中国环境科学

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中国环境科学. 2025, 45(3): 0-0.

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GOSAT与TROPOMI的甲烷柱浓度(XCH₄)对比分析

曹钰, 李如仁, 张慧芳, 李会亚, 方君君, 陈报章

中国环境科学. 2025, 45(3): 1185-1197.

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甲烷(CH₄)作为大气中主要的温室气体,其空间分布特征是气候研究的主要内容.然而,多源卫星观测的甲烷柱浓度(XCH₄)数据之间存在差异,对这些差异的系统评估有助于提高其科学应用的准确性.本研究对2019年3月~2023年2月期间的温室气体观测卫星(GOSAT, Greenhouse Gases Observing Satellite)和对流层观测仪(TROPOMI, TROPOspheric Monitoring Instrument)所获得的XCH₄产品进行比较分析,并使用总碳柱观测网(TCCON, Total Carbon Column Observing Network)数据进行评估.结果表明,两颗卫星共同特征为:赤道附近XCH₄较高,向两极递减,北半球的XCH₄值普遍高于南半球;年际变化中,南半球的波动幅度较大,达到±15×10^-9;季节变化表现为夏季较低,冬季较高.差异特征为:TROPOMI的数据量是GOSAT的1300倍;GOSAT在北美和非洲的年均增长率(13.08×10^-9/a和13.92×10^-9/a)略低于TROPOMI(13.34×10^-9/a和14.12×10^-9/a),且南美的年际振幅(16.10×10^-9/a)较大;夏季两颗卫星的XCH₄差异最大,为-5.00×10^-9.经与TCCON数据验证分析显示:两颗卫星都具有较高的一致性,但也存在误差,具体而言TCCON与GOSAT和TROPOMI的差值分别为-7.61×10^-9 (南北半球分别为-4.59×10^-9和-4.63×10^-9)和-5.03×10^-9 (南北半球分别为-6.70×10^-9和0.18×10^-9).

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海陆风对环珠江口地区臭氧污染的影响

麦健华, 于玲玲, 邓涛, 吴道航, 倾鹏程, 余欣洋

中国环境科学. 2025, 45(3): 1198-1209.

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利用地面气象和空气质量观测数据及第五代欧洲中心大气再分析数据(ERA5),对2022年环珠江口地区在海陆风环流影响下的臭氧(O₃)污染特征进行研究.结果表明,环珠江口7市2022年海陆风日天数在40~64d,海陆风日主要集中在春季及秋季.区域海陆风日各市平均O₃日最大8h滑动平均浓度(O₃-8h)中位数及超标率分别为141μg/m³和38%,非海陆风日仅为74μg/m³和11%.海陆风环流对珠江口西岸的珠海、中山、江门三市O₃污染影响最大,3市海陆风日O₃-8h相比非海陆风日分别偏高26%、41%和29%.海陆风环流使珠中江地区O₃峰值浓度的出现时间比非海陆风日平均偏晚0.5h,平均峰值浓度偏高29%.当海风在17:00或18:00首次出现,该时次O₃小时增长率为正增长的比例分别达72%和41%,平均增长率比非海陆风日分别偏高5%和7%,但海风出现1h后O₃小时增长率明显下降.珠中江地区海陆风日平均回流指数(RF)比北风日和南风日偏低39%,陆风转海风时段平均RF比陆风及海风时段分别偏低14%和15%,海陆风超标日平均RF比非海陆风超标日偏低28%,海陆风环流使大气扩散能力减弱,因此O₃污染比非海陆风日更趋严重.

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霾过程气溶胶吸湿参数变化的多因素影响分析

米家媛, 邓也, 李昕翼, 佟景哲, 李娜, 倪长健

中国环境科学. 2025, 45(3): 1210-1217.

