鲁木齐河源一号冰川退缩区为研究区域,通过²¹⁰Pb_ex、¹³⁷Cs放射性同位素测年和侵蚀性堆积地貌判定退缩区的年代演替序列,并据此设置了系列采样点,对土壤进行分层采样,测定样品总汞浓度等指标,计算各年代退缩区的汞累积速率,探究乌鲁木齐河源一号冰川退缩区土壤中汞的分布特征及其累积过程.结果表明:冰川退缩区土壤汞含量和汞储量随着退缩时间增长呈现出增加的趋势,各层土壤汞的平均含量由大到小依次为:0~5cm[(13.28±6.60)µg/kg]>5~10cm[(11.47±7.34) µg/kg]>10~15cm[(10.19±6.57) µg/kg]>基岩[(0.23±0.09) µg/kg];冰川退缩区植被生长促进了土壤汞的富集,退缩区内土壤汞浓度与土壤有机碳、氮含量呈显著正相关,而且由于植被生物量很小,退缩区土壤中汞的累积速率也较低(0.09~33.43µg/(m²×a),平均值为16.92µg/(m²×a));近250a来(1777年以来),天山一号冰川退缩区土壤汞累积速率呈加速增加趋势,由1777年的0.09µg/(m²×a)增加至2017年的33.43µg/(m²×a),这意味着自工业革命以来大气汞含量及沉积量在不断增加.

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基于GBDT的望奎县农田土壤有机碳主控因子研究

祝元丽, 冯向阳, 闫庆武, 吴子豪

中国环境科学. 2024, 44(3): 1407-1417.

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利用多源公开数据,针对于2012年搜集到的农田土壤有机碳(SOC)数据,通过梯度增强决策树(GBDT)探究SOC的主控因子,揭示SOC空间分异机理.选择国家商品粮食生产基地县和全国产量大县-望奎县作为研究区域,结果表明,GBDT模型相较于一元线性回归模型在所有的自变量上均具有更好的预测效果,总体的R²为0.958,表明该模型能够很好地解释目标变量的变异;碱解氮、有效磷、气温、土壤微生物多样性、速效钾、土壤pH和降水量依次是影响有机碳含量最为显著的几个因素,其中碱解氮以33.85%的影响权重位居最高;7个环境协变量均观察到对SOC的阈值效应,且均具有两个阈值.研究发现任意两个变量都不是独立的,均存在相互作用的负值效应.表明环境变量对SOC含量的影响是一个复杂的交互作用,而不是简单的叠加.侧面证明了过度施肥并不会达到增加土壤肥力的作用,而会造成资源浪费和农田生态污染问题.

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负载铵态氮对生物炭钝化土壤中镉性能的影响

胡嘉源, 王倩, 吴贝贝, 施维林, 史广宇

中国环境科学. 2024, 44(3): 1418-1425.

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设置室内土壤试验和模拟吸附试验,以探究负载铵态氮对生物炭钝化镉能力的影响,并研究负载铵态氮影响生物炭钝化土壤中镉能力的机理.结果表明,相较于仅施加生物炭和生物炭/氯化铵混施的土壤,施加负载铵态氮的生物炭可以显著降低土壤中二乙三胺五乙酸提取态镉的含量约19.20%和23.34%(P<0.05).模拟吸附实验结果指出,负载铵态氮使生物炭对低浓度镉(0.10mg/L)的吸附能力显著提高约11.70%(P<0.05),这是由于负载铵态氮可以减弱生物炭的疏水性并显著提高其比表面积和微孔总体积约14.82%和25.00%(P<0.05).施加负载铵态氮的生物炭可以改善土壤微生物生境、驱动微生物群落结构改变并刺激Paenibacillus属和Bradyrhizobium属等功能微生物富集,这亦是负载铵态氮提高生物炭钝化土壤中镉能力的重要原因.负载铵态氮可以提高生物炭钝化土壤中镉的能力,负载铵态氮的生物炭是一种极具潜力的土壤调理剂.

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2008~2022年我国湖泊有机质相关指标时空演变

付蕊, 刘沙沙, 索诚宇, 任艺, 吴丰昌

中国环境科学. 2024, 44(3): 1426-1435.

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基于2008~2022年中国湖泊长时间序列水质数据,采用Mann—Kendall检验(M-K检验),Pearson相关分析以及主成分分析(PCA)等对有机质及相关营养指标在长时间序列上的变化规律,空间异质性特征及指标之间的相关关系进行研究.结果表明:2008~2022年,全国湖泊溶解氧(DO)浓度以每年0.19mg/L的速度增加(P<0.001),从2008年的7.09mg/L增加至2022年的10.04mg/L,高锰酸盐指数(COD-Mn)浓度从5.86mg/L下降至3.17mg/L,表明我国湖泊水环境质量整体改善.然而,化学需氧量(COD),COD-Mn,生化需氧量(BOD₅)等近年来出现波动性变化且有增加趋势.相关性分析结果表明,COD-Mn与总磷(TP),氨氮(NH₃-N)以及叶绿素(Chla)均呈现显著正相关性(r>0.50, P<0.05);BOD₅与TP呈现显著正相关性(r=0.61, P<0.05);COD与TP(r=0.80, P<0.05)以及Chla(r=0.61, P<0.05)显著正相关,表明TP浓度和叶绿素浓度可能是影响我国湖泊有机质变化的关键因素.在空间尺度上,COD,COD-Mn与BOD₅等有机质相关指标为影响全国湖泊水质空间异质性特征的主要因素,且有机质浓度较高的湖泊地理分布较为明显,主要集中于蒙新湖区和云贵高原湖区.

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鄱阳湖南昌湖区典型断面总磷超标成因

朱利英, 郑利兵, 王亚炜, 张洪, 束礼敏, 桂双林, 夏嵩, 闫冰, 刘吉宝, 胡大洲, 陶茂梁, 高婕, 魏源送

中国环境科学. 2024, 44(3): 1436-1447.

