中国环境科学

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中国环境科学. 2024, 44(6): 0-0.

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深圳大气中亚硝酸和甲醛的四季污染特征

姜震, 唐梦雪, 邵宇铭, 曹礼明, 何礼, 廖松地, 朱曼妮, 黄晓锋, 何凌燕

中国环境科学. 2024, 44(6): 2961-2969.

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亚硝酸(HONO)和甲醛(HCHO)光解是大气中羟基(OH)自由基的重要来源,强烈影响臭氧生成.为了探究大气中HONO和HCHO的污染特征,于2022年1月~2023年9月在中国深圳市开展了对HONO和HCHO的长期观测.结果表明,观测期间深圳市四季HONO平均浓度呈现出冬季(0.71×10^-9)>秋季(0.64×10^-9)>春季(0.59×10^-9)>夏季(0.49×10^-9),HCHO平均浓度呈现出夏季(3.79×10^-9)>秋季(2.74×10^-9)>冬季(2.44×10^-9)>春季(2.13×10^-9).HONO四季日变化均呈现明显的昼夜变化趋势,存在白天谷值和夜间峰值,还会在早晚高峰时期受到交通排放源的影响,HCHO则呈现较明显的日间单峰型的日变化特征,光化学生成特征突出.对OH自由基贡献的分析表明,HONO光解是深圳市OH自由基产率的主要贡献者(60%),并且对清晨的光化学反应活性有明显的促进作用,特别是在冬季;而HCHO则在夏季和午间发挥了相对更重要的作用.因此,通过有效控制HONO和HCHO可以降低大气氧化性,从而有助于控制O₃污染.

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光化学氧化对深圳市含黑碳气溶胶混合态和光吸收的影响

彭妍, 林晓玉, 谢婷婷, 魏静, 李征宇, 何凌燕, 黄晓锋

中国环境科学. 2024, 44(6): 2970-2976.

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于2021年2月在深圳开展了含黑碳气溶胶混合态和光学性质的测量,结合奇氧数(O_x)的同步分析,以探究光化学氧化对城市大气中含黑碳气溶胶包裹物、形貌与光吸收能力的影响.结果表明:观测期间黑碳颗粒群平均相对包裹物量(包裹物与黑碳核质量比,M_R)平均值为4.3±0.7,有效密度平均值为(1.35±0.10) g/cm³,整体颗粒群形貌为球形的观测时段占比为70 %,表明深圳城市点含黑碳气溶胶主要为中等不规则形貌的内部混合态颗粒.光化学氧化在含黑碳气溶胶混合态演变过程中起到重要作用.随着O_x的增加,颗粒群平均M_R增幅约为38 %,平均有效密度从1.32g/cm³增至1.44g/cm³,动力学形状因子从1.05递减至1.00,表明光化学氧化过程促使非黑碳组分累积并使颗粒趋向于形成更致密的核壳球形.此外,O_x增加过程中,吸光增强(E_abs)增幅约为20%,增长速率为0.002/10^-9,表明光化学氧化对城市点含黑碳气溶胶光吸收起到关键的驱动作用.

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基于机器学习的深圳大气颗粒物消光来源识别

李仕平, 彭杏, 姚沛廷, 林晓玉, 云龙, 黄晓锋, 何凌燕

中国环境科学. 2024, 44(6): 2977-2984.

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利用浊度计于2021年11月~2021年12月在深圳市开展颗粒物光散射在线观测,并同步利用相关在线仪器开展PM_2.5及其化学组分观测,结合受体模型和可解释性机器学习模型探究深圳市秋冬季颗粒物散射的主要来源.结果显示,深圳市颗粒物525nm散射系数在观测期间平均值为119.6 1/Mm.相关性分析表明,颗粒物散射系数与相对湿度相关性低,与PM_2.5相关性高(R²>0.8),其中,与PM_2.5中NH₄⁺、NO₃^-、m/z 44、OM、SO₄^2-、黑碳的相关性在0.55~0.83,表明PM_2.5中二次组分及黑碳是影响深圳市颗粒物散射的重要因素.基于相对湿度和受体模型识别的污染源,利用XGBoost模型建立了颗粒物散射系数预测模型并利用SHAP模型识别其主要来源,研究表明二次硝酸盐、二次硫酸盐、机动车排放和二次有机气溶胶是影响深圳市颗粒物散射系数的主要源类,燃煤和相对湿度也有一定贡献,生物质燃烧、船舶排放、工业排放、扬尘和建筑尘的影响小.

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汽车油漆渣VOCs释放通量预测模型的构建和验证

刘义, 李彬, 颜渝森, 刘泽伟, 黄泽春, 黄启飞, 刘婷婷

中国环境科学. 2024, 44(6): 2985-2993.

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汽车生产过程中产生大量的油漆渣释放的VOCs会对环境和人体造成伤害.然而,关于汽车油漆渣VOCs源释放定量表征模型的研究很少.因此,本文基于非法管理场景的汽车油漆渣,建立了累积VOCs释放行为扩散控制模型.该模型具有两个关键的特征参数:扩散系数(D_m)和初始散发浓度(C_m,0),可以通过我们提出的ER-history方法同时获得.材料VOCs的散发速率和浓度是关键参数的函数,测定散发关键参数是研究材料VOCs散发规律的基础.实验结果表明,1-丁醇、乙酸丁酯、1,2,4-三甲苯和1-乙基-4-甲苯是漆渣释放的主要物质.此外,利用环境测试舱的数据对模型进行了验证,证明了模型的可靠性和说服力.该模型对疏水VOCs释放的预测比亲水性VOCs的预测更准确.C_m,0和D_m的增加有促进VOCs累积释放的趋势.结果为快速测量模型参数的实验设计提供了新的见解,并为评估油漆渣VOCs累积释放提供了理论基础.

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典型重工业城市PM_2.5化学组成特征及来源解析

齐超楠, 齐鹏, 张艺铃

中国环境科学. 2024, 44(6): 2994-3003.

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通过实时高分辨率在线监测2019年邯郸市城区PM_2.5中碳组分和水溶性无机离子的质量浓度,分析研究了2019年全年邯郸市PM_2.5组分的变化特征和不同污染情景下PM_2.5组分的变化规律,同时采用正定矩阵因子分解模型和后向轨迹模型探究了PM_2.5及其组分的来源.结果表明:研究期间邯郸市PM_2.5中OC和EC的月变化和日变化特征相似.水溶性无机离子的季节变化特征为冬季>秋季>春季>夏季,NO₃^-、SO₄^2-和NH₄⁺是PM_2.5中主要的水溶性无机离子组分,在四个季节均与PM_2.5有较强的相关性.邯郸市PM_2.5呈弱碱性,NH₄⁺主要以(NH₄)₂SO₄、NH₄NO₃和 NH₄Cl的形式存在.OC、EC和二次无机离子在PM_2.5污染日和O₃污染日有所增加.冬季污染加重时,碳组分和水溶性离子质量浓度随PM_2.5的增加而升高,OC和EC占比下降,SO₄^2-和NO₃^-占比升高,且SOR和NOR也逐渐增加.PMF分析结果表明二次源,机动车源和燃烧源是邯郸市大气颗粒物污染的主要来源.后向轨迹结果表明邯郸市主要受到河南北部,山东西北部,山西中部和河北南部传输影响.该研究将会为重工业城市大气污染防治提供重要的科学理论依据.

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张恺乐, 褚旸晰, 储王辉, 张浩, 迟茜元, 李红

中国环境科学. 2024, 44(6): 3004-3011.

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基于2017~2022年全国地级及以上城市空气质量监测数据及各省(自治区、直辖市)污染排放数据,计算PM_2.5日均浓度(DA PM_2.5)和O₃日最大8h滑动平均值(MDA8_O₃)间的皮尔逊相关系数(Rp),分区域分时段研究了二者相关性的时空变化特征,从污染排放等方面分析其原因.结果表明:从时空变化上看,全国范围内DA PM_2.5和MDA8_O₃第一、四季度在统计上无显著相关性(R_p=-0.11~0.03),仅西南、华南地区为正相关(R_p=0.11~0.32).全国范围内DA PM_2.5和MDA8O₃在第二季度(R_p=0.26~0.36)、第三季度(R_p=0.46~0.55)呈正相关,汾渭平原及西北地区在部分年份不相关.污染排放是影响PM_2.5和O₃污染相关性的主要因素.从时间变化上看,全国和各区域一次PM_2.5、二氧化硫排放特征值(ECV_{PM_2.5}、ECV_SO₂)下降而氮氧化物、挥发性有机物排放特征值(ECV_{NO_x}和ECV_VOCs)上升,这与大部分省(自治区、直辖市)Rp平均值上升的趋势一致.从空间分布上看,在ECV_{PM_2.5}和ECV_SO₂低而ECV_{NO_x}和ECV_VOCs高的地区,PM_2.5与O₃污染正相关性较强.提出全国不同区域差异化的污染防控启示.京津冀及周边、长三角、东北和西南地区(第二、三季度)以及华南地区(全年),需关注NO_x和VOCs排放控制.京津冀及周边、长三角、东北和西南地区(第一、四季度)以及汾渭平原和西北地区(全年),需加强一次PM_2.5污染减排.

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新疆大气颗粒物污染时空演变及沙尘组分研究

薛一波, 张小啸, 雷加强, 李生宇

中国环境科学. 2024, 44(6): 3012-3020.

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利用2020~2022年新疆环境监测和同期气象要素数据,结合HYSPLIT模式与PM_2.5/PM₁₀比值模型,探讨新疆颗粒物浓度的时空变化特征,并研究沙尘暴的主要输送路径、潜在源区及其对大气颗粒物浓度的贡献率.结果表明,新疆月均PM_2.5和PM₁₀浓度变化呈波浪型分布,峰值出现在12~次年3月,最低值出现在6~8月;空间分布呈南高北低的特征,南疆年均PM_2.5和PM₁₀浓度分别为42~111,151~367μg/m³,北疆和东疆PM_2.5和PM₁₀浓度年均值相对较低,分别为10~62,21~110μg/m³和28~50,100~145μg/m³;新疆69%的城市年均PM_2.5和PM₁₀浓度高于国家环境空气质量标准的二级浓度限值;大气PM_2.5和PM₁₀浓度呈显著正相关(R²=0.84),春夏秋三季以PM₁₀污染为主,冬季以PM_2.5污染为主;PM₁₀是影响新疆空气质量的主要污染物,南疆AQI中PM₁₀贡献率为65%~96%,其次是东疆和北疆,分别为58%~65%和3%~41%;大气PM₁₀严重污染主要发生在春季,由PM₁₀造成南疆空气质量污染比重均在50%以上;塔克拉玛干沙漠是新疆沙尘暴灾害的主要沙源地;沙尘的高低空输送路径明显不同,高空传输主要源于沙漠腹地,而低空输沙源以沙漠东部为主;风蚀沙尘对大气PM₁₀和PM_2.5浓度的贡献率分别为85%和66%.