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基于成都市2017年10~12月的逐时观测数据,以及该时段同时次大气能见度(V)、相对湿度(RH)和二氧化氮(NO₂)监测资料,通过耦合免疫进化算法和Mie散射理论反演气溶胶粒径吸湿增长因子(Gf).利用κ-köhler理论计算气溶胶吸湿参数κ,分析了霾过程气溶胶吸湿参数κ的变化特征及其影响因素.结果表明:轻微、轻度、中度和重度霾强度条件下,气溶胶吸湿参数κ分别为(0.142±0.092)、(0.149±0.088)、(0.191±0.061)和(0.200±0.041).气溶胶吸湿参数κ的解释变量集包括C_BC, C_BC/C_PM_2.5, C_PM1/C_PM_2.5和C_PM_2.5/C_PM₁₀(C_BC、C_PM₁、C_PM_2.5、C_PM₁₀分别为BC、PM₁、PM_2.5、PM₁₀的质量浓度),各变量对气溶胶吸湿参数κ的解释能力随霾强度的变化存在显著的差异.多因素GAM模型可以很好地表征气溶胶吸湿参数κ的变化特征(通过了α=0.01的显著性检验),在轻微、轻度、中度和重度霾条件下,对应的调整判定系数(R²)分别为0.303、0.488、0.504、0.631,压轴回归决定系数(R²)分别为0.327、0.517、0.558、0.739,残差平方和(RSS)分别为1.448、0.721、0.209、0.025.上述成果揭示了气溶胶吸湿参数κ多因素影响的复杂性及其与灰霾演化的内在联系.

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中国水稻甲烷排放空间格局演变与技术减缓潜力分析

李思琪, 华而实, 陈敏鹏

中国环境科学. 2025, 45(3): 1218-1230.

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基于清单模型估算了1980~2060年县域水稻种植甲烷排放量和单位稻谷产量甲烷的排放强度,分析了常规技术情景(TP)和极限技术情景(MTP)下的减缓潜力.结果表明,1980~2020年中国水稻甲烷排放量先降后升,2020年比1980年下降19%,同时排放强度下降46%.到2060年,与基准(BAU)情景相比, TP和MTP情景下的甲烷排放量分别减排26%和70%, 排放强度分别降低26%和68%.1980~2020年中国县域水稻种植甲烷排放量和排放强度空间分布格局发生了明显变化,水稻种植甲烷排放量的重心向东北移动347km,排放强度的重心向东南移动411km.湖南、湖北和江西等南方地区县域水稻种植甲烷排放量和排放强度均呈下降趋势;新疆、山东和河南等原排放强度较高的地区,水稻种植逐渐被替代,排放强度降低;东北地区甲烷排放量虽有增加,但排放强度始终保持在较低水平.未来情景显示,稻田水分管理减缓潜力最大,对总减缓潜力的贡献率超过60%.高减缓潜力主要分布在排放量大的区域,例如,湖南、湖北、江西、黑龙江和广东等地区,其平均减缓潜力是其他地区的两倍.

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基于CNN-Transformer融合框架的柴油车氨排放预测方法

白晓鑫, 郭向阳, 吴春玲, 王凤滨, 李旭, 刘卫林

中国环境科学. 2025, 45(3): 1231-1240.

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本研究提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和Transformer融合框架的柴油车NH₃排放预测模型.该模型充分结合了CNN的局部特征提取能力和Transformer的全局依赖关注能力,实现了对实际行驶条件下柴油车NH₃排放的高精度预测.研究以一辆N₃类柴油车的实际道路排放测试数据为基础,采用Pearson相关系数法进行特征筛选,并利用贝叶斯优化算法对模型关键超参数进行调整,以提升模型性能.此外,应用SHAP算法量化了影响NH₃排放的关键因素.结果表明,所提模型在独立数据集上能够高精度预测柴油车实际道路行驶中的NH₃浓度排放,其预测的NH₃浓度与实际测量值的R²、平均绝对误差(MAE)和均方误差(MSE)分别达到0.986、0.663和2.285,预测性能显著优于传统的随机森林(RF)模型、长短期记忆(LSTM)神经网络模型以及Transformer模型.研究为在用柴油车NH₃排放监测提供了一种高效可靠的方法,同时为深入理解影响柴油车实际道路NH₃排放的关键因素提供了新的研究思路.

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EPD系统对不同类别小分子量PAHs的响应分析

白芷瑄, 闫业宇, 吉建涛, 金宝丹, 刘叶, 杜京京, 王兰

中国环境科学. 2025, 45(3): 1241-1250.