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以南矶山国家控制断面及其汇入区域为研究对象,通过水环境因子和沉积物现场调查,分析水体TP超标现象,探究其影响因素.结果表明,研究区域表层水TP超标现象主要发生在枯水期和退水期,超标倍数分别为3.06倍和2.78倍;且TP与溶解性有机物(DOM)、浊度显著相关.三维荧光光谱(3D-EEM)区域积分法和平行因子分析(PARAFAC)结果发现,该区域水体DOM为3个组分,其中以富里酸等类腐殖质物质(组分C1和C2、分区III)为主,主要来源为湿地植物枯落物降解,在枯水期占比最高(55.47%).涨水期受汇入支流及周边碟形湖等外源输入影响,类蛋白质物质(组分C3和分区I)占比升高至35%以上;TP与腐殖质类有机物呈显著正相关(P<0.05),与蛋白质类有机物呈显著负相关(P<0.05),表明TP与腐殖质类有机物具有共源性.TP与浊度呈显著正相关(P<0.05),枯水期水体浊度最高(均值为320.83NTU),该时期南矶山断面汇入支流及碟形湖来水均断流;调研发现表层沉积物底质为粉砂质,以细组分为主,中值粒径DX(50)属于细粉砂质(2~16μm);分选系数范围为2.11~2.75,分选性差;沉积物样品多位于底边悬浮和均匀悬浮搬运区,搬运能力弱;沉积水动力弱,再悬浮后颗粒物不易沉积,造成浊度较高.0~5cm表层沉积物TP平均含量较高(527.89mg/Kg),泥-水界面P向上覆水释放,其中断面的P释放通量最大(0.21mg/(m²·d));表层沉积物是断面水体TP浓度的重要影响因素之一.

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嘉陵江总磷通量变化及空间来源解析

关文海, 骆国辉, 王攀菲, 娄保锋, 邱光胜

中国环境科学. 2024, 44(3): 1448-1456.

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研究了2002~2019年嘉陵江北碚断面径流量、悬浮泥沙(SS)浓度与输沙量、磷浓度与通量[分总磷(TP)、溶解态磷(DP)、颗粒态磷(PP)]年际变化及水期特征,基于河流基流分割原理对磷的来源进行了解析.结果表明,(1)2002~2019年,嘉陵江悬浮泥沙浓度和输沙量年际波动巨大,最大年输沙量是最小年输沙量的20倍以上.(2)18a间嘉陵江北碚断面总磷浓度年均值在0.058~0.139mg/L范围内波动,其多年平均值为0.098mg/L.2002~2013年,TP和PP浓度表现为丰水期>平、枯水期,之后有的年份表现为丰水期>平、枯水期,有的年份则表现为丰水期<平、枯水期.(3)18a间DP浓度总体呈先上升(2002~2016年)后下降趋势(2016~2019年),尤以平、枯水期最为显著.(4)18a间TP和PP通量年际波动巨大,TP年通量最大值(2.280万t/a,2005年)是最小值(0.399万t/a,2006年)的6.7倍.水量、沙量、TP通量和PP通量表现为一定程度的“水、沙、磷”同步效应,而且丰水期最强,枯水期最弱.(5)水期之间对比,丰水期TP、PP和DP通量远大于平、枯水期.TP、PP和DP丰水期通量在年度通量中的平均占比分别为73.5%、77.5%和64.9%.(6)面源磷负荷年际波动远大于点源磷负荷,TP总负荷的年际变化趋势取决于面源磷负荷趋势.除2006年外,其他年份面源负荷在总负荷中占绝对优势,按年度计算,面源负荷平均占82.5%,按丰水期计算,面源负荷平均占90.8%.面源年度负荷主要来自于丰水期(平均81.2%).

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太湖沉积物营养物及重金属污染分布特征及风险评估

陈珏, 支鸣强, 朱德龙, 李苑禾, 殷鹏, 唐婉莹, 尹洪斌

中国环境科学. 2024, 44(3): 1457-1465.

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以太湖不同湖区的沉积物为研究对象(53个点位),通过对沉积物表层及垂向中的总氮、总磷、有机质和8种重金属(Hg、As、Cu、 Zn、Pb、Cd、Ni、Cr)含量的进行分析,基于ArcGIS制图软件绘制了沉积物氮、磷和重金属在不同湖区的空间分布特征,评估了各项污染指标的生态风险.结果表明,全太湖表层沉积物(0~10cm)的总氮为561~2707mg/kg,平均值1502mg/kg;总体处于中度污染.总磷为308~1156mg/kg,平均值532mg/kg;总体处于中度污染.有机质为1.69%~3.44 %,平均值2.35 %,污染区域空间上由湖中心往湖西北方向污染程度逐渐增加,尤其以竺山湖区、东太湖区和西沿岸北部这3个区域污染最为严重.重金属空间分布上自东南往西北污染程度逐步增加,尤其以竺山湖区、西沿岸区和南沿岸最为严重,Cd污染在8种重金属污染中最为严重.在纵向分布特征上,氮、磷与重金属含量在0~30cm上逐层降低,呈表层富集的特征.

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洞庭湖DOM组成与有机碳收支对江湖水力连通的响应

庄奔, 李冰, 郭燕妮, 周永强, 谷娇

中国环境科学. 2024, 44(3): 1466-1475.

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洞庭湖是我国最大的通江湖泊之一,为探究洞庭湖溶解性有机物(DOM)组成、(DOC)收支与江湖水力连通间的内在关联,于2018年5月、7月、9月和11月在洞庭湖湘、资、沅、澧4支流和长江荆南松滋、虎渡、藕池3个入湖口以及洞庭湖出湖口城陵矶采集水样,并探究洞庭湖流域DOM的组成分异特征及其对江湖水力连通的响应.结果表明,入湖河流和城陵矶DOM吸收系数a₂₅₄和陆源类腐殖酸组分C1在7月最高.DOC由入湖口(2.4±1.3mg)/L下降至出湖口(2.1±0.3)mg /L,而a₂₅₄由入湖口(9.7±2.2)m^-1上升至出湖口(10.1±1.7)m^-1.微生物培养前的DOC浓度为(2.4±1.0)mg/L,微生物降解后的DOC浓度为(2.1±0.9mg)/L,DOC的微生物活性,即BDOC最高值出现在澧水为50.3%.5月、7月、9月和11月入湖的DOC通量分别为(63.7±43.6)×10³t,(60.1±7.3)×10³t,(27.6±3.6)×10³t,(31.9±13.9)×10³t.洞庭湖因自身水力滞留时间短,导致DOM在湖内运移过程中较少被降解,全湖DOM来源组成受流域不同季节来水条件影响较大.

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基于大型底栖动物完整性指数与综合生物指数的水生态评价

姚琦, 黎明杰, 麻林, 唐哲, 朱熠, 刘阳圆, 蔡永久, 燕文明, 张又, 李宽意

中国环境科学. 2024, 44(3): 1476-1486.