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基于无人机的深圳近地层大气VOCs垂直分布监测

王碧璇, 程勇, 于广河, 李歆, 王海潮, 郑泽龙, 曾立武, 黄晓锋

中国环境科学. 2024, 44(6): 3021-3029.

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2023年9月21~23日,基于无人机多通道全空气采样系统及搭载的NO₂和O₃集成监测装置在深圳进行了7个梯度的早间和午间两个时段监测,以探究0~480m高度的VOCs垂直分布特征、组成演变规律及其对O₃形成影响.结果表明,VOCs浓度在早间时段随高度升高波动下降,体现出地面排放的显著影响;而在午间时段随高度升高而波动上升,此时受到区域传输的显著影响.VOCs中主要物种为OVOCs和烷烃,两者浓度在垂直梯度上均受排放源影响显著,在160~240m以及400m处呈现峰值,而其他物种浓度在垂直梯度上仅略有波动.总O₃生成潜势(OFP)垂直分布特征与总VOCs浓度一致,OFP中贡献占比较大的为OVOCs(36.9%)、烯烃(25.2%)和芳香烃(22.4%).典型物种和特征物种比值分析表明,二次生成、工业过程和溶剂使用源以及机动车排放对VOCs垂直分布特征有显著影响.此外,观测期间NO₂浓度于两个时段都在240m以上随高度升高而升高,O₃浓度于早间时段在160m处出现峰值,午间时段在240m以上呈现与NO₂相反的变化趋势,受到了VOCs和NO₂的协同作用影响.

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铜-硫共存对稻田土壤CH₄和N₂O排放的影响及其机制

冯廉洁, 龚叶莎, 丁敏, 蒋静艳

中国环境科学. 2024, 44(6): 3030-3039.

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为探究酸性稻田土壤中铜(Cu)和硫(S)共存对温室气体排放的影响,本研究模拟土壤淹水环境开展室内培养实验,以尿素为氮源分别设置CK、CuCl₂和CuSO₄(5,50,100mgCu/kg)、KCl和K₂SO₄(阴离子浓度分别与6种Cu处理一致)13种处理,考虑重金属在土壤中充分老化,共培养128d.结果表明:在长期淹水条件下,酸性土壤显著促进铜硫处理中有效Cu和易溶S释放(<0.05),释放量与初始Cu²⁺和SO₄^2-添加量成正比,Cu-S共存降低了彼此有效性.与CK相比,CH₄和N₂O排放在5mg/kg Cu处理、不同浓度KCl和K₂SO₄处理中均降低,降幅分别为19.4%~56.2%和36.1%~84.5%;在50和100mg/kg Cu处理下显著升高且与Cu浓度成正比(<0.05),增幅分别为28.9%~615.2%和97.5%~337.4%.与KCl处理相比,N₂O排放在中、高浓度K₂SO₄处理中显著降低(<0.05),分别减少74.1%和69.6%,CH₄排放未受影响(>0.05).与CuCl₂处理相比,CH₄和N₂O排放在中、高浓度CuSO₄处理中显著降低(<0.05),分别减少46.0%、66.0%和17.7%、37.3%.Cu-S作用机制表现为:与Cu单一处理相比,Cu-S共存在CH₄排放过程中通过降低产甲烷古菌功能基因(mcrA)和产甲烷细菌功能基因(16S rRNA-CH₄)丰度减少CH₄产生;在N₂O排放过程中于培养前期(0~35d)增加氨单加氧酶功能基因(AOB amoA)丰度促进硝化过程N₂O产生,培养后期(35~128d)提高氧化亚氮还原酶功能基因(nosZ)丰度促进N₂O还原减少了N₂O排放.本研究表明变价阴离子可显著影响重金属阳离子参与的温室气体产生的微生物过程,该交互过程的研究对正确评价重金属污染背景下的农田土壤温室气体排放具有重要意义.

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基于IASI的中国NH₃浓度及排放时空分布特征分析

文鹏帆, 张春亢, 杨庆骅, 杨正雄峰, 黎国庆

中国环境科学. 2024, 44(6): 3040-3051.

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基于红外大气探测干涉仪(IASI)反演的NH₃柱浓度数据,利用排放通量盒模型和动态NH₃寿命估算了中国2008~2016年的NH₃排放量,并结合中国的土地覆盖类型、人口密度及人口增长数据分析了中国NH₃浓度及排放的空间分布和年际变化趋势.结果发现,2008~2016年中国平均NH₃柱浓度、排放通量密度和排放量分别为6.81×10¹⁵molec/cm²、1.43g/m²和10.09Tg,其中山东、河南两省的NH₃浓度增长最快,年均增长率分别为1.47×10¹⁵和1.23×10¹⁵molec/(cm²·a).高浓度及高排放强度区域主要集中在华北、新疆中部及四川盆地地区,表现为向四周逐渐减小的趋势分布,这与中国的耕地、高人口密度区域分布基本一致.中国的NH₃排放量整体呈上升趋势,从2008年的9.33Tg增加到2016年的13.96Tg,从占全球总量的14.96%上升到了24.88%.在这期间,西北和华北地区贡献了我国排放总量的47.50%,而青藏高原地区仅占2.65%.中国各地区的NH₃浓度具有“夏峰冬谷”的季节性特征,春、夏、秋和冬4个季节分别占全年总浓度的28.96%、49.84%、13.02%和8.17%,这表明春夏频繁的农业活动对NH₃浓度的贡献不可忽视.考虑到中国NH₃浓度及排放存在显著的时空差异,制定分时段、分区域的空气污染防治计划对NH₃的减排治理将更加切实有效.

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沈阳市大气降水污染与沉降特征的城郊差异

关净文, 侯乐, 苏枞枞, 沈建东, 于兴娜

中国环境科学. 2024, 44(6): 3052-3059.

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为了解沈阳地区大气降水污染与沉降特征的城郊差异,对2018~2022年沈阳市铁西区站点(城市)和苏家屯站点(郊区)降水样品的电导率、pH值和各种水溶性离子浓度及其沉降量进行了研究.结果表明,观测期间两站点平均pH值分别为7.12(6.09~8.36)和7.11(5.88~8.19),均呈碱性,无酸性降水.城郊站点的降水电导率和总水溶性离子平均浓度差异不大,2018~2022年期间整体呈现下降趋势.沈阳两站点的相对酸度(FA)均值为0.0004,(Ca²⁺+NH₄⁺)/(SO₄^2-+NO₃^-)均值分别达到了1.57和1.61,表明碱性离子的中和能力较强.大气降水中NO₃^-/SO₄^2-的比值介于0.41~0.58,SO₄^2--S湿沉降量分别是NO₃^--N和NH₄⁺-N沉降量的1.14倍~2.20倍,表明沈阳大气降水主要以硫沉降为主.城市站的无机氮沉降量总体上高于郊区站,其中NH₄⁺-N平均沉降量分别是NO₃^--N的1.74和1.78倍,说明沈阳市大气降水中的无机氮以还原态氮占主导,这主要与汽车尾气、城市绿地养护、人体排泄物以及郊区频繁的农业活动相关.

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青藏高原城市PM_2.5和O₃污染特征及影响因素

李灿然, 布多, 谢民生, 尼霞次仁, 万欣, 丛志远

中国环境科学. 2024, 44(6): 3060-3069.

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为了解青藏高原城市空气质量现状及影响因素,利用2015~2022年20个青藏高原城市的大气环境监测站数据,分析了PM_2.5和O₃的时空分布特征、污染物之间关系及气象因素的影响.结果显示:PM_2.5和O₃浓度在高原东北部最高;较2015年,2022年PM_2.5浓度下降52.9%,O₃浓度上升4.2%;PM_2.5高值多出现在春夏,最高为65.2μg/m³;O₃受平流层入侵影响,春夏最高;PM_2.5与PM₁₀、SO₂、NO₂和CO呈明显正相关关系,O₃则与上述污染物呈负相关关系;PM_2.5与湿度、温度负相关,与风速关系不明显;O₃与温度和风速呈正相关.研究结果反映了青藏高原城市PM_2.5和O₃的污染特征,也提示两种污染物之间存在复杂关系.下一步还需开展源解析和污染过程模拟,以期为高原城市大气污染联防联控提供依据.

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氨再燃过程中NO还原及再生成机理

陈静怡, 杨卫娟, 史鹏聖, 朱晓宇, 何勇, 王智化

中国环境科学. 2024, 44(6): 3070-3077.

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以氨再燃技术为应用背景,采用Chemkin软件选取Zhang机理在PFR反应器模型中进行NO/O₂/H₂O/N₂气氛下氨再燃的动力学模拟,考察了温度(1173~1573K)、氧浓度(0~4%)、再燃比(1%~30%)对再燃性能的影响.结果表明:在研究参数范围内,氨再燃脱硝效果显著,脱硝率可达97%以上,在1350~1469K温度窗口内能实现80%以上的脱硝率.并从反应路径角度对氨再燃过程中存在的NO还原区、平衡区、NO再生成区进行了分析.当氧浓度高于1.5%时,会出现NO再生成区,且氧浓度越高NO反弹越大最终NO浓度越高. 而再燃比的影响需要综合考虑脱硝率和未反应氨,在(10%±3%)范围内为佳.

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三江平原农田排水期流域水体CH₄排放特征及影响因素

刘凯明, 张海, 李霞, 王明国, 杨涛, 李军, 白莉, 刘小龙

中国环境科学. 2024, 44(6): 3078-3090.