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为了探究内源短程反硝化(EPD)系统对不同种类小分子量多环芳烃(PAHs)的耐受性,同时探索提高EPD系统抗冲击能力的方法,首先采用20mg/LPAHs(菲、蒽)分别驯化EPD系统,再通过批次实验向驯化的EPD系统中加入0~80mg/L其他种类的PAHs(蒽、菲、萘)分析驯化的EPD系统对不同种类PAHs的耐受性机理.结果表明,EPD系统在菲和蒽胁迫下,保持了高达86%的NO₂⁻-N积累率和50%的PO₄^3--P去除能力.蒽系统中的微生物分泌出更多的胞外聚合物来保护自身,而菲系统富集了更多的PAH-RHDGNF/R和PAH-RHD GPF/R基因来提高对PAHs的耐受性.菲和蒽的引入显著富集了反硝化聚糖菌和反硝化聚磷菌.经菲驯化的EPD系统反硝化菌活性为(167.429±2.321)mgN/(gVSS×h),且在萘和蒽的胁迫下仍保持良好的除磷能力,经蒽驯化的EPD系统,在萘和菲的胁迫下保持高NO₂⁻-N积累能力,且反硝化菌活性为(220.137±0.575)mgN/(gVSS×h).本研究为EPD系统对于小分子量PAHs耐受性以及通过技术手段提高系统抗冲击能力提供理论支持,对于优化EPD系统在污水处理中的运行效果具有显著意义.

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碳氮掺杂Mn₃O₄催化臭氧氧化降解水中2,3-二甲基吡嗪

陈怡, 何银宁, 汪达, 宋爽, 马军

中国环境科学. 2025, 45(3): 1251-1259.

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合成了碳氮负载Mn₃O₄(Mn₃O₄-CN)复合材料作为臭氧催化剂用于降解废水中的2,3-二甲基吡嗪,考察了不同臭氧投量催化剂投量、pH值与温度下催化臭氧氧化水中2,3-二甲基吡嗪的效果.结果表明,在臭氧投量为3mg/L,催化剂投量为0.02g/L,pH =7,温度为10℃的条件下,20min内污染物的降解率达到100%.采用扫描电镜,X射线光电子能谱,X射线衍射等手段对材料进行表征分析,证实Mn₃O₄-CN中Mn₃O₄与CN发生键合,Mn价态为+2价与+3价的混合,证明Mn₃O₄-CN表面羟基基团与氧空位是主要活性位点,^•OH是主要活性氧物种;循环实验表明Mn₃O₄-CN具有良好的稳定性与重复利用性.

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金属多酚改性光催化膜原位去除水中四环素

侯俊, 徐晓, 杨佳霖, 赵骁, 杨梓俊

中国环境科学. 2025, 45(3): 1260-1271.

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通过层层自组装的方法,以聚偏二氟乙烯(PVDF)膜为基底,制备了金属多酚改性TiO₂光催化膜((TA-Fe³⁺)/TiO₂-PVDF),并搭建了一套原位光催化膜过滤系统以降解水中四环素.采用SEM、EDS、XRD、FTIR和接触角测量仪对光催化膜的结构进行了表征,表征结果均证明了(TA-Fe³⁺)/TiO₂的成功涂覆,且膜表面亲水性增强;选取四环素作为抗生素代表进行降解性能研究,在低剂量(50mg/L)过一硫酸盐(PMS),跨膜压5kPa,可见光光照强度250mW/cm²,运行过程1h中,四环素降解率始终保持80%,四环素平均去除速率7.34g/h,水通量较原始PVDF膜仅下降6%,适用于中性和弱酸性条件,基本不受水体中常见离子和天然有机物的影响;最后,通过活性物种捕获试验和EPR探究了(TA-Fe³⁺)/TiO₂-PVDF膜降解四环素的机理,发现光催化与PMS氧化协同产生的¹O₂、h⁺、O₂^-·和SO₄^·-为主要活性物种,并通过自由基和非自由基途径降解四环素.

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Fe(Ⅲ)联合过氧乙酸降解水中土霉素

胡虹, 潘承欢, 刘义青

中国环境科学. 2025, 45(3): 1272-1279.

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考察了Fe(Ⅲ)/过氧乙酸(PAA)体系对土霉素(OTC)的降解效能与机理,以及初始pH值、药剂投加量、水体基质对OTC降解的影响.结果表明:Fe(Ⅲ)/PAA体系降解OTC过程中,Fe(Ⅲ)与OTC发生络合形成Fe(Ⅲ)-OTC络合物,该络合物通过内部电子转移使Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),生成的Fe(Ⅱ)催化PAA产生活性物种,从而加快了OTC的降解.化学探针和自由基淬灭实验结果表明,有机自由基(CH₃C(O)O^•和CH₃C(O)OO^•)、HO^•和Fe(Ⅳ)为该体系的主要活性物种.酸性条件有利于该体系对OTC的降解,在中性及弱碱性条件下,OTC在该体系中的去除主要是由于PAA氧化作用.随着PAA、Fe(Ⅲ)投加量的提高,OTC的去除效率逐渐增加,但是其过量则会抑制OTC降解.水中Cl^-和天然有机物的存在会抑制OTC的降解,而NO₃^-、SO₄^2-和HCO₃^-对OTC的降解几乎没有影响.Fe(Ⅲ)/PAA体系对其他四环素类污染物也有较好的处理效果.