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针对不同流域部分生物指数评价标准并不统一的问题,利用熵权法构建综合生物指数(CBI)统一模糊评价标准,同时计算底栖动物完整性指数进行评价结果验证.以2021年秋季和2022年春季东洞庭湖10个监测点的数据为基础,通过对25个候选参数逐步筛选,选出M3(软体动物分类单元数)、M9(耐污类群相对丰度)、M13(BI指数)和M22(Shannon-Wiener指数)4个秋季核心参数以及M6(摇蚊个体相对丰度)、M13、M16(BPI指数)和M24(Margalef指数) 4个春季核心参数,采用比值法统一量纲后累加计算底栖动物完整性指数,再对BPI、FBI、Shannon-Wiener、BMWP指数客观定权后计算CBI指数划分出5个状态进行对比,结果表明: B-IBI指数和CBI指数均得出靠近出湖河道点位较为健康,湖体点位多为一般和较差,整体秋季健康状况略好于春季,六门闸附近为极差状态,可能是因为该区域是东洞庭湖的闸口之一,常年关闭导致水体流动性较差,开闸放水后沉积物中的淤泥会释放污染物使得湖区总氮超标,进而影响了大型底栖动物的完整性.CBI指数与B-IBI指数以及COD_Mn、TLI(∑)指数等相关分析结果良好,表明利用综合生物指数和底栖动物完整性指数结合能为东洞庭湖的水生态健康评价提供参考.

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黄河内蒙段开河期细菌群落结构特征研究

史玉娇, 李文宝, 郭鑫

中国环境科学. 2024, 44(3): 1487-1496.

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为探索黄河内蒙段开河初期水-土介质中细菌群落组成情况及生态网络结构,于2021年4月中旬进行取样,共获得黄河水样6个和土样4个.利用16S rRNA基因高通量测序方法对水、土样品进行测定,并从菌门及菌属水平对二者的细菌群落组成进行了分析.结果显示:河漫滩土样细菌群落结构的分布较水样更为分散,且土样中细菌群落丰富度、均匀度及多样性均高于水体,二者多样性存在显著的组间差异;在菌门水平上,变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等是构成水-土样品的优势细菌门类,其中变形菌门在河水中相对丰度均值约为36.57%,在土样中则下降到25.39%,而酸杆菌门主要存在土样中,相对丰度约为14.17%;在菌属水平上, hgcI_clade(6.19%~12.75%)、CL500-29_marine_group(2.97%~5.05%)和Acinetobacter(0.74%~12.24%)是水体中的优势菌属, 而norank_f__norank_o__norank_c__KD4-96 (1.95%~4.91%)、norank_f__norank_o__Vicinamibacterales(2.35%~4.67%)和norank_f__Gemmatimonadaceae (2.20%~ 4.73%)是土样中的优势菌属;不同菌属对水-土细菌群落结构的响应并不一致,其中分别归属于酸杆菌门和芽单胞菌门的norank_f__norank_o__Vicinamibacterales及norank_f__Gemmatimonadaceae等是联系水-土细菌群落的主要菌属,而归属于放线菌门的hgcI_clade和CL500-29_marine_group等是造成水、土优势菌门存在差异的主要菌属;虽然土样较水样拥有更大的生态网络结构,且Delftia、Candidatus_ Methylopumilus、Arthrobacter和Rb41等是维持黄河内蒙段水、土介质生态网络结构的关键菌属,但相较于土样网络结构,水体网络结构中不同模块关键菌门及菌属间的生态功能较为一致.

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青海湖流域植被动态变化驱动力及空间粒度效应

周美林, 刘家宏, 刘希胜, 王亚琴

中国环境科学. 2024, 44(3): 1497-1506.

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基于Landsat遥感影像分析1986~2020年青海湖流域植被覆盖度时空变化特征,结合多元线性回归和地理探测器,考虑气候、地表及人类足迹的影响,阐明时间和空间尺度下植被覆盖度变化的机制,并探讨空间粒度对驱动因素及其相对贡献的影响.结果表明:(1)近35年来青海湖流域植被状况整体改善,表现为中等、中高覆盖度植被面积增加,其中环青海湖东北部及布哈河上游植被覆盖度呈显著增加趋势;(2)时间尺度上,流域平均植被覆盖度变化受气候暖湿化和生态恢复工程驱动;(3)空间尺度上,植被覆盖度变化由气候、地形、植被和土壤控制,解释力较大因素为气温(0.41),高程(0.34)和降水(0.30).气候、地形和人为因素对植被覆盖度的影响存在交互增强效应,气温、高程对交互效用具有控制作用,其中气温与距水系距离、降水和人类足迹的交互较为显著;(4)空间粒度对植被覆盖度空间变化驱动因素的贡献具有显著影响,考虑气候、地表和人为因素交互作用时青海湖流域植被覆盖度空间变化最佳研究粒度为6km.

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自动化顶空平衡-气相色谱法测定京杭运河中溶解甲烷

温军, 臧昆鹏, 潘凤梅, 申小龙, 魏康轩, 兰文港, 胡智伟, 陈啸鸣, 陈炳江, 李珊, 鲁嫣冉, 陈丽涵, 郭朋, 方双喜, 林溢, 陈圆圆, 刘硕, 徐宏辉

中国环境科学. 2024, 44(3): 1507-1514.

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将顶空平衡法和气相色谱仪相结合,通过自主设计和优化测试实现了技术升级,建立了可自动化进样并同步测定水中溶解CH₄和CO₂浓度的新型气相色谱系统及方法.结果表明,本系统线性范围宽且运行稳定,自动化程度更高,运行成本更低.该系统对CH₄的测定精密度优于0.16%,准确度优于0.02%,满足水中溶解CH₄浓度监测需求.基于本方法,于2022年8月对京杭大运河杭州段水体中溶解CH₄开展了试观测研究.结果显示:夏季京杭大运河杭州段水体中溶解CH₄浓度平均值为(642.4±423.3)nmol/L,饱和度平均值为(22310±14701)%,水-气界面CH₄扩散通量平均值为(548.57±603.70)mmol/(m²×d),是大气CH₄的净源.根据该河段的面积,可估算观测期内CH₄的日均排放量约为1710mol,相当于大约38.31m³天然气或约82.94kg碳.

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丹江口水库淅川库区大气硝酸盐干沉降特征及源解析

肖春艳, 孙艺萌, 赵同谦, 陈晓舒, 李朋波, 陈飞宏

中国环境科学. 2024, 44(3): 1515-1525.