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在施肥和土壤淋溶等多种因素的影响下,农业流域水体甲烷(CH₄)的源汇关系尚不明确,目前对于农业流域水体CH₄排放的监测和研究仍然不足.本研究选取三江平原的浓江流域为研究对象,利用顶空平衡法和扩散模型法对该流域不同水体的CH₄浓度和排放通量进行监测和估算.结果表明:浓江流域水体普遍为CH₄的排放源,鸭绿河、浓江河流、沟渠和稻田水体的CH₄排放通量范围分别为0.51~99.60、0.97~20.44、4.13~20.90和24.84~58.07mg/(m²·d),且沟渠和稻田水体的CH₄排放通量较高,分别为浓江河流的2倍和7倍.在鸭绿河干流和沟渠水体中,CH₄浓度与pH值和溶解氧(DO)均呈显著负相关,浓江干流的CH₄浓度与DO呈显著正相关.浓江干流和沟渠水体的CH₄浓度与溶解性有机碳(DOC)呈显著正相关,表明排水期农业有机肥的使用会促进水体CH₄的产生.流经湿地浅水区和受农田施肥影响的河段水体具有较高的CH₄浓度和排放通量,表明CH₄排放受到了土地利用方式的显著影响.相比于全球其他农业河流,排水期浓江流域河水在排水期具有较高的CH₄浓度和较低的CH₄排放通量,较低风速缓解了水-气界面的排放.而沟渠水体排水期间较低的CH₄排放通量主要受富氧状态的影响.三江平原作为典型的东北黑土农业区,探究其农业流域CH₄的产生和排放对于未来区域的碳收支平衡和碳排放评估具有重要意义.

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室内微风扰动下墙面霉斑表面扩散范围研究

陈禹竹, 杨自力, 吴杰, 屈诚, 汪先钰, 刘雪琳, 张钧翔

中国环境科学. 2024, 44(6): 3091-3099.

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为明确室内微风气流扰动下,发霉墙壁霉菌污染物的表面扩散范围大小与变化规律,基于模拟试验法设计了发霉建材霉菌释放实验台,以室内墙面最常见的抹灰石膏类建材为对象,探究了在室内常见气流条件变化范围内,即不同气流速度(0.2~1.0m/s)、气流角度(0°~90°)、温度(18~30℃)、相对湿度(35%~75%),发霉墙壁表面霉斑的表面扩散范围与规律.结果表明:即使受室内气流的短时(10min)扰动,墙壁表面霉斑也具有较强的污染扩散性,其扩散范围可达原始霉斑自身直径的29倍,扩散区被严重污染,其霉菌浓度可达10CFU/cm².霉斑表面扩散范围随气流相对湿度的降低、风速的增加、气流与墙壁夹角的降低而显著增大,但受气流温度的影响微弱.层次分析结果显示,各微风气流条件对霉斑扩散范围的影响权重排序为:气流速度(38.65%)>相对湿度(30.70%)>气流角度(30.65%),温度对霉菌污染物释放无影响.研究结果可为减缓室内霉斑的扩张性污染提供参考.

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广州市2022年臭氧污染特征与成因分析

黄继章, 高健, 余美芳, 高锐, 裴成磊, 杨素霞, 张金谱, 宋伟, 李磊, 李银松, 郭昊, 叶子铭

中国环境科学. 2024, 44(6): 3100-3110.

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选取2022年O₃及其前体物观测数据、气象观测数据和ERA5再分析数据,结合基于观测的模型(OBM)和后向轨迹模型,分析了2022年广州市O₃污染特征,识别了O₃生成控制区及关键敏感型物种,并从O₃前体物排放、气象条件和区域传输3个方面开展了O₃污染成因分析.结果表明:广州市O₃生成以VOCs控制和NO_x-VOCs协同控制为主,现阶段VOCs和NO_x减排比例应不低于1:1;O₃生成对含氧VOCs最为敏感,其次是植物源VOCs(BVOCs)、烯烃、芳香烃和烷烃;2022年广州市O₃前体物NO_x和VOCs浓度同比下降14.7%和30.4%,但副高强盛、台风外围环流影响频繁叠加强辐射、高温、低湿等不利气象条件和区域传输抵消了广州市本地前体物减排的成效,造成O₃浓度上升,其中典型O₃污染过程(2022年9月16~22日)气流轨迹由西北、西南方向气团转变为东和东南方向气团,易受到来自周边城市区域传输影响.建议下一步持续推动NO_x减排,促进O₃对NO_x敏感性向正敏感性的转变,同时积极构建区域联防联控机制,降低区域传输贡献.

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基于卫星遥感的中国人为CO₂与大气污染物排放协同关系

王震山, 李新妹, 肖薇, 蒋宁萱, 柳艺博

中国环境科学. 2024, 44(6): 3111-3121.

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基于多源卫星遥感数据和大气输送模型研究我国人为CO₂与大气污染物(NO₂和CO)排放协同关系以及新冠疫情管控期间污碳排放变化特征.结果表明:高人为CO₂排放对应高浓度的NO₂和CO排放,以省级行政区为单位的2018~2020年非生长季XCO₂异常与XNO₂的相关性(r=0.79)高于与XCO的相关性(r=0.61),且高人为CO₂排放地区燃烧排放效率更高;2020年2月(疫情管控期)我国XCO₂异常、XNO₂、XCO下降的区域范围为2019年2月(疫情同比期)面积的50%、70%和49%,2020年2月XCO₂异常与XNO₂的相关性(r=0.71,P<0.01)高于2019年2月(r=0.59, P<0.01),而XCO₂异常与XCO的相关性(r=0.44, P<0.01)低于2019年2月(r=0.68, P<0.01);受大气输送的影响,2020年2月京津冀受西南方向人为排放地区输送的影响高于2019年2月,而长三角受北部长距离输送的影响降低,珠三角受大气输送的影响最小.研究结果表明卫星遥感可有效用于区域污碳协同排放时空变化特征监测.

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城镇污水厂各工序段对微塑料去除率差异特性分析

米家辉, 卢俊平, 刘廷玺, 刘禹, 张琦, 石震宇, 刘莹慧

中国环境科学. 2024, 44(6): 3122-3131.

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污水处理厂被认为是微塑料的主要排放与储存场所.为探究城镇污水处理厂不同处理工序段对污水中微塑料的去除效率差异特性,以内蒙古某污水处理厂为研究对象,通过采用体式显微镜观察,并借助LAS X软件统计分析的方法展开研究,结果表明:污水厂中微塑料的主要存在形态以纤维状为主(61.8%),其次为碎片状与薄膜状,微塑料的尺寸主要集中在0.25-0.50mm(32.9%).一级处理工序中对微塑料去除效果最好的构筑物分别是:粗格栅、细格栅和初沉池,尤其对尺寸小于0.25mm微塑料颗粒的去除效果最好.旋流沉砂池对纤维、碎片和薄膜状微塑料均没有起到积极的去除效果,二级处理工序中的二沉池对微塑料的去除起到了关键作用,其次为纤维生物转盘,其对尺寸介于0.50~1.00mm的微塑料去除效率最高.一级处理工序对3种形状微塑料的去除效率均为正值,且去除效率与微塑料尺寸呈负相关关系.一级处理工序中的构筑物对小尺寸微塑料的去除效率比较稳定,而对大尺寸微塑料的去除效率波动较大,对不同形状微塑料的去除率随污水在各处理构筑物流动方向沿程呈下降趋势.二级处理工序对3种形状微塑料的去除率均呈现为负值,而仅对尺寸小于0.50mm的微塑料去除率为正值.本研究旨在为污水厂提升微塑料去除率的运行管理提供理论指导作用.

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粉煤灰基P型沸石吸附水中Cu²⁺和Cd²⁺

孙昊勇, 汪泽华, 姚亦扬, 吴代赦

中国环境科学. 2024, 44(6): 3132-3141.

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以粉煤灰(FA)为原料经水热反应合成了P型沸石(Z-P).采用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、场发射环境扫描电子显微镜、比表面孔径分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱对Z-P进行表征,并研究了其对Cu²⁺和Cd²⁺的吸附性能.结果表明,Z-P的BET比表面积和孔隙体积分别为38.46m²/g和0.2180cm³/g,均高于FA的1.273m²/g和0.0120cm³/g.FA、Z-P对Cu²⁺和Cd²⁺的吸附更符合拟二级动力学模型和Langmuir等温线模型.Z-P对Cu²⁺和Cd²⁺的最大吸附量分别为157.48,131.57mg/g,远高于于FA的30.88,25.47mg/g.Z-P对Cd²⁺的循环再生吸附效果好,但对Cu²⁺的循环再生吸附效果较差.离子强度对Z-P吸附Cu²⁺和Cd²⁺分别起促进和抑制作用.表明Z-P可以作为有效且廉价的Cu²⁺、Cd²⁺吸附剂,为FA的资源化利用和含Cu²⁺、Cd²⁺重金属离子废水吸附剂的开发提供了一种方法.

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羟基乙叉二膦酸对Fe²⁺活化O₂降解污染物的强化效果及机制

茹金涛, 王德玉, 张成武, 李媛, 刘柯阳, 秦传玉

中国环境科学. 2024, 44(6): 3142-3150.

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羟基乙叉二膦酸(HEDP)常与Fe²⁺形成Fe²⁺-HEDP配合物,本文验证了HEDP存在可以促进Fe²⁺活化分子氧产生活性自由基(ROS),研究结果显示添加2mmol/L HEDP后,Fe²⁺/O₂体系中苯酚(10mg/L)的降解效果从0.69%提升到69.31%,在此过程中,体系中的HEDP还能够实现部分自降解.电子自旋共振(ESR)和掩蔽实验结果表明体系中主要ROS为HO^•和O₂^•–,双电子传递途径(O₂ → H₂O₂→ HO^•)是体系中产生HO^•的主要方式.在3.0～9.0的pH值范围内,HEDP都能够促进ROS的产生和污染物的降解,常见环境阴离子对体系影响较小.

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基于响应面法的微咸水反渗透脱盐工艺优化

王辛铜, 高峰, 吴友兵, 杨宇, 宋日权, 孙昕, 卢金锁

中国环境科学. 2024, 44(6): 3151-3159.