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聚氯乙烯超滤膜对臭氧的耐受性研究:与聚偏氟乙烯膜的对比

黄镇, 李凯, 万琪琪, 潘名宾, 胡灵琦, 文刚

中国环境科学. 2025, 45(3): 1280-1289.

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为探明高分子超滤膜对于臭氧的耐受机制,以聚氯乙烯(PVC)膜与聚偏氟乙烯(PVDF)膜为代表,通过模拟0.5年的0.1mg/L臭氧暴露的浸泡实验,系统评估臭氧对膜透水能力、污染物截留能力及机械性能的影响,并分析化学性质变化.结果显示,PVC膜在36h臭氧作用下,透水率显著提升,最高达新膜的4倍以上,对腐殖酸(HA)的截留能力下降约27.6%,且透水与截留性能随暴露时间延长持续下降.PVDF膜初始阶段透水率提升更显著,老化36h后HA截留性能降低了40.2%左右,且性能在老化1h后就趋于稳定.臭氧老化导致两种膜的亲水性减弱,但PVC膜亲水性下降幅度较小,显示出其在保持亲水特性方面的相对优势.膜结构机理分析表明,臭氧主要通过氧化并导致亲水添加剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的流失而损伤膜性能,膜基质本身保持完整,SEM观察亦证实了这一点.老化后两膜的机械性能均有所下降,但PVDF膜展现出相对较高的机械强度.综合比较PVC、PVDF膜的抗臭氧能力,从截留、抗污染、亲水及机械性能综合考量,PVC在抗臭氧老化方面具有相对优势,PVDF次之,.这些发现为高分子超滤膜在含臭氧水处理环境中的应用与优化提供了实验依据与理论参考.

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钙离子浓度响应下的微细气泡强化混凝机制

李春波, 黄晓江, 李萍, 赵子昂, 张志强, 卢金锁

中国环境科学. 2025, 45(3): 1290-1297.

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为进一步补充微细气泡共混凝工艺强化混凝效能机制及该工艺的工程应用潜力,本文探究了钙离子(Ca²⁺)浓度响应对微细气泡共混凝工艺强化去除腐殖酸(HA)的影响.研究结果表明,不同钙离子浓度响应下的微细气泡可以强化HA的去除效果,但不同循环时间下强化效果有所不同.当微细气泡循环时间恒定为1min时,混凝过程中微细气泡的参与可以通过强制聚合氯化铝(PACl)水解,提升溶液电位至等电点位以及促进HA与Ca²⁺之间的络合作用来强化HA的去除效能,且HA的去除效能随着Ca²⁺浓度升高而升高,最高可相较于没有微细气泡存在时的常规混凝工艺提升约42%.此外,随着微细气泡循环时间的延长,溶液Zeta电位逐渐提升,影响了HA的强化去除效能.上述研究结论为微细气泡强化混凝工艺应用于工程实践提供了数据支持与理论支撑.

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可见光协同CuO高效活化过二硫酸盐降解四环素

李世嘉, 庞尔楠

中国环境科学. 2025, 45(3): 1298-1307.

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基于CuO活化过二硫酸盐(PDS)的高级氧化技术已成为降解有机污染物的有效策略之一,但仍存在活化PDS效率较低、CuO比表面积小和Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)转换效率低等问题,本文采用低温水热-煅烧两步法成功制备了具有高催化活性和大比表面积(32.8m²/g)的片状氧化铜(CCB-300).通过X射线粉末衍射仪(XRD)、比表面及孔径分析仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等表征分析了CCB-300的晶体结构、形貌和元素组成等理化性质.研究其在可见光(Vis)协同作用下活化PDS降解四环素(TC)的性能.在不调整初始pH值、催化剂用量为0.05g/L、PDS浓度为0.5mmol/L、TC浓度为50mg/L条件下,反应60min后TC去除率达到96.9%.电子顺磁共振谱(EPR)和自由基淬灭实验表明非自由基途径产生的¹O₂和自由基途径生成的SO₄^·- 和·OH均参与了降解反应.紫外可见漫反射光谱及光电化学测试结果表明CCB-300具有优异的可见光吸收能力和电荷传输性能,在可见光激发下产生的光生电子加速了Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)的氧化还原循环,促进了PDS向SO₄^·- 和·OH的转化,从而进一步提高其降解TC的效率.重复性实验结果表明CCB-300具有较好的重复使用性和稳定性.最后,提出了CCB-300协同可见光活化PDS降解TC的可能反应机理.本研究为可见光协同非均相催化剂活化过硫酸盐降解四环素类抗生素提供一种新的方法和思路.