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以丹江口水库淅川库区为研究区,于2021年1~12月设置5个监测点进行干沉降样品采集,分析了样品中硝酸盐浓度、通量及其氮氧同位素,基于稳定同位素模型(SIAR)量化了硝酸盐的主要来源.结果表明,库区干沉降中硝酸盐月均浓度为0.16mg/L,全年硝酸盐干沉降通量为2.49kg/(hm²×a),δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-月均值分别为(+0.17±4.10)‰、(+56.6±9.18)‰.干沉降中硝酸盐浓度、沉降通量和氮氧同位素的季节性差异显著,秋冬季节的硝酸盐浓度和沉降通量均高于春夏季节,主要与寒冷季节化石源排放量增加、大气边界层稳定性增强以及气粒转化平衡趋于颗粒态硝酸盐生成有关;冬季最高的δ¹⁵N-NO₃^-与冬季燃煤取暖和低温导致的氮同位素平衡分馏效应增加有关,夏季最低的δ¹⁸O-NO₃^-则与NO₂+·OH途径形成硝酸盐占主导有关.SIAR分析结果发现,库区干沉降中硝酸盐主要来自化石源(交通排放及煤燃烧),贡献率为69.3%,其中交通排放源和煤燃烧源贡献率分别为51.1%和18.2%.冬季化石源的贡献率最高(72.0%),其中70.4%来源于交通排放.进一步证实交通排放和冬季燃煤取暖是影响库区干沉降中硝酸盐的主要因素,控制交通移动源污染排放和煤燃烧是今后减少大气中硝酸盐的重要举措.此外,较为稳定的生物质燃烧源对硝酸盐的贡献率表明外源输入也是库区硝酸盐干沉降中的重要来源.

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磁性浮珠VMB@Fe₃O₄@CS对鱼腥藻和微囊藻的去除

车文露, 赵岩, 张高山, 李彦鹏

中国环境科学. 2024, 44(3): 1526-1533.

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为了有效处理有害藻华,并避免化学物质二次污染,结合磁絮凝与浮珠浮选方法,以玻化微珠、Fe₃O₄、壳聚糖为原料合成磁浮珠VMB@Fe₃O₄@CS,对水华鱼腥藻和铜绿微囊藻进行去除实验.结果表明,磁浮珠对2种水华藻的最佳去除效率分别达到99.01%(0.12g/L)、98.6%(0.21g/L).VMB@Fe₃O₄@CS在较宽的pH值范围(4~10)和水温范围(5℃~35℃)内实现较高的去除率(>60%),离子强度的增加对微藻的去除起负面影响.通过形态学观察、表面疏水率及Zeta电位分析确定静电吸引、吸附架桥是磁浮珠对藻细胞主要的絮凝机理.制备的VMB@Fe₃O₄@CS去除有害藻华具有很大应用潜力.

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叶面阻隔对水稻吸收和转运镉的影响

唐乐斌, 黄燕玲, 周子寒, 吴辰润, 宋波

中国环境科学. 2024, 44(3): 1534-1541.

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为实现Cd污染农田稻米安全生产,采用田间试验,以五优1179和丝香1号作为供试材料,于水稻孕穗期和灌浆期喷施硅(Si)、硒(Se)阻隔剂,探讨其对稻谷产量、农艺性状、糙米Cd含量及不同部位对Cd吸收和转运的影响.结果表明:较空白相比,喷施流体硅后五优1179和丝香1号的稻谷产量分别增产9.02%和2.03%,喷施螯合硒后五优1179增产7.27%,丝香1号的稻米产量下降5.40%;不同处理下丝香1号的剑叶长度均大于五优1179,株高范围为110~112cm;叶面喷施流体硅可使品种五优1179和丝香1号的糙米Cd含量降至0.181,0.186mg/kg,喷施螯合硒后丝香1号的糙米Cd含量达0.169mg/kg,五优1179的糙米Cd含量由0.487mg/kg降至0.202mg/kg,未达《食品安全国家标准》(GB 2762-2022)中糙米Cd限量标准(0.2mg/kg);喷施流体硅后两种水稻不同部位Cd含量顺序为根>其他节>第一节>其他叶>剑叶>颖壳>穗轴>糙米,施用螯合硒后不同部位Cd含量变化主要表现在穗轴>颖壳.外源喷施流体硅和螯合硒均能显著降低两种水稻体内Cd含量(P<0.05),根、茎和糙米中Cd含量显著下降,TF_穗轴/_剑叶受到抑制.而相较于喷施流体硅,喷施螯合硒后水稻穗轴Cd含量和TF_穗轴/_剑叶上升,TF_颖壳/_穗轴明显下降;相关性分析结果表明,糙米Cd含量与根和茎Cd含量呈显著正相关(P<0.01),与其他叶Cd含量呈显著负相关(P<0.05).流体硅不但有利于提高稻米产量,还能降低糙米Cd含量,且经济成本相对较低,建议在该区域Cd污染安全利用类农田推广使用.

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农田土壤中邻苯二甲酸酯降解功能细菌及其应用

李鹏飞, 周贤, 王建, 高彦征

中国环境科学. 2024, 44(3): 1542-1553.

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本文综述了我国农田土壤PAEs污染特征,重点概述了PAEs降解功能菌株筛选、菌群构建及其应用策略.详细分析了细菌介导的PAEs降解的水解和开环裂解两个途径及参与其中的关键功能基因和酶,讨论了PAEs降解功能细菌在污染土壤中的应用、影响因素及可能存在的问题,并对该技术在消减农田土壤PAEs污染中的应用进行展望,以期为我国PAEs污染农田土壤功能细菌修复及农业生产安全提供理论和技术参考.

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邻苯二甲酸酯降解功能内生菌群的筛选及定殖效能

张帅, 王建, 马俊超, 高彦征, 左翔之, 凌婉婷

中国环境科学. 2024, 44(3): 1554-1561.

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为降低邻苯二甲酸酯(PAEs)污染作物对人体健康的威胁,从PAEs污染蔬菜中富集驯化具有PAEs降解高效性和广谱性的功能内生菌群,解析菌群群落组成并优化其降解条件,借助水培体系研究了功能内生菌群在作物体内的定殖效能.高通量测序结果表明,从门的分类水平看,菌群主要由变形菌门(Proteobacteria,76.57%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,21.04%)和放线菌门(Actinobacteria,2.37%)组成;从属的分类水平看,菌群主要由鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium,33.03%)、代尔夫特菌属(Delftia,40.61%)、假单胞菌属(Pseudomonas,11.70%)、无色杆菌属(Achromobacter,3.04%)和根瘤菌属(Rhizobium,6.90%)组成.在无机盐纯培养体系中,该菌群在7d内对5mg/L的邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)降解率分别为97.08%、94.47%、98.02%和44.82%.单因素试验结果表明,菌群降解PAEs的最佳条件为:pH值7、25℃、盐度1%、底物浓度5mg/L.水稻水培试验表明,菌群可以定殖到水稻体内并有效促进PAEs的去除,与对照组相比,处理15d后水稻体内DMP、DEP、DBP和∑PAEs含量分别降低了41.09%、45.33%、63.06%和32.3%.菌群的定殖还能够提高水稻根长、株高和生物量,促进水稻的生长.该菌群在降低作物PAEs积累、保障PAEs污染地区农产品质量安全方面具有良好的应用前景,能有效降低作物PAEs污染对人体健康的威胁.