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为应对淡水资源短缺,提高微咸水反渗透工艺的处理效果,设计了一种单级多通道低压反渗透(RO)中试装置,采用Box-Behnken响应面分析法(RSM)建立了微咸水RO淡化过程的模拟和优化模型.在不同的进料浓度,进水流量和浓淡水比例等工艺参数条件下,考察了系统的盐截留率和膜通量,分析和计算了系统的评价系数和单位能耗(SEC).结果表明,进料浓度和浓淡水比例是影响盐截留率的显著因素.低进料浓度、较高进水流量并不能显著提高盐截留率,反而会增加设备的单位能耗.在5000mg/L进料浓度的条件下,控制进水流量258.02L/h,浓淡水比例1.39时,脱盐效果最佳,评价系数达到10.58L/(m²·h),单位能耗相对最低为5.15(kW·h)/m³.所建的RSM模型能够较好地模拟微咸水反渗透脱盐的过程,SEC预测精度良好,R²值达到0.9925,盐截留率模型误差RMSE仅为0.36.RSM模型可以用于优化不同进料浓度下的操作条件,指导反渗透脱盐工艺的长期高效运行.

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好氧颗粒污泥中硫酸化多糖的生成、提取及表征

魏子涵, 卢毅鹏, 高品

中国环境科学. 2024, 44(6): 3160-3166.

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以厌氧颗粒污泥作为接种污泥,在序批式活性污泥反应器(SBR)中驯化培养好氧颗粒污泥,通过好氧颗粒污泥胞外聚合物(EPS)提取和硫酸化多糖纯化方法的优化,探究好氧颗粒污泥SBR反应器中硫酸化多糖的生成变化.结果表明,好氧颗粒污泥SBR反应器运行效果稳定,对污水COD、NH₄⁺-N、TN和TP的去除效果分别可达90%、97%、70%和93%以上.采用超声、水浴和碱处理的组合方法可有效地提取好氧颗粒污泥EPS和硫酸化多糖,经脱蛋白纯化后,硫酸化多糖可达56.6mg/g EPS,约为接种厌氧颗粒污泥中硫酸化多糖含量的1.4倍,表明好氧颗粒污泥有助于生成硫酸化多糖,为污水污泥有机质的高值转化和资源化提供了一种有效途径.

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Cu(Ⅱ)催化NaOCl氧化碘帕醇的效果和过程解析

魏红, 滕锐杰, 郑佳欣, 高美娟, 钮金芬, 蔡谦

中国环境科学. 2024, 44(6): 3167-3178.

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本文研究Cu(Ⅱ)催化NaOCl氧化非离子型碘代X射线造影剂—碘帕醇(IPM),对IPM降解过程中Cu的回收和形态进行解析,考察Cu(Ⅱ)、NaOCl浓度和卤素离子对IPM降解效果及碘代消毒副产物-碘仿的生成影响;采用XRD、XPS分析Cu(Ⅱ)反应后的产物晶型和形态变化,结合循环伏安曲线和计时电流表征Cu(Ⅲ)的生成,推测Cu(Ⅱ)催化NaOCl氧化IPM的机理.利用HPLC/MS/MS分析中间产物,推测IPM的降解路径.结果表明,与Co(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)相比,Cu(Ⅱ)显著提高了NaOCl的分解率和IPM的氧化效果, 25℃、pH=6.71, 500r/min, NaOCl和Cu(Ⅱ)浓度分别为0.5和0.05mmol/L,60min,8.0mg/L IPM的降解率达到77.51 %;HO·、活性氯自由基和Cu(Ⅲ)都有助于Cu(Ⅱ)/NaOCl氧化IPM, 且Cu(Ⅲ)的贡献随pH值升高而增大.NaOCl浓度在0.1~2.5mmol/L范围增加,IPM降解率增加;Cu(Ⅱ)浓度在0.005~0.5mmol/L存在适宜值.HPLC/MS/MS共检测出13种产物,IPM的降解途径主要包括:侧链酰胺键水解和氧化,碘取代、羟基加成. Cl^-、Br^-和I^- (1~5mmol/L)在影响IPM氧化效果的同时, Br^-显著促进了CHI₃的生成,生成量达到48.28μg/L.

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H₂O₂辅助污泥水热过程水DOM的光化学行为研究

张闯, 王冰玉, 谢慧芳, 冯彦房, 曲虹霞

中国环境科学. 2024, 44(6): 3179-3188.

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采用水热炭化和添加4%H₂O₂辅助水热炭化两种工艺处理脱水污泥,在测定两种过程水DOM基本理化性质的基础上,重点比较了两种DOM的光漂白行为和光生活性物种的产生情况.结果表明,与水热炭化工艺相比,H₂O₂辅助水热炭化工艺中伴生的过程水DOM的pH值较低,电导率、TOC、腐殖质类物质含量、芳香性官能团、分子量及腐殖化程度均较高,并表现出更强的光敏感性.在模拟自然光照射条件下,其芳香性和腐殖化程度随光照时间延长而降低,荧光组分含量显著下降,其中腐殖质类组分降低最为明显.光照过程中产生更多的单线态氧(¹O₂)和三重激发态(³DOM*),可显著促进四环素的光降解(93.22%),且³DOM*起主导作用.本研究明确了H₂O₂辅助水热炭化过程水DOM的光化学行为,可为水热炭化处理污泥产生的过程水的进一步处理及利用提供理论依据.

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焦化污泥炭重金属风险及其处理焦化废水研究

余丽, 宇晓虹, 朱嘉讯, 药钰, 王莉, 赵颖, 卫皇曌

中国环境科学. 2024, 44(6): 3189-3196.

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以焦化污泥制备焦化污泥炭,研究在炭化和硝酸改性过程中重金属形态变化和风险评价,并探索改性焦化污泥炭用于焦化废水处理的效能.焦化污泥(CWS)中Cr和Ni重金属含量远高于其他几种重金属,通过炭化得到焦化污泥炭(CWS-C),再活化后得到改性焦化污泥炭(CWS-N),生态风险因子(RI)从122.79(CWS)降低至33.70(CWS-N),说明CWS-N重金属污染风险很低.与CWS-C相比,CWS-N具有多种铁物相(FeO、Fe₂Al₂O₄、Fe₃O₄和Fe_0.95C_0.005),有利于Fe(II)/Fe(III)循环,能有效催化H₂O₂产生·OH,对焦化废水TOC的去除率高达66.3%. CWS-N上的活性组分铁的流失率低于0.5%,具有良好的催化稳定性.焦化废水中溶解性有机物主要为木质素类、脂质类和稠环化合物类,含N、S化合物占81.1%,经CWS-N催化降解后可去除大部分有机物.

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微纳米气泡表征及其抑制膜污染研究

樊凯, 王方正, 管楠, 周国清, 周俊伟, 王兴亚, 胡钧

中国环境科学. 2024, 44(6): 3197-3205.

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将微纳米气泡发生装置与膜性能检测设备联合,设计了一种微纳米气泡(MNBs)抑制膜污染的测试方法,系统研究了通入MNBs前后,MNBs对聚偏氟乙烯(PVDF)膜渗透、过滤和抗污染性的影响效果.研究结果表明,MNBs的通入使得PVDF膜的通量衰减速率降低约63.4%,截留率也提升了约21.3%.通过分析污染前后的膜表面微观形貌的扫描电子显微镜(SEM)图片可得,MNBs能有效抑制污染物滤饼层的形成和对膜孔的堵塞,有效抑制了污染物对膜的直接粘附.纳米颗粒追踪(NTA)的结果显示,通入MNBs后污染物颗粒粒径增大,这可能是MNBs对污染物的吸附作用使得污染物在MNBs表面聚集所导致.因此,MNBs抑制膜污染的机理在于,MNBs表面吸附聚集污染物,导致粒径增大,并以“汽桥”(gas-bridge)形式隔绝污染物与膜表面相互作用.

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机器学习驱动的辉光放电等离子体降解碱性紫16性能研究

方野, 王玉如, 曾静懿, 王亚欣, 郑伟, 李敏睿

中国环境科学. 2024, 44(6): 3206-3216.

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为了量化研究辉光放电等离子体(GDEP)降解碱性紫16(BV16)的效率影响因素以进一步提升其降解性能,共收集462条降解实验数据建立数据集,训练并评价了9种回归模型.结果表明,基于梯度提升树(GBDT)的集成学习模型预测性能优异,且以类别型特征提升(CatBoost)算法训练的模型性能最佳(R² = 0.988, MAE = 2.050%).此外,沙普利加和解释方法(SHAP)对最佳模型的参数影响程度定量解析结果显示,反应时间(43.74%)、初始污染物浓度(23.00%)、氯化钾浓度(15.65%)和平均电流(12.63%)是影响BV16降解效率的关键因素.同时,基于部分依赖图(PDP)提出了参数交互影响优化方案.所建立的CatBoost-SHAP-PDP模型不仅能实现GDEP对BV16降解效果的模拟预测,而且是优化GDEP降解过程变量的有效方法,为GDEP降解染料废水复杂体系领域的建模与应用提供科学依据和技术支持.

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我国地表水中多氯联苯的时空演变及管控策略

高云泽, 杨超, 许梓尧, Gedion Tsegay Hailu, 冯甘雨, 朱宁正, 孟祥周

中国环境科学. 2024, 44(6): 3217-3225.

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基于文献调研和现场调查,系统探讨我国地表水体中多氯联苯(PCBs)的历史变化规律,分析典型湖泊(滇池和太湖)中PCBs的赋存特征及潜在来源,并剖析PCBs管控政策的有效性.结果表明,我国地表水环境PCBs污染水平呈现“M”形演变特征,分别在1930s和2000s达到峰值.全国地表水历史检出浓度最大值达到3110ng/L.目前环境浓度普遍较低但部分区域存在点源释放.潜在的PCBs污染来自于颜料/油漆行业、电子废物及医疗垃圾焚烧等.生态系统风险评价显示太湖水体中PCBs对水生生物健康存在负面效应,需要进一步强化PCBs的源头管控,从混合毒性当量角度制定水环境标准,提升水生生物多样性保护水平.

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²²²Rn示踪岩溶湿地地下水排泄及氮磷营养盐输入

张启元, 赵雨晴, 李远俊, 李鑫鹏

中国环境科学. 2024, 44(6): 3226-3239.