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锆铝等双金属改性生物炭同步去除水中As(V)和F

宋振, 罗艳丽, 王美娟, 何佳乐, 张千, 解新哲

中国环境科学. 2025, 45(3): 1308-1320.

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针对水体中砷(As)、氟(F)浓度超标,复合污染难处理,造成水污染和难以灌溉利用等问题,本文制备了锆铝等双金属改性生物炭,研究其对水中As和F的吸附效果和吸附机制.研究探索了初始浓度、吸附时间、pH值、共存离子等因素对吸附的影响,并结合扫描电镜、比表面积仪、红外光谱、X射线等技术对材料进行表征和分析.结果表明:锆铝双金属改性生物炭(ZA-BC)是孔隙结构优良的介孔型生物炭,能在6h内快速吸附水中As、F离子.当初始As、F浓度为1和5mg/L,炭投加量为1g/L时,对As、F的去除率可达98.7%和95.2%. ZA-BC对As、F的最优吸附pH值为4~5,零电荷点pH=9.1,具有较宽的pH值使用范围4.0~9.1,其等温吸附符合Langmuir模型,动力学吸附符合拟二级动力学模型,对As、F的最大吸附容量为19.62和28.70mg/g,CO₃^2-是对吸附效果影响最大的共存离子.ZA-BC对As的吸附机制主要为静电引力和表面络合,对F的吸附机制主要为静电引力和离子交换.羟基(-OH)是吸附过程中起关键作用的物质,金属改性可为炭表面新增大量金属羟基(M-OH),M-OH可通过络合作用和离子交换作用对As、F进行化学固定.各种综合性测试表明, ZA-BC是一种很有前途的去除水中As、F的吸附材料.

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生物成因次生铁矿物催化类芬顿反应降解氟苯尼考

宋永伟, 邓茹月, 覃琦露, 郭泽浩, 罗浩伟, 杨俊, 申祖武

中国环境科学. 2025, 45(3): 1321-1332.

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以氟苯尼考(FFC)为目标污染物,嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A. ferrooxidans)介导合成施氏矿物和黄钾铁矾作为催化剂,研究催化类芬顿反应降解FFC效果.首先通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)、比表面积(BET)对两种矿物进行表征,接着研究矿物投加量、H₂O₂浓度、pH值和温度4个关键变量对催化类芬顿反应降解FFC的影响,最后分析FFC降解机理并检验矿物重复利用性能.结果表明,生物合成施氏矿物和黄钾铁矾平均粒径分别约为2.5和5.0μm,黄钾铁矾团聚现象更明显;施氏矿物和黄钾铁矾比表面积分别为116.67m²/g和87.52m²/g,总孔体积分别为0.098和0.065cm³/g,平均孔径分别为2.986和2.867nm.矿物投加量的增加有助于提高FFC催化降解效率;FFC降解效率随着H₂O₂浓度的增加呈先增后减趋势;酸性和高温条件更有利于FFC的催化降解.在矿物投加量10g/L,H₂O₂浓度200mg/L,pH值3.00,温度36℃的共同实验条件下,结合液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)测试结果,推断两种矿物催化降解FFC机理如下:矿物将H₂O₂吸附在表面,催化其分解产生·OH,·OH氧化FFC为中间产物,最终氧化为无机物.类芬顿反应过程中共检测到6种中间产物,包括含有苯环、酰胺基团或胺基团的醇类、醛类或羧酸类小分子有机物,以及甲基苯基砜.经循环利用10次后,两种矿物的晶型和官能团没有发生明显改变,具有良好的稳定性.

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低碳氮比进水反硝化生物滤池亚硝积累成因

王慰, 刘锟, 贺赟, 鲍方博, 王刚, 许骐, 李魁晓

中国环境科学. 2025, 45(3): 1333-1340.