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土壤中多环芳烃衍生物污染特征及迁移转化

程鹏飞, 王泽铭, 赵旭强, 高彦征

中国环境科学. 2024, 44(3): 1562-1574.

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本文综述了氯代多环芳烃(ClPAHs)和硝基多环芳烃(NPAHs)在不同区域和不同利用类型土壤中的污染水平和赋存形态,采用EPI Suite软件和密度泛函理论计算获得了ClPAHs和NPAHs的极性、土壤吸附系数、快速生物降解性、轨道能级等性质,并分析了取代基种类、数量以及位置对PAHs衍生物性质和环境归趋的影响.重点总结了ClPAHs和NPAHs在土壤中的吸附-解吸、光降解、氧化还原、生物降解等迁移转化行为.最后,基于现有研究现状,希望未来能够优化检测方法、建立土壤污染数据库、丰富迁移转化数据和机理,为土壤PAHs污染特征和迁移转化研究提供更准确、全面信息.

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环洞庭湖土壤抗生素抗性基因分布和潜在风险

武晨, 黄凤莲, 刘新刚, 范青青, 陆海楠, 李启武, 郭倩, 李莹, 彭勇春, 李峰

中国环境科学. 2024, 44(3): 1575-1583.

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本研究通过实时荧光定量PCR和基于Monte Carlo模拟的概率健康风险评估模型,分析了环洞庭湖流域52个表层土壤点位中8类典型抗生素抗性基因(ARGs,16种ARGs亚型)的分布特征和潜在健康风险.结果表明,环洞庭湖流域周边表层土壤中ARGs总丰度范围为3.29×10⁷~3.73×10⁹copies/g,远高于土壤ARGs背景值(1.80×10⁵~1.35×10⁷copies/g,平均值为3.03×10⁶copies/g).南洞庭湖流域表层土壤中ARGs丰度高于东、西洞庭湖流域.磺胺类、四环素类和氨基糖苷类ARGs是高丰度的ARGs类型,平均丰度分别为1.51×10⁸、1.50×10⁷和2.64×10⁷copies/g,主要ARGs亚型是sul1和dfrA14,均属于磺胺类ARGs.I类整合子基因(intl1)的平均丰度为6.94×10⁸copies/g,高于总ARGs平均丰度.相关性分析表明intl1丰度与dfrA14、tetR和kan基因丰度呈显著正相关(P<0.05),表明intl1通过水平基因转移促进了研究区域表层土壤中ARGs的传播.Monte Carlo模拟表明,研究区域存在64.92%~98.68%概率的ARGs人体暴露剂量高于风险背景值(成人12.56copies/(g·d),儿童38.11copies/(g·d)),表明研究区域土壤ARGs造成的潜在健康风险不可忽视,皮肤接触是ARGs主要暴露途径,磺胺类ARGs是潜在健康风险的主要来源.

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固定化菌剂对邻苯二甲酸酯的降解效能及途径

陆雯逸, 王泽铭, 左翔之, 刘奕翔, 武海涛, 高彦征

中国环境科学. 2024, 44(3): 1584-1591.

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为了提高微生物降解环境中PAEs的效能,采用吸附法对Glutamicibacter sp. A4、Bacillus sp. W34和Rhodococcus sp. 2G 3株具有PAEs降解能力的菌株进行固定化,研究了固定化菌剂降解PAEs的效能及途径.结果表明,复合菌群7d内对总浓度为120mg/L的6种PAEs降解率为80.04%;固定化菌剂的最优制备条件为:温度30℃、固定化时间2d、菌料比1:30(V/M),制备出的固定化菌剂对总PAEs的降解率可达96.60%,比游离菌提高了16.56%;复合菌群降解DBP和BBP过程中产生了邻苯二甲酸单甲酯(MMP)、邻苯二甲酸单乙酯(MEP)等多种中间产物,推测出酯的水解作用为复合菌群降解PAEs的一个主要途径.

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碳量子点的制备、环境应用和生物毒性

盛优莹, 王贺飞, 苏燕, 沈可, 胡小婕, 高彦征

中国环境科学. 2024, 44(3): 1592-1601.

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围绕碳量子点(CQDs)的制备方法、环境应用及风险展开综述,结果显示,CQDs可通过自上而下或自下而上的方法制备,它在200~400nm的紫外光区有一个或多个吸收峰,在可见光谱中的蓝色和绿色光域有荧光效应.基于此,CQDs可用于检测Hg²⁺、Cr³⁺、Mn²⁺等10余种(重)金属离子,芳香类、四环素等有机污染物及亚硝酸盐等盐类,且具有较高的灵敏度.CQDs对苯酚、亚甲基蓝等有机污染物具有优异的光催化降解能力.CQDs的毒性比多数金属基量子点更低,其诱导生物体内活性氧的过度产生是主要的致毒机制.相关研究为正确认识和评估CQDs的环境风险提供参考,为制定合理的CQDs制备和回收策略提供建议.

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畜禽粪便中雌激素污染特征与控制技术研究进展

王俊跃, 桑煜龙, 王贺飞, 凌婉婷

中国环境科学. 2024, 44(3): 1602-1612.

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本文对国内外报道过的畜禽粪便中常见雌激素的结构与性质、种类与含量、迁移特点和控制技术进行了总结归纳,对比不同种类、生长阶段畜禽粪便中雌激素的含量,发现动物类型、粪便特性、生理状态等因素导致雌激素含量存在较大差异,应根据不同雌激素的污染特征进行针对性治理.大量文献报道畜禽养殖场周围环境中检测出不同种类的雌激素,表明雌激素存在环境迁移风险,亟需建立风险评估体系以确保生态安全和人类健康.畜禽粪便中雌激素的控制技术有好氧堆肥、高级氧化和微生物降解,大量雌激素降解菌株已从不同环境中被分离并应用,而雌激素降解功能菌群和固定化菌剂在应对不同的环境压力、抵御污染物胁迫方面更具备应用潜力,菌群间的互作机制和雌激素的降解机制未来仍需深入探索和研究.

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畜禽粪便好氧堆肥过程中抗生素的消减规律

周贤, 王建, 韩进, 徐鹏程, 凌婉婷

中国环境科学. 2024, 44(3): 1613-1621.