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以会仙湿地八仙湖为研究对象,通过2021年12月(枯水期)和2022年5月(丰水期)的湖水,地下水,沉积物,空气等样品采集,经原位理化性质,氡测量,营养盐等指标的检测,并建立²²²Rn质量平衡模型,估算八仙湖地下水排泄通量及其营养盐输入.八仙湖²²²Rn模型的输入项主要为母体²²⁶Ra衰变,地下水排泄通量和沉积物扩散量;输出项主要为河流流出通量,湖泊²²²Rn库衰变量和大气扩散量.通过²²²Rn质量平衡模型计算得枯水期八仙湖地下水排泄速率约为(110.60±23.75) mm/d,丰水期湖中地下水排泄速率为(238.04±46.58) mm/d.然后通过八仙湖周边地下水平均营养盐浓度,估算枯水期地下水排泄营养盐输入为NH₄⁺-N(2.24±0.52)×10^-3mol/(m²·d),NO₃^--N(1.93±0.42)×10^-2mol/(m²·d),TN(1.20±0.26)×10^-1mol/(m²·d),TP(1.97±0.42)×10^-4mol/(m²·d);丰水期地下水排泄营养盐输入为NH₄⁺-N(1.30±0.25)×10^-2mol/(m²·d),NO₃^--N(2.71±0.53)×10^-2mol/(m²·d),TN(2.18±0.43)×10^-1mol/(m²·d),TP(4.51±0.89)×10-4mol/(m²·d).本研究结果揭示地下水排泄给八仙湖环境带来的影响是不能忽略的,因此在治理会仙湿地环境时应重视地下水排泄对湿地水环境污染的贡献,以期为湿地水资源评价提供基础数据.

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永定河门头沟段抗生素污染特征及风险评估

蒋宝, 凌文翠, 王亚玲, 荆降龙, 杨勇, 孙成一

中国环境科学. 2024, 44(6): 3240-3246.

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采用高效液相色谱-串联三重四极杆质谱对永定河门头沟辖区段(包括官厅水库下游、斋堂水库支流汇入后的干流和城区段)内水体中的抗生素污染特征及风险进行评估.研究结果表明,氟苯尼考、奥索利酸、磺胺甲噁唑在3段流域内均有检出,平均浓度分别为4.95,2.56,13.96ng/L.磺胺吡啶从支流汇入,检出率为54%,浓度自2.36ng/L上升至4.06ng/L.城区段受生活污水排放等影响,氧氟沙星含量显著增加,浓度达到7.93ng/L.永定河门头沟辖区段内水体整体无健康风险,但在进入城区段后,其生态风险与抗性风险有所上升,可能是由于人类活动水平上升所致,需要进一步关注.

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钱塘江流域杭州段地表水中典型抗生素的分布特征及生态风险评价

叶旭红, 张宝锋, 周猛, 何平, 刘子述, 冒冉, 叶永根, 朱英俊, 陈峰

中国环境科学. 2024, 44(6): 3247-3258.

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采用固相萃取和超高效液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)首次测定钱塘江流域杭州段地表水中β-内酰胺类(β-Ls)、喹诺酮类(QNs)、磺胺类(SAs)、大环内酯类(MLs)、四环素类(TCs)、广谱抗菌药物(WAs)等6类83种典型抗生素的浓度水平,初步探明钱塘江流域杭州段中典型抗生素的区域分布特征,并利用风险熵值法评价了抗生素赋存的潜在风险.结果表明,46种抗生素在钱塘江流域杭州段有检出,地表水中抗生素总平均浓度在枯水期、平水期、丰水期分别为27.8, 24.8, 23.8ng/L,枯水期抗生素浓度略高于平水期和丰水期,且抗生素总检出浓度呈现上游＞中游＞下游的趋势.其中,林可霉素(LCM)的检出率高达 98.2%,最高检出浓度为22.7ng/L,平均浓度与中位浓度分别为8.04ng/L和8.14ng/L,是区域地表水中的特征抗生素.其他检出率较高的抗生素有磺胺甲噁唑(SMX)、磺胺氯哒嗪(SCP)、甘宝素(CB)、甲氧苄氨嘧啶(TMP)、氟康唑(FCZ)、磺胺(SM)、克拉霉素(CLT)等,其平均浓度分别为3.60,2.56,1.07,0.97,1.09,1.08,0.70ng/L.主成分分析结果显示LCM、SMX、SM、SCP的浓度变化与其他抗生素有相比有显著差异.生态风险评价结果表明,钱塘江流域杭州段所有检出抗生素单项生态风险熵(RQ)均小于1.0,未发现高生态风险抗生素.

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污泥脱水技术研究进展及碳排放比较分析

李丽萍, 颜蓓蓓, 王智, 孙昱楠, 李宁, 陶俊宇, 王媛, 陈冠益

中国环境科学. 2024, 44(6): 3259-3269.

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本文综述了几种常规污泥脱水技术(污泥浓缩、机械脱水和深度脱水)和几种新兴的污泥低能耗深度脱水技术(低温干化、生物干化和超临界CO₂脱水)的原理及特点,并重点对重力浓缩、机械脱水、预处理脱水、热干化、太阳能干化、热泵干化、生物干化、超临界CO₂脱水这几种技术进行了碳排放核算和对比分析.结果表明,常规脱水技术相对较为成熟,应用较广,但存在能耗高、药耗高、碳排放高的“三高”问题.其中,污泥热干化技术的碳排放量最大(2070.21kgCO₂/t DS),使用化学药剂产生的碳排放占机械脱水和预处理脱水技术碳排放的75%以上.新兴的太阳能干化、热泵干化、生物干化和超临界CO₂脱水技术的碳排放量分别为32.67,1074.36,58.78,490.16kgCO₂/t DS,表现出较好的碳减排潜力,通过推进优化工艺技术,降低运行成本,有望替代常规脱水技术.本研究结果可为污泥低碳脱水技术的开发和选择提供重要的参考依据.

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三峡水库消落带土壤反硝化及DOM的影响

朱砚涛, 苏培兴, 张代钧, 袁淑培, 张峻通, 刘寅飞

中国环境科学. 2024, 44(6): 3270-3279.

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在重庆主城与涪陵选取了3个典型点位采集土壤样品,并对土壤的理化性质、原位反硝化速率、溶解性有机质(DOM)驱动的反硝化以及库区土壤的微生物进行了考察与分析.结果显示在海拔145~155m区间,淹水期镇安镇、涪陵区和鱼嘴镇最高氨氮(NH₄⁺-N)平均浓度分别为31.32,28.63和19.23mg/kg,均高于落干期.在淹水期,与高海拔区域土壤中硝酸盐氮(NO₃^--N)平均浓度相比,低海拔土壤中NO₃^--N平均浓度分别增大了46.91%(镇安镇)、37.89%(涪陵区)和29.69%(鱼嘴镇).在淹水期,土壤有机质(SOM)平均浓度随着海拔高程的降低而降低,镇安镇、涪陵区和鱼嘴镇分别从109.16,80.93和82.61mg/kg降至65.63,64.53,53.41mg/kg.土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N的含量与现场反硝化速率呈显著正相关(P<0.05),在提供充足的碳(C)和氮(N)营养元素后,土壤潜在反硝化速率表现出较大的时间和空间差异性.在由DOM驱动的反硝化实验中,DOM降解符合一级动力学模型(R²>0.93),N₂O累积量符合Logistic模型(R²>0.97).在三峡水库消落带土壤中,反硝化功能微生物主要是Bacillus和Comamonadaceae,其丰度变化与土壤潜在反硝化速率呈现显著的正相关性(P<0.05).

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有机污染场地土壤化学氧化耦合微生物修复技术

陈斌, 徐江, 周文军, 赵甲亭, 朱利中

中国环境科学. 2024, 44(6): 3280-3288.

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化学氧化耦合微生物修复是通过适度氧化预处理降解转化污染土壤中的高浓度、难降解有机污染物,并增强其生物可利用性,再利用微生物降解有机污染物的技术,在有机污染场地土壤修复中具有良好的应用潜力.本文评述了化学氧化耦合微生物修复技术的研究进展,重点介绍了土壤氧化还原电位精准预测、土著微生物优化或工程菌强化方法,阐述了基于机器学习的土壤污染修复调控策略,以期提升化学氧化耦合微生物修复效率,为有机污染场地土壤绿色、经济、安全、高效修复的工程应用提供参考.

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植物套作系统修复镉污染农田土壤的效应——以苏南地区为例

徐双圆, 朱家辉, 王栋茹, 占新华

中国环境科学. 2024, 44(6): 3289-3300.

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为了研究不同套作模式对苏南地区Cd污染农田土壤的修复效果,选用能在苏南地区生长的伴矿景天、东南景天、苋菜和龙葵4种Cd超富集植物与大豆、油菜和小麦3种常规作物在Cd污染农田土壤中进行单作和套作修复试验.结果显示,与油菜套作后,4种超富集植物的Cd吸收量均有所增加,其中东南景天增幅最大,地上部Cd含量比单作增加24.4%;与小麦套作后,东南景天对Cd的吸收有所增加,地上部Cd含量比单作增加2.75%,龙葵和苋菜对Cd的吸收变化不显著,说明与油菜和小麦套作均能促进东南景天对Cd的吸收.套作伴矿景天减少了大豆根部Cd含量,套作苋菜和龙葵显著降低大豆茎、叶部分的Cd含量;套作模式下油菜根、茎的Cd含量均显著降低,叶片Cd含量受套作影响不显著;套作均显著降低了小麦的Cd含量,表明套作能抑制作物对Cd的吸收.此外,东南景天-油菜模式下Cd总积累量和土壤Cd去除率最高,为1343μg/盆和16.4%;东南景天-小麦次之,为1053μg/盆和9.8%.因此,东南景天-油菜/小麦两种套作模式均是苏南地区Cd污染农田土壤的适宜植物套作修复模式.研究结果可为该地区Cd污染农田修复同时安全利用提供科学依据和技术支持.

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高岭土改性丝瓜络生物炭修复PAHs污染沉积物及微生物响应

徐文卓, 李高帆, 卫昊明, 晏再生, 尤佳, 黄娟

中国环境科学. 2024, 44(6): 3301-3313.

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采用高岭土改性生物炭或者使用三维立体,如丝瓜络生物炭(LSBC)修复PAHs污染沉积物,制备了三维立体LSBC(3D-LSBC)、改性三维立体LSBC(3D-K-LSBC)、颗粒LSBC(G-LSBC)和改性颗粒LSBC(G-K-LSBC)四种材料.结果表明:G-K-LSBC修复PAHs污染沉积物效果显著,沉积物PAHs去除率达21.76%,PAHs的修复效率提高了1个数量级.各组下层沉积物PAHs生物有效性明显高于上层沉积物(P<0.05);添加G-LSBC和G-K-LSBC有效降低了沉积物PAHs生物有效性,分别为对照组的43.99%~78.48%和39.08%~72.01%.经过150d修复,沉积物PAHs含量未出现明显垂向分布特征(P>0.05).然而,沉积物微生物群落组成发生了明显变化(P<0.05).在3D-K-LSBC和G-LSBC作用下,沉积物微生物物种丰富度和多样性明显提高;其中,在G-K-LSBC作用下,沉积物群落中具有芳香烃降解和芳香化合物降解功能菌属呈显著富集.G-K-LSBC表现出更高的PAHs污染沉积物修复潜力.此外,高岭土改性显著提高了LSBC材料的稳定性.