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本文以牛粪、鸡粪、猪粪为对象,采用开放式堆肥方式,通过API 5000三重四极杆质谱仪(最低检出限为0.5~1.0μg/L),考察了初始含水率及堆肥翻堆频率对好氧堆肥过程中抗生素消减的影响.结果表明,3种粪便中均存在磺胺类、氟喹诺酮类和四环素类抗生素残留.其中,这3类抗生素残留含量分别为1.37~72.43,26.26~37.1和24.48~34.81μg/kg.随着堆肥时间延长,粪便中抗生素残留量均呈下降趋势.经过32d堆肥处理,在一定初始含水率(55.87%~68.11%)和翻堆频率(不翻堆和2次/d)下,鸡粪、猪粪、牛粪的总抗生素去除率为78.09%~92.01%.改变堆肥初始含水率和翻堆频率可显著影响畜禽粪便中抗生素的消减速率.当堆肥初始含水率为68.11%,采用1次/2d的翻堆频率时,畜禽粪便中抗生素去除率高达100%.因此,可通过合理设计堆肥处理条件提高粪便中抗生素的去除效率,实现畜禽粪便资源化与无害化利用.

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水合氧化物对抗生素抗性基因水平转移的影响

李晓佳, 刘思, 王婷婷, 秦超, 胡小婕, 高彦征

中国环境科学. 2024, 44(3): 1622-1629.

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研究了水合氧化铝与水合氧化锰对氨苄青霉素抗性基因(负载于pUC19质粒)向大肠杆菌水平转移(转化)过程的影响.结果表明,2.5~200mg/L浓度水平的水合氧化铝与水合氧化锰均显著抑制了抗生素抗性基因(ARGs)转化,两者对转化频率的抑制率最高分别达79.44%和57.64%.水合氧化铝析出的Al (III)是其导致ARGs转化频率发生变化的原因之一,而水合氧化锰几乎无离子析出.此外,水合氧化铝可与pUC19质粒的磷酸骨架以及碱基腺嘌呤、胸腺嘧啶与鸟嘌呤发生结合,与之形成大尺寸加合物,进而降低ARGs进入胞内的效率.对于水合氧化锰,其暴露后宿主细胞膜通透性显著减小,并且该颗粒也与pUC19质粒交缠形成了大尺寸团聚物,这可能是抑制ARGs转化的主要原因.

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PFOS及其三种替代品对蚯蚓的毒性效应及比较

李登昙, 卢成波, 王晓乐, 杜仲坤, 李冰, 王金花, 王军, 张静文, 朱鲁生

中国环境科学. 2024, 44(3): 1630-1637.

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本研究从氧化应激、生殖毒性和发育毒性3个方面研究了PFOS、6:2FTSA、PFHxS和PFBS以相同浓度(0.2mg/kg)暴露28d后对赤子爱胜蚓的毒性效应.结果表明,PFOS、6:2FTSA、PFHxS和PFBS均诱导ROS含量上升,并导致脂质过氧化和DNA损伤.此外,PFOS及其3种替代品还诱导与氧化应激、生殖和生长发育相关的基因异常表达,从而在基因水平上诱导氧化应激并引发生殖毒性和发育毒性.综合生物标志物响应(IBR)指数结果表明,PFOS、6:2FTSA、PFHxS和PFBS的IBR数值分别为36.4, 22.2, 34.1, 24.3. 4种物质对蚯蚓的综合毒性大小依次为:PFOS>PFHxS>PFBS>6:2FTSA,表明3种替代品的综合毒性低于PFOS.本研究结果为6:2FTSA、PFHxS和PFBS作为PFOS替代品的安全性评价提供了依据.

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生物体内全氟和多氟烷基物质迁移转化及毒性

韩淼, 李泽楷, 许淋, 李昭燕, 文欣雨, 侍卿, 胡小婕, 秦超, 高彦征

中国环境科学. 2024, 44(3): 1638-1647.

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总结了全氟和多氟烷基物质(PFASs)的来源,综述了PFASs在生物体内的迁移转化行为及影响因素,并利用文献计量学方法对近38年PFASs的毒性研究进行了热点分析.结果表明PFASs的结构、生物组织中的酶活性、蛋白含量以及环境中的有机质含量与PFASs在生物体内的迁移和富集能力密切相关.PFASs毒性研究主要聚焦于不同环境介质和器官的毒性效应差异,研究方向由对动植物的毒性评价转变为人体健康风险预测.在此基础上,从个体、器官、生化和分子水平总结了PFASs毒性效应,提出关于PFASs的多层级毒性效应研究是未来的发展趋势,尤其是利用定量构效关系阐明生物毒性的层级效应是值得提倡的方法之一.展望了未来有关PFASs研究的发展方向,为阐明新污染物环境行为及开展相关毒理研究提供思路.

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阴离子对Mo₂C/过氧单硫酸盐降解抗生素的影响

周舟, 汤磊, 赵旭强, 陈旭文, 王贺飞, 高彦征

中国环境科学. 2024, 44(3): 1648-1656.

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本文研究了水中典型无机阴离子SO₄²⁻、NO₃⁻、Cl⁻、HCO₃⁻、CO₃²⁻对层状Mo₂C活化过氧单硫酸盐(PMS)氧化降解氯霉素类抗生素的影响.结果表明,5种无机阴离子对3种氯霉素类抗生素(氯霉素、甲砜霉素、氟苯尼考)的降解反应均具有抑制作用.其中SO₄²⁻和NO₃⁻主要影响抗生素的反应速率,Cl⁻、HCO₃⁻、CO₃²⁻既影响其降解率又影响其反应速率.在Cl⁻、HCO₃⁻和CO₃²⁻浓度分别为20mmol/L时,氯霉素的降解率从100%分别降为59.27%、2.85%、无降解;甲砜霉素的降解率从100%分别降为64.64%、8.54%、无降解;氟苯尼考的降解率从100%分别降为33.23%、1.38%、无降解.其中,CO₃²⁻对抗生素降解具有强抑制作用,在5mmol/L时就可完全抑制3种氯霉素类抗生素降解.5种阴离子对3种氯霉素类抗生素的降解影响具有同样的趋势,表现为CO₃²⁻ > HCO₃⁻ > Cl⁻ > NO₃⁻ ≈ SO₄²⁻.此外,3种抗生素的降解率与Cl⁻浓度之间存在显著负相关关系,而甲砜霉素和氟苯尼考的降解率与HCO₃⁻浓度之间也存在显著负相关关系.

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中国近岸区域微塑料污染的研究进展

宋天文, 陈曲, 段杉杉, 金家锋, 常伟, 夏文香

中国环境科学. 2024, 44(3): 1657-1670.