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黄河几字湾气溶胶对植被总初级生产力的影响

史建阳, 刘旻霞, 潘竞虎, 李宇, 管承轩

中国环境科学. 2024, 44(6): 3314-3324.

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基于2006~2020年黄河几字湾多源遥感数据,利用标准化椭圆分析AOD-PAR-GPP的时空变化,随后通过结构方程模型和地理加权回归模型耦合构建GWR-SEM模型量化AOD对GPP的影响,并采用Sen趋势分析、MK显著性检验及灰色预测模型等方法探讨AOD与GPP未来变化趋势.结果表明:时间上,AOD、PAR和GPP呈协同上升趋势,其中AOD在2008、2020年到达最低值0.17和最高值0.46; GPP分别在2007年、2018年达到最低值266.4867.04gC/(m²·a)和最高值408.87gC/(m²·a),且三者季节差异明显,发现在植被生长季6月存在着GPP光饱和点.在空间上,AOD高值区主要分布在阿拉善盟;PAR分布与AOD相似,并与GPP呈负相关;GPP呈北低南高,其高值范围的扩大表现为延安贡献的增强.鄂尔多斯和榆林作为AOD主要污染源,在整体上由西向东逆时针扩散.GPP贡献地在榆林,具有西北向东南的变化趋势.锡林郭勒、大同及银川等地区GPP主要受 AOD、PAR与降水的影响,包头、朔州及中卫等地区GPP受PAR和降水的影响;通过模型AOD对GPP产生的标准化总效应影响为0.758,且GPP变化主要受气温的影响,其次是AOD和PAR及降水,在各间接路径中PAR起关键作用.趋势预测上,几字湾北部的AOD和以榆林为代表的东南部GPP有进一步加快的趋势;2021~2030年AOD上升趋势相对缓慢,而GPP上升趋势较快.

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典型海洋生态系统抗生素抗性基因研究进展

王维, 张晓迪, 高会, 杨松岳, 游俊杰, 张银天, 支利文, 那广水

中国环境科学. 2024, 44(6): 3325-3333.

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海洋生态系统中抗生素抗性基因(ARGs)污染具有隐蔽、难以治理的特征,会对生态和人类健康构成潜在风险.但目前研究多数是针对某一特定的海洋生态系统或海域,缺乏对中国海洋生态系统ARGs污染的整体概述和比较分析.本研究归纳了红树林、珊瑚礁、河口以及海湾生态系统中ARGs的赋存状况,分析了其主要的传播途径和影响因素,探讨了所造成的生态风险及评估方法.结果显示,ARGs在我国典型海洋生态系统中普遍存在且组成复杂,外源输入是其流行的主要驱动因素,环境变量的调节作用也不容忽视.ARGs对海洋生态系统具有潜在危害,现有的生态风险定量评估体系尚不完善,以期为进一步全面评估和有效控制中国典型海洋生态系统中ARGs污染提供参考.

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热带岛屿流域水生态评价理论研究与实践——以海南岛为例

王明阳, 王立成, 莫凌, 穆晓东, 马字伟, 王赛, 陈晓璐, 刘川, 王丽, 陈力可, 符有利, 王瑞仙

中国环境科学. 2024, 44(6): 3334-3341.

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为系统科学评估海南流域的水生态现状,本研究以海南岛为例,进行了热带岛屿流域水生态评价理论研究和实践.研究基于相关成果和流域突出水生态问题,构建了水生生物、水生境、水环境和水资源共11项指标的评价体系,综合利用专家打分和层次分析法计算了评价指标权重,并采用水生态环境质量综合评价指数(WEQI)对南渡江、昌化江和万泉河等海南岛典型流域开展水生态现状评价实践.结果表明:南渡江、昌化江和万泉河干流水生态为良好水平(63.77~71.57分),4座水库为一般水平(41.50~59.55分),水生生物是水生态提升的首要制约项,人为活动是水生态破坏的主要原因,水库还受生态需水量的限制.本研究构建的热带岛屿水生态评价体系可为当地水生态监测和评价提供科学依据.

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草地利用方式对土壤线虫群落结构及代谢足迹的影响

武振丹, 卢俊艳, 马尚飞, 叶贺, 张雅玲, 杨殿林, 红梅

中国环境科学. 2024, 44(6): 3342-3352.

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2021年8月在贝加尔针茅草甸草原刈割、自由放牧与围封(对照)样地进行土壤线虫采集,探究草地不同利用方式对土壤线虫群落结构特征及代谢足迹的影响.本研究共捕获土壤线虫15632条,隶属于55属,群落优势属为鹿角唇属(Cervidellus),垫咽属(Tylencholaimus)和丝尾垫刃属(Filenchus),分别占总捕获量的7.05%,7.14%和6.18%.较围封生境, 线虫总多度在自由放牧生境显著降低.从功能类群来看,3种生境下植食性线虫(33.84% ~ 37.45%)与c-p 2类群(38.78% ~ 47.58%)相对多度占比最大,且均在刈割生境与自由放牧生境显著增加.从多样性与生态指数来看,相较于围封,自由放牧生境成熟度指数(MI)与富集指数(EI)显著下降,基础指数(BI)显著增加,表明在自由放牧生境线虫群落多样性及稳定性降低,而食物网抗干扰能力增强;刈割生境结构指数(SI)显著提高,刈割生境食物网连通性提高,食物链加长.且在不同草地利用方式下线虫通路比值(NCR)>0.5瓦斯乐思卡指数(WI)>1,说明草甸草原土壤矿化途径的主要承担者是食微线虫,有机质分解以细菌通道为主.从代谢足迹来看,刈割和自由放牧生境均降低了线虫复合代谢足迹(TNf)和功能代谢足迹,食物网处于结构化状态,围封生境显著增加了线虫群落的整体活性和碳流动,食物网处于较为稳定的代谢平衡状态.不同草地利用方式下地下生物量(BGB),植物个体数(P-N)和速效钾(AK)是影响线虫群落发展的主要环境因子.综上所述,土壤线虫群落结构在不同草地利用方式下差异显著,不同生境中环境因子的变化是驱动土壤线虫群落变化的主要因子.

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西南喀斯特核心分布区植被对极端气候的响应

靖娟利, 赵婷, 王永锋, 孙佳荟, 付宝苇

中国环境科学. 2024, 44(6): 3353-3364.

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为了探究植被变化与极端气候之间的关系,以西南喀斯特核心分布区为研究对象,基于1982~2019年NDVI数据和气象站点日气温和降雨数据,选择气候变化监测和指标专家组(ETCCDI)定义的极端气候指数,运用趋势分析法和相关分析法探讨了NDVI和极端气候时空变化及其响应机制.结果表明:1982~2019年西南喀斯特核心分布区NDVI总体(83.13%)呈显著上升趋势,仅少部分地区(0.51%)呈下降趋势.极端气候指数中,表征极端高温的指数在时间和空间上都呈显著(P<0.05)增加趋势,表征极端低温的指数在时间和空间上(P<0.05)都呈显著下降趋势,而极端降水指数变化趋势不显著(P>0.05).年尺度上,西南喀斯特核心分布区NDVI与极端降水和极端气温暖指数呈正相关,而与极端气温冷指数呈负相关;NDVI与7个具有显著关系(P<0.05)的极端气温指数(TN90P、TX90P、TNX、TXX、TN10P、TX10P、TNN)的相关性在空间上表现出明显的异质性.表征极端气温频率的TN90P、TX90P和TN10P三个指数是影响不同植被生长的主要因子.研究结果对于喀斯特地区生态保护与治理具有一定的指导意义.

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石羊河流域生态系统碳储量时空变化及多情景模拟

许澳康, 胡梦珺, 石晶, 孟祥云, 白清竹, 郭婧玲, 刘烁雅, 张嗣阳

中国环境科学. 2024, 44(6): 3365-3375.

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以石羊河流域为例,利用InVEST模型评估1990~2020年土地利用变化带来的碳储量效应,耦合PLUS模型模拟2035年在自然发展、生态保护、水资源约束和经济发展情景下土地利用变化及其对碳储量的影响.结果表明:石羊河流域土地利用主要以未利用地,草地和耕地为主,占流域总面积的93%.1990~2020年石羊河流域耕地,水域和建设用地面积呈增长趋势,其余用地面积呈减少趋势.2020~2035年多情景模拟下,只有生态情境中林地和草地面积增加显著.1990~2020年流域碳储量整体呈增长趋势,其中以草地,未利用地和耕地碳储量贡献为主,占碳总量的86%.2020~2035年4种情景下的碳储量均有所增加,但生态保护情景中碳储量增加最为显著,共增加3.75×10⁶t.自然发展情景和经济发展情景下,林地和草地转为耕地的面积远大于转入,碳储量损失较多.水资源约束情景下,耕地主要转出为草地和建设用地,其他各地类之间转换所承载的碳储量基本平衡.生态保护情景下,林地,草地等生态用地转入面积大于转出使区域碳储量增加.研究结果以期为石羊河流域提升陆地生态系统碳储量和规划未来国土空间提供科学依据.

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上海淀山湖表层沉积物中卤代阻燃剂时空分布

杨静, 邬言, 李月, 刘霞, 金芮合, 杨丁业, 王余意, 丁方方, 刘敏

中国环境科学. 2024, 44(6): 3376-3386.