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为全面评估我国近岸微塑料的污染现状,本文综述了我国近岸大气、陆地和海洋不同区域微塑料的采集分离、分析方法、污染分布特征及生态危害等的研究进展,并展望了我国近岸微塑料未来研究方向.研究表明,近岸大气、沉积物和海水均有微塑料的存在,相较于全球其他近岸海域,我国近岸微塑料丰度范围整体上处于中低水平.此外,微塑料及其复合污染物对我国近海生态造成一定危害.我国近岸微塑料在时空分布、源汇格局及生态风险机制方面尚不明确,建议未来在微塑料研究方法标准化的基础上,对微塑料污染进行大范围的长期监测,关注微塑料在大气-陆地-海洋之间的迁移输运,并对微塑料复合暴露的毒理机制及其对人类潜在健康风险等方面进行探索和研究,为我国海洋微塑料污染评估和治理提供参考.

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阿奇霉素急性暴露对斑马鱼幼鱼的毒性效应

蒲倩, 张尚祎, 陈晨, 刘兴成, 王慧利, 钱秋慧

中国环境科学. 2024, 44(3): 1671-1678.

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选用斑马鱼作为模式生物,以探究阿奇霉素(AZM)急性暴露下对斑马鱼幼鱼的毒性效应.结果表明,在AZM急性暴露下,斑马鱼幼鱼出现脊柱弯曲、游囊发育不完整、卵黄囊肿现象.在神经系统方面,研究发现斑马鱼脑内神经元数量明显减少、AChE活性降低和光暗节律失衡.进一步地,使用PharmMapper网站预测AZM可能靶向的基因,并对这些靶基因进行GO和KEGG富集分析,结果显示,AZM可能还具有影响斑马鱼血管和免疫系统的潜力.更进一步的实验验证表明,AZM暴露确实导致了斑马鱼幼鱼血管分支异常以及免疫系统功能紊乱的现象.

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纳米塑料和酮康唑对霍甫水丝蚓肠道的影响

陆光华, 喻叶庭, 薛琪, 刘建超

中国环境科学. 2024, 44(3): 1679-1686.

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采用亚急性毒性试验方法,研究原始及不同官能团修饰的聚苯乙烯纳米塑料(NPs)和环境相关浓度酮康唑(KCZ)共暴露条件下霍甫水丝蚓的生物累积、组织病理学及肠道微生物响应.结果表明,共暴露7d,3种NPs均能被水丝蚓吸收并累积在体内,氨基修饰NPs的累积水平最低(2.78ng/mg),羧基修饰NPs的累积水平最高(22.85ng/mg).共存NPs显著减少了KCZ的生物累积,抑制率在第7d达到最高(88.9%~94.8%).KCZ单独及与NPs共暴露诱导了霍甫水丝蚓的肠道损伤,出现表皮和肠细胞退化、表皮和肠细胞增生、表皮表面不规则和产氯组织变性等病理变化.3种NPs的共存都显著降低了KCZ对胃蛋白酶和纤维素酶活性的抑制;而氨基修饰NPs的共存使D乳酸盐含量显著下降,羧基修饰NPs的共存使二胺氧化酶活性显著下降.KCZ单独暴露显著增加了水丝蚓肠道微生物的多样性,官能团修饰NPs的共存使微生物多样性降低,并改变了门水平的丰度和优势菌属,尤其是氨基修饰NPs共存时优势菌属均为致病菌,增加了水丝蚓感染的风险.

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悬移质泥沙-微囊藻毒素复合体对大型溞的毒性效应

冯琴霜, 黄维, 何强, 李宏

中国环境科学. 2024, 44(3): 1687-1696.

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为探究悬移质泥沙(SPM)吸附微囊藻毒素(MCs)后形成的复合体对大型溞生理特性的影响,选择MCs的典型异构体MC-LR,通过吸附动力学实验制备了不同MC-LR吸附量的SPM-MC-LR复合体,研究了复合体对大型溞(Daphnia magna)的急性毒性作用.结果表明,SPM对MC-LR的吸附过程符合拟二级动力学模型和Freundlich等温模型,拟合最大吸附量为1720μg/g,是一种以化学吸附为主导的多分子层吸附且较容易发生.SPM-MC-LR复合体对大型溞的固定率和抗氧化酶活性呈正向剂量和时间依赖,大型溞固定率最高可达93.77%;但当复合体浓度较高时(MC-LR剂量为73.52,94.53μg/g),在大型溞体内引起的氧化应激程度过高会抑制抗氧化酶活性(SOD和CAT活性较24h分别降低了21.44%、26.51%和6.2%、18.27%).相比于游离的MC-LR,SPM的存在可能增强了MC-LR对大型溞的毒性作用.

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兰州城市绿地SCCPs污染来源及人群健康风险

贾柠屹, 程景隆, 胡柏丞, 郭雨轩, 宋世杰, 赵渊, 毛潇萱

中国环境科学. 2024, 44(3): 1697-1705.

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观测了2022~2023年暖、冷季节兰州市主城区绿化用地土壤中短链氯化石蜡(SCCPs)的污染水平、组成特征,并利用主成分分析法、多元线性回归方法对其污染来源进行了解析,运用熵值法进行生态风险评估,并利用暴露评估模型对人群健康暴露风险进行评价.结果表明研究区SCCPs浓度暖季节为19.67~938.15ng/g(平均296.00ng/g),冷季节为61.11~976.20ng/g(平均316.72ng/g),二者对应的氯含量分别为61.49%~64.62%和61.79%~64.21%.碳同系物以C₁₀(35.80%和40.15%)、C₁₁(24.80%和22.52%)为主,氯同系物以Cl₇(30.08%和30.00%)、Cl₈(23.89%和24.44%)为主.来源解析显示污染可能来源于工业活动、污水处理厂废水和污泥的排放以及废水灌溉.生态风险评价表明土壤中的SCCPs不会对土壤生态造成重大危害,健康风险评价显示不论是儿童还是成人土壤SCCPs的暴露均低于每日可耐受摄入量(TDI).

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吉林省生态系统碳储量影响因素分析

吴皓晴, 刘子刚

中国环境科学. 2024, 44(3): 1706-1717.

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基于1990年、2000年、2010年和2020年吉林省土地利用数据,通过InVEST模型估算1990~2020年吉林省生态系统碳储量,并进一步探究吉林省生态系统碳储量的影响因素及其区域差异.结果表明:1990~2020年吉林省生态系统碳储量呈现先上升后下降的趋势并存在空间正相关性.吉林省生态系统碳储量受到气候、植被等自然因素以及经济发展、城市建设和农业生产等人为因素的影响,年均NDVI和地表人类活动强度是主要的正向和负向影响因素,影响系数分别为1.09和-0.32.吉林省生态系统碳储量受空间因素的影响,忽略空间因素可能会高估气候因素对吉林省生态系统碳储量的影响.年均NDVI和地表人类活动强度均有正向的空间溢出效应,影响系数分别为0.83和0.73.吉林省东、中、西部生态系统碳储量的影响因素存在区域异质性.