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通过方差分析、主成分分析和商值法探究了上海淀山湖28个表层沉积物中56种卤代阻燃剂(HFRs)的时空分布特征、污染源及潜在生态风险.结果表明,上海快速工业化和城市化进程导致典型水源地淀山湖表层沉积物中3种HFRs出现明显累积,其中替代型溴代阻燃剂(∑₂₂ABFRs,21.418ng/g)浓度已超出传统溴代阻燃剂(∑₂₃PBDEs,10.344ng/g)约2倍.十溴联苯醚(BDE209,7.890ng/g),十溴二苯乙烷(DBDPE,17.990ng/g)和得克隆(∑_Syn+AntiDP,1.176ng/g)是最主要的同系物.这些HFRs的高值点主要出现在环湖生活生产活动较密集的淀山湖西南区域,季节性差异不显著.主成分分析法揭示出商用十溴、五溴和八溴二苯醚及其替代品的使用,以及含新型阻燃剂的塑料制品的使用是主要来源.基于商值法的风险评估揭示出五溴联苯醚、BDE209、DBDPE、2,4,6-三溴苯氧基乙烷(BTBPE)和2-乙基己基-2,3,4,5-四溴苯甲酸酯(TBB)在绝大多数沉积物中对底栖生物均呈现中等风险,BDE209在个别采样点出现高风险,表明未来对这些卤代阻燃剂的环境监管仍需加强.

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活力海岸概念辨析及评价指标体系构建

古雄杰, 邓建明, 曾剑, 韩宇, 张广之, 王菲菲, 全占军

中国环境科学. 2024, 44(6): 3387-3394.

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海岸带具有重要的生态系统服务价值,但是由于自然灾害以及人类不合理的开发利用,海岸带遭到严重侵蚀和破坏.传统的海岸硬质结构防御模式已经不足以面对不断变化的沿海条件甚至加剧海岸侵蚀,因此基于自然解决方案的“活力海岸”越来越受到人们的关注.本研究剖析了活力海岸内涵,提出了活力海岸核心要素,构建了活力海岸指标体系.采用德尔菲(Delphi)法开展2轮专家函询,通过计算专家积极性、专家权威程度、专家意见集中程度与协调系数,判断指标体系构建的可靠性;基于界值法筛选指标并结合专家意见构建活力海岸评价指标体系.活力海岸评价指标体系分为三个层次,即目标层、准则层和指标层,准则层分为“资源环境适宜性”、“资源环境可持续性”、“生态韧性”、“社会经济支撑性”4类,指标层包括一级指标13项和二级指标36项.活力海岸的核心特征是“基于自然元素”,通过采用自然材料或自然与人工材料相结合的技术保护、恢复和增强海岸带自然栖息地,最终促使海岸带资源环境条件和经济社会发展达到可持续发展的状态.我国目前活力海岸相关研究较少,本研究构建的活力海岸评价指标体系一定程度上填补了活力海岸管理模式的空白.

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亚硝酸盐对硫酸根自由基降解卤代酚的影响

桂静婧, 刘佳婷, 杨培增, 陈静, 季跃飞, 陆隽鹤

中国环境科学. 2024, 44(6): 3395-3407.

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系统研究了亚硝酸盐(NO₂-)对硫酸根自由基(SO₄^•–)降解溴酚和氯酚的影响.结果表明,NO₂-的加入明显促进了溴酚的降解,而氯酚的降解仅受到轻微促进;此外,两者都转化生成了有毒硝基产物.研究发现,卤代酚在SO₄^•–氧化过程中发生脱卤反应,脱下来的卤离子被SO₄^•–氧化为卤自由基和自由卤.其随后和中间产物甚至母体反应,生成卤代副产物,如卤仿和卤乙酸.若反应过程中存在NO₂-,首先,原位生成的活性卤物质能够被NO₂-迅速捕获,生成强氧化性的硝酰卤.硝酰卤进攻卤代酚,导致其加速降解并生成硝基副产物.其次,NO₂-被SO₄^•–氧化生成二氧化氮自由基(NO₂^·),其随后与卤代酚转化生成的酚氧自由基中间体结合,同样产生大量硝基卤代产物.数据显示,硝基溴酚的种类更多且产量更高.当加入200μmol/L NO₂-,溶液中硝基溴酚和硝基氯酚的总生成量最高分别可至9.2和5.7μmol/L.这是因为在SO₄^•–氧化过程中,溴酚较氯酚更容易发生脱卤反应,因此NO₂-对溴酚转化行为的影响更显著.研究揭示了SO₄^•–氧化技术应用于地下环境中降解卤代污染物时的潜在风险,并对该过程中氮素和卤素的相互转化提供了新的见解.

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平原河网地区稻田农药脉冲输出迟滞分析研究

陈诚, 贾忠华, 罗纨, 刘文龙

中国环境科学. 2024, 44(6): 3408-3418.

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针对目前有关稻田施药后短期内农药的脉冲式输出过程及运移机理尚不十分明确的问题,以扬州市江都区农田水利科学研究站的试验稻田为研究区,针对稻田施药后农药面源污染物与排水的双脉冲输出过程开展高频监测,捕捉到毒死蜱、阿维菌素、三环唑和噻呋酰胺等4种水稻常用农药的脉冲式输出过程,结果显示:上述4种农药的输出浓度和负荷率峰值均发生在施药后2.5~5h内,输出脉冲特征明显.农药和排水双脉冲的相位关系受人为因素影响较大,呈现一定的随机性.对于淋溶性较好、受田间水文状况影响较大的农药(以杀菌剂三环唑和噻呋酰胺为代表),其迟滞指数分别为0.419和0.326,首次观察到较为明显的c-Q迟滞现象,该现象的发生与稻田施药先后顺序以及农药施入稻田后随水流运移到农沟水体的路径长短有关;而对挥发性较大的农药(以杀虫剂毒死蜱为代表),其迟滞系数仅为0.083,由于易受风向等不确定性因素影响未能观察到明显的迟滞现象.上述3种农药的FI值均等于或接近于1,说明排水脉冲对农药以富集作用为主.

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基于系统动力学的草地生态系统稳定性评价——以三江源国家公园黄河源玛多县为例

李佳颖, 胡官正, 曾维华

中国环境科学. 2024, 44(6): 3419-3433.

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本文以三江源国家公园黄河源园区所在的玛多县为研究对象,从韧性、抵抗性、可持续性和变异性角度构建生态系统稳定性评价指标,辨析指标间的异同并提出合理的指标量化与分级标准;在此基础上,基于系统动力学方法建立了玛多县生态系统动态仿真模型;进一步,利用所构建的动态仿真模型,对玛多县2000~2100年的生态系统演化历程生态状况演化趋势进行模拟仿真;最后,基于模拟结果对其生态系统稳定性进行评估.评估结果表明:玛多县生态系统特征回归时间约为48.74a,韧性一般;生态系统崩溃时的食草强度与现状条件的食草强度之比为4.15,抵抗性较强;初始状态持续时间约为79.04a且朝着正向发展,可持续性较强;变异比率约为25.20%,变异性较大.玛多县生态系统稳定性综合评价结果为临界状态,需要从提高生态系统韧性和降低生态系统变异性的角度改善玛多县生态系统稳定性,确保其生态系统持续健康演替.

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混合有机磷阻燃剂污染物的微生物降解特性及途径

罗雅嫣, 汤蕙齐, 李翼远, 欧阳浩民, 黄鸿, 陈烁娜, 仇荣亮

中国环境科学. 2024, 44(6): 3434-3441.

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为了获得更多高效降解有机磷阻燃剂(OPFRs)的菌种资源,探明OPFRs微生物降解途径和作用机制,本研究以一株从广州某污水处理厂剩余污泥中筛选获得的对多种典型OPFRs具有降解能力的太平洋芽孢杆菌(Bacillus pacificus)为研究材料,选取环境中检出率高的磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)、磷酸三甲苯酯(TCP)、磷酸三苯酯(TPhP)作为OPFRs典型代表污染物,开展OPFRs混合污染物微生物降解研究.结果表明:Bacillus pacificus能以4种OPFRs(TCEP、TCPP、TCP、TPhP)作为磷源生长代谢.在投菌量为1.0g/L,污染物初始浓度为1.0mg/L时, Bacillus pacificus对TCP的降解效果显著,在第9d的降解率达96.1%,另外3种OPFRs的降解率为23%~34%.4种OPFRs的主要降解途径均是通过磷酯键断裂,最终生成氯乙醇、氯丙醇、磷酸和苯类等小分子化合物.其中,TCEP和TCPP还可以通过末端脱氯进行分解,生成磷酸三丙酯和磷酸三(2-乙基丙基)酯,而TCP则还可以通过甲氧基化而被分解为磷酸三甲酯.研究表明:Bacillus pacificus能耐受并有效降解4种常见的OPFRs混合污染物,可为环境OPFRs污染治理提供新思路和优质的微生物菌种资源.

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基于源头分类的城市生活垃圾社会成本评估——以北京市为例

姜艺婧, 宋国君, 习婧欣, 曲思越

中国环境科学. 2024, 44(6): 3442-3454.

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为实现低成本的城市生活垃圾管理目标,为政府提供收费、补贴和特许经营的决策依据,本文采用文献研究方法,在源头分类的前提下对北京市生活垃圾社会成本进行核算与评估.社会成本是指生活垃圾全生命周期各环节中由政府(和居民)承担的全部影响的货币化成本.结果表明,城市生活垃圾社会成本评估是可行的,全生命周期各项成本均可实现比较.北京市生活垃圾社会成本为98亿元,约占GDP的0.24%,单位生活垃圾社会成本为1254元/t;其他垃圾单位社会成本最高为1487元/t,其次是厨余垃圾710元/t,可回收物资源化利用389元/t;其他垃圾焚烧排放的危险空气污染物导致的人群健康损失成本是其他垃圾成本高的主要原因.北京市应继续加大可回收物和厨余垃圾的资源化利用补贴以降低其他垃圾的处置量,通过优化管理达到降低社会成本的目的.

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黄河流域水稀缺风险评价

陆中桂, 康哲, 李巍, 黄明辉

中国环境科学. 2024, 44(6): 3455-3465.

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基于黄河流域水稀缺特点及其成因,提出了综合考虑水量、水质和生态需水因素的流域水稀缺风险(WSR)评估框架,以此评估了2017年黄河流域90个地级市42个部门的直接水稀缺风险损失(DWSR),并通过构建城市尺度环境拓展多区域投入产出模型(MRIO),评估了城市间贸易驱动的间接水稀缺风险损失(IWSR).结果表明:流域DWSR和IWSR分别约为28941.49亿元和34464.08亿元,贸易导致的间接经济损失大于直接经济损失;各城市DWSR和IWSR整体上呈现一定的空间差异性,但高风险城市具有明显的空间集聚性和重合性,主要集中在流域中下游的山东、河南两省,如潍坊、淄博、郑州等;IWSR转移主要由各省内的城市间贸易产生,省际间的风险转移没有形成明显的热点区域;农林牧渔业、化学工业、石油加工、炼焦和核燃料加工业等部门的DWSR较高,同时也是主要的IWSR出口部门.建议结合识别出的重点城市、关键部门等全面加强WSR管理,协同推进黄河流域节水控水、水质改善和生态用水保障,促进流域水资源节约集约高效利用.

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灌溉用水户水权交易对农业灌溉、生产和收入的影响——基于四省的实证检验

吴伟

中国环境科学. 2024, 44(6): 3466-3479.

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基于甘肃、山西、河北和湖南四省2019年至2022年灌溉用水户水权交易数据,构建基于产权理论和新制度经济学的理论分析框架,分析灌溉用水户水权交易改革政策实施前后的变化,使用双重差分固定效应模型评估改革的影响,实证检验灌溉用水权交易能否通过合同节水、额定灌溉用水额、调整农作物种植结构机制对农业灌溉面积、农业产出和农户收入产生影响.结果显示,在产权界定明晰的前提下,节水合同为交易提供了保障,额定用水量从需求管理角度促进了节水效应和用水效率提升,考虑到交易水权的成本和用水效益,调整优化农作物结构成为增产增收的重要途径. 研究结论,通过水权交易、节水合同机制和用水定额制度,激励农户提高灌溉用水效率,优化作物种植结构,实现了水资源的高效配置,促进了农业总产出和农户收入的增长,有利于可持续农业发展.

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环境税对生猪养殖业污染物减排的激励效果研究——内在机制与合理税率

范东寿, 杨福霞, 张巧丹

中国环境科学. 2024, 44(6): 3480-3491.

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构建包含生猪养殖户、政府、消费者3个利益相关主体的一般均衡模型,从工艺改造和末端治理两个层面剖析环境税对畜禽养殖户污染减排的内在影响机制,并基于中国2007~2020年省级面板数据,实证检验了环境税与生猪养殖业污染物排放量之间的非对称关系,进而核算出能够激励养殖户进行减排投资的合理税率区间.结果发现:随着环境税率的增加,生猪养殖业的污染物排放量表现出先增后减的倒U型特征;当税率达到5.20~5.75元/污染当量区间时,养殖户才有动力进行减排投资活动.机制分析结果表明,环境税倒逼养殖户安装污染处理设备和改用精饲料是其主要路径,贡献度分别为34.19%和23.34%.环境税的减排效应在重点发展区和约束发展区更为明显,且相较于中规模养殖户,需设定更高的税率才能激励大规模生猪养殖户进行减排投资.

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我国东部山地针阔混交林碳通量特征分析

孙彦坤, 张胤洲, 姚维杰, 叶京, 张峻搏, 潘小乐, 刘兰忠, 王自发, 程雪玲

中国环境科学. 2024, 44(6): 3492-3501.

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以浙江省金华市武义县大毛尖山为研究区域,开展复杂山地森林生态系统碳汇能力的观测研究,并利用涡动相关法在 2022 年 6 月~2023 年 5 月进行观测,经过数据质量控制和质量评价分析,得到 42%的优质 CO₂ 通量数据.结果表明,大毛尖山周边以针阔混交林为主,能量闭合度为 0.89,能够很好的代表站点通量情况.CO₂ 通量在日尺度上均表现为 U 型变化,范围为-1.20~0.89mgCO₂/(m²·s).四季碳汇能力强弱依次为,夏季、春季、秋季、冬季;各月份净生态系统碳交换量(NEE)均为负值,整体表现为碳汇.CO₂ 通量与气象因子中的空气温度呈负相关,相对湿度和平均风速正相关,夜间因呼吸作用产生的 CO₂ 通量与土壤温度正相关.本研究初步解释了大毛尖山森林生态系统的碳汇特征.

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生物质多孔炭特征构建及对N₂O吸附可行性分析

王佳颖, 刘峥, 张晶, 梁柳玲

中国环境科学. 2024, 44(6): 3502-3516.

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针对N₂O的排放现状和原因,在生物炭对农业土壤中N₂O的排放控制的应用研究进行了总结.分析了多孔炭的物理化学性质对N₂O吸附的关键作用,重点论述不同制备条件对生物质多孔炭理化性质的影响.其中含木质素较高的生物质原料在高温热解后更容易形成微孔结构,在不同温度(400℃~ 1000℃)和生物质前驱体的条件下,多孔炭的比表面积和微孔容积最高分别可达2979m²/g和1.130cm³/g.此外,使用活化剂及杂原子掺杂剂的方式可以改变生物质多孔炭的表面极性、酸碱性、亲疏水性等的化学性质,并增加表面官能团种类,从而通过增强化学吸附作用进一步提高生物质多孔炭的吸附容量.最后,根据生物质多孔炭的特点,从吸附容量、可再生性和选择性等三个方面分析了生物质多孔炭吸附富集N₂O的可行性.最后,根据生物质多孔炭的特点,从吸附容量、可再生性和选择性等三个方面分析了生物质多孔炭吸附富集N₂O的可行性,为生物质多孔炭对N₂O气体吸附控制应用提供了科学依据.

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碳中和情景下人为排放对全球对流层臭氧的影响研究

王欣玥, 张佳蕾, 侯雪伟, 吴儒鸿

中国环境科学. 2024, 44(6): 3517-3530.

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本文采用地球系统模式,以未来碳中和排放清单和平流层示踪物O₃S为基础,揭示了未来对流层O₃及其前体物的变化特征及成因.研究结果表明:碳中和排放情景下,特别在冬春季节,全球范围内的NO_x人为排放和飞机排放量均显著降低,这使得近地面NO_x浓度随之降低.NO_x作为对流层O₃的重要前体物之一,其浓度的剧烈减少使得近地层O₃浓度显著降低,但在中国东部地区,由于NO对O₃滴定作用的减弱,最终使得冬季近地面O₃呈现增加趋势;垂直方向上O₃浓度减少最为显著的区域集中在对流层顶附近,减少量达26×10^-9以上,且夏季最为显著,这主要与飞机排放减少导致的平流层O₃浓度降低有关.碳中和排放情景下平流层入侵对全球近地面O₃的平均贡献减少量在冬季最高,为1.7×10^-9,夏季最低,为0.9×10^-9;北半球平流层入侵贡献减少量最显著区域集中在高纬地区,达4×10^-9.垂直方向上,平流层入侵贡献减少量随高度增加,在对流层上层,平流层的贡献量降低高达24×10^-9以上,且冬季最强.总之,碳中和排放情景下地表人为排放及飞机排放的改变对全球O₃污染有很好的减轻作用,平流层贡献量的降低对未来O₃浓度的变化也有重要贡献.

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中国钢铁行业CO₂排放特征和减排路径研究——基于ARIMA-LEAP模型

陈浩, 胡静茹, 王寿兵, 张挺峰, 方锴

中国环境科学. 2024, 44(6): 3531-3543.

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为了消除对于未来粗钢、钢材以及生铁产量预测主观性,基于时间序列中的ARIMA模型,对未来相关产量进行客观预测,构建了中国钢铁行业ARIMA-LEAP模型,并以2020年为基准年,每5a为时间节点,研究了2020~2030年中国钢铁行业不同情景下全流程及各工序的CO₂排放情况.在技术进步中考虑了氢还原炼铁技术,在能源结构调整中考虑了发电方式调整,在此基础上分别设置了4种单一情景和4种组合情景来研究其减排潜力.结果表明,4种组合情景下的含有规模减排的3种组合情景CO₂减排潜力均高于单一情景.其中SUR+TER、SUR+STR和综合减排情景可以在2030年实现达峰,达峰年均为2021年,达峰时CO₂排放量分别为13.225亿t、13.359亿t和13.289亿t.单一情景中相较于基准情景CO₂减排量由高到低依次为:规模减排情景(SUR)、结构减排情景(STR)、技术减排情景(TAR),在2030年相对于基准情景的减排量分别为493.1Mt、247.8Mt以及105.1Mt.借助LEAP模型的能源核算以及CO₂排放核算功能,研究了综合减排情景下2020~2030年不同工序,不同能源的CO₂排量,其中CO₂排放较多的3个工序为炼铁、轧钢以及烧结工序,产生CO₂较多的4种能源为洗精煤、喷煤粉、电力以及焦炭,其中洗精煤CO₂排放量更是达到10Bt级,而其余3种能源也达到Bt级.确定了中国钢铁行业CO₂排放特征.对技术减排以及结构减排成本进行简单比较,制定中国钢铁行业CO₂减排路径.

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黄河流域城市群碳足迹及隐含碳转移研究

黄明辉, 李巍, 陆中桂, 康哲

中国环境科学. 2024, 44(6): 3544-3552.

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选择黄河流域5个国家级城市群合计71个城市构建了2017年环境扩展的MRIO模型,评估了包括化石能源燃烧、煤炭开采逃逸、农业非能源排放等3个来源的碳足迹,分析了城市群之间以及城市群内部城市、部门之间的隐含碳转移.结果表明:5个城市群碳足迹总计约2478.34Mt,其中化石能源燃烧贡献了86.42%,是碳足迹的主要来源,煤炭开采逃逸和农业非能源排放亦不容忽视,分别贡献了10.09%和3.49%.煤炭开采和洗选业、金属冶炼和压延加工业、电力热力的生产和供应业是碳足迹的重点部门,生产和消费两个视角下合计分别占总碳足迹的62.67%和36.77%.金属冶炼和压延加工业、电力热力的生产和供应业是隐含碳输出的关键部门,输出量合计占城市群内隐含碳转移量的51.43%,批发零售和住宿餐饮业是输入的关键部门,占比为26.79%,金属冶炼和压延加工业→批发零售和住宿餐饮业是隐含碳主要转移路径.碳足迹和隐含碳转出的重点城市多为资源消耗型、重化工产业占比较高的城市,如鄂尔多斯、滨州等.隐含碳转入的重点城市为维持自身发展需要消耗大量其他城市的产品,如青岛、呼和浩特等.碳足迹主要集中在“几”字弯都市圈、山东半岛和中原城市群,三者碳足迹合计占比在生产和消费视角下分别达到了85.89%和85.02%,“几”字弯都市圈是隐含碳输出最大的城市群,输出量约占城市群间转移量的40.68%,中原城市群是隐含碳输入最多的城市群,输入量约占42.24%.研究结果可为制定和完善黄河流域城市群控碳政策和降碳措施提供更充分合理的依据.

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