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中国工业碳排放网络结构演化特征与链路预测

彭邦文, 郑闳方, 朱磊, 胡文倩

中国环境科学. 2024, 44(3): 1718-1731.

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将经济投入产出生命周期评价与最小流分析方法结合构建了中国工业碳排放网络.结合社会网络分析方法,从网络整体特征、节点中心性以及块结构3个方面分析了中国工业碳排放网络结构特征,并基于链路动态变化的建模思想,在有向加权网络形式下预测了2022年中国工业碳排放网络.结果表明:1997~2017年之间,中国工业各子行业之间碳排放关联越来越密切,普通机械制造业等行业在网络中体现出较强“桥梁”作用,黑色金属冶炼及压延加工业等行业在网络中扮演“中心行动者”角色.块模型结果显示,因不同行业在工业系统中的产业链位置不同,在整个网络中的块结构中扮演的角色不同.链路预测得到的2022年中国工业碳排放网络密度显著下降,板块结构进一步复杂化,黑色金属冶炼及压延加工业等5个行业的中介中心性与接近中心性均排名前5位.在碳减排政策的制定、完善和实施过程中,要重视发挥碳排放网络节点特征对跨行业协同减排的作用,充分捕捉利用碳排放网络中聚类特征与碳转移路径等信息,制定具有差异化的行业部门分类管理政策,以达到节约减排成本与提高减排效率的效果.

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城市居民生活碳排放及影响因素的时空异质性

许嘉俊, 杨晓军, 李睿

中国环境科学. 2024, 44(3): 1732-1742.

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基于地图可视化、空间自相关、标准差椭圆和空间马尔科夫链探究中国2006~2020年城市居民生活碳排放的时空特征,并采用时空地理加权模型(GTWR)实证考察城市居民生活碳排放影响因素的时空异质性.结果显示:中国城市居民生活碳排放逐年增长,年均增长率为10.12%,但增速逐渐放缓;呈现东高西低的空间差异特征,且在样本后期呈现逐渐收敛态势.城市居民生活碳排放水平的空间分布呈现显著的空间聚集特征;标准差椭圆呈现向心集聚的趋势,且分布重心逐渐向西南移动,累计迁移了68.97km;居民生活碳排放的动态演进受到邻地城市碳排放水平的影响.各影响因素存在明显的时空异质性.时间趋势上,人口密度、经济发展、对外开放和产业结构在大部分城市促进碳排放,但影响力逐年减弱;技术投入和环境规制则降低碳排放,且影响力逐年增强;空间分布上,人口密度、经济发展和对外开放在南部的影响力更强,而技术投入、产业结构和环境规制的影响力在东部更强.

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基于IO-SDA法的2020~2060年中国行业CO₂排放预测与分析

王火根, 汪钰婷, 肖丽香

中国环境科学. 2024, 44(3): 1743-1755.

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采用IO-SDA法测算2017~2020年CO₂排放,后结合国内权威预测报告,利用RAS法推导2025~2060年投入产出表和各行业能源消费数据,利用IO-SDA法定量评价各驱动因素在2020~2060年对CO₂排放总量和各行业CO₂排放量变化的贡献.结果表明:2020~2060年中国行业CO₂排放总量呈现先增后降的趋势,2030年左右达峰,后经历平台期,2035年开始快速减排,2050年后减排速度变慢;CO₂排放增长的驱动因素为最终需求规模,最主要的促降因素为碳排放强度;投入产出结构和最终需求结构只在个别时期促进CO₂排放增长,总体上对CO₂减排有积极作用,但作用有限,且伴随着经济结构趋于稳定,这两者的作用逐渐削弱;CO₂排放总量和4项因素的变化幅度在达峰平台期、快速减排期与全面中和期3个阶段由小变大再变小;从行业角度看,电力等公共品生产和供应业、金属产品制造业、交通运输仓储和邮政业、化学工业是CO₂减排的主要动力.为有效实现CO₂减排目标, 政府实施CO₂减排政策的过程中,应在继续充分发挥碳排放强度积极效应的同时,更加注重释放重点行业技术创新、最终需求结构优化对CO₂减排的积极作用.

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基于综合减污降碳策略的成渝地区中长期空气质量改善模拟

段林丰, 李振亮, 蒲茜, 曹云擎, 卢培利, 王锋文, 薛文博, 雷宇, 张晟

中国环境科学. 2024, 44(3): 1756-1768.

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设计成渝地区3种中长期综合减污降碳情景,包括基准政策情景、动态优化情景和最大潜力情景.应用区域大气污染物及碳排放清单和空气质量模型,模拟预测不同情景下的空气质量改善程度,并优选中长期空气质量改善目标约束下的综合减污降碳情景及路径.结果显示,成渝地区要实现中长期空气质量改善和碳减排目标,与2017基准年相比,2025年和2035年的SO₂、NO_x、PM_2.5、VOCs和CO₂减排比例分别为29%、32%、19%、24%、3%和35%、49%、28%、39%、12%.从综合减污降碳措施减排贡献来看,近中期阶段,末端治理(尤其是重点行业超低排放改造)仍是大气污染物减排的重要驱动力,大气污染物减排贡献占比为20%~55%.中长期阶段,由“双碳”目标驱动的能源、产业和交通结构调整措施对污染减排具有关键作用,大气污染物减排贡献占比为65%~87%.此外,重点排放源减排贡献具有较大差异,移动源和溶剂使用源对NO_x和VOCs减排贡献显著,固定燃烧源、工艺过程源和移动源对CO₂减排贡献均较为明显.

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船舶动态驱动的碳排放时空分布规律

余红楚, 方庆龙, 方志祥, 刘敬贤

中国环境科学. 2024, 44(3): 1769-1776.

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本文基于2018年全球集装箱船的AIS (Automatic Identification System)轨迹数据,采用自下而上的方法,计算2018年全球集装箱船的CO₂排放量.进一步,采用地理信息科学基础理论与技术,通过船舶排放量与地图的联动分析,挖掘集装箱船CO₂排放的时空分布规律,并分析主要远洋运输航线的排放特征.结果表明,2018年全球集装箱船的CO₂年排放量达到1.2355亿t,1月份的排放最高,而11月份排放量全年最低,在时间上呈现明显的分异特性.集装箱船月度排放的空间分布总体较为相似,排放高峰区域主要分布在靠近海岸线和主要远洋航路上,远东-欧洲航线的排放量最高.

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