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针对再生水厂反硝化生物滤池出水亚硝酸盐累积的现象,调研了4座再生水厂反硝化滤池单元出水亚硝酸盐积累情况,选取G(存在亚硝酸盐积累)、W(无亚硝酸盐积累)两座再生水厂反硝化滤池工艺单元为研究对象,探究了低碳氮比进水条件下亚硝酸盐积累的成因.结果表明,滤池的反洗周期、方式等运行参数对亚硝酸盐积累基本无影响; G厂与W厂的比污泥反硝化速率分别为0.51和0.92mgNO₃/(mgVSS·d), G厂滤池出水亚硝酸盐积累是由于滤池微生物反硝化能力弱,反硝化过程中存在硝酸盐氮时,G厂污泥亚硝还原速率比W厂低75%,更容易产生亚硝酸盐积累.当G厂污泥生物量提高至W厂浓度的2倍时,最大亚硝酸盐反硝化速率仍无法达到W厂的水平,故生物量不是G厂产生亚硝酸盐积累的主要原因.微生物群落结构分析结果表明,W厂滤池中甲基营养菌属Methylotenera的丰度比G厂高12.9%.反硝化过程主要由利用甲基类型营养的反硝化菌完成,是产生亚硝酸盐积累与否的原因,无需考虑利用其他类型有机物的菌种对亚硝酸盐积累带来的影响.

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水钠锰矿界面铁矿物形成对Sb迁移转化的影响

李婉霞, 陈梅青, 刘奕安, 吴平霄

中国环境科学. 2025, 45(3): 1341-1350.

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本文系统地研究了水钠锰矿(MnO₂)界面铁矿物的形成对锑(Sb)环境行为的影响.在得到的Fe-Mn二元氧化物(Fe-MnO₂)上发现了许多颗粒物和丰富的孔结构. HRTEM和XRD分析表明,锚定在MnO₂上的颗粒物为水铁矿.在MnO₂中形成的铁矿物增强了对Sb(III)和Sb(V)的吸附性能. Fe-MnO₂对Sb(III)和Sb(V)的吸附量分别为397.4,247.7mg/g,远高于MnO₂对Sb(III)和Sb(V)的固定化吸附量(342.0,71.8mg/g).化学键络合是Sb(III)和Sb(V)固定化的主要机制.静电吸附在Sb(V)的固定化中起着重要作用.水铁矿显著降低了Sb的迁移率. MnO₂在Sb(III)向Sb(V)的转化中发挥了关键的氧化作用.本研究不仅揭示了Fe-Mn二元氧化物的形成机制,而且有助于进一步认识Sb在环境中的迁移和转化行为.

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基于改进综合水质标识指数法的邛海水质评价

方佳卉, 徐力刚, 蒋名亮, 杨军, 李超凡, 肖克彦, 李国祥

中国环境科学. 2025, 45(3): 1351-1363.

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本文通过对传统的综合水质标识指数(CWQI)模型进行优化,建立了同时考虑主观权重和客观权重的基于博弈论的改进的综合水质标识指数(ICWQI_G)模型和考虑权重时间动态的分阶段组合权重的综合水质标识指数(ICWQI_P)模型,并以邛海作为案例依托,选取2020~2023年不同水期11个样点的水质监测数据,使用ICWQI_G和ICWQI_P模型科学评估了邛海水质状况,验证了改进综合水质标识指数法的科学性.研究结果表明,与传统的CWQI模型相比,改进后的ICWQI_G和ICWQI_P模型都考虑了TP超标的因素,评价结果更符合研究区域的实际水质情况,并且可以敏锐的识别出更多的污染风险区域与污染程度较严重的水体.ICWQI_P采用阶段性权重代替统一权重,能够补偿降水等因素影响的水质指标权重,可以更好地辨识出不同时期影响水质的关键环境变量,得到更准确合理的结果.同时,基于改进的综合水质标识指数法发现, 2023年邛海水质劣于2020~2022年,并且邛海水质指标空间差异性显著,西北部湖区的污染程度高于东部和南部湖区.本文改进的ICWQI_G和ICWQI_P模型在邛海水质评价中表现了更好的合理性,可为邛海水生态环境精细化管理提供理论支撑,对其他类似水体的水质评价工作具有重要的参考价值.

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液相循环对制糖固废共水热碳化影响机制研究

陈思思, 薛宇阳, 唐兴颖, 王智洁, 张莹莹, 钱黎黎, 李尚泽, 王英辉

中国环境科学. 2025, 45(3): 1364-1374.

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本研究以糖厂滤泥和甘蔗渣为原料,在240℃-60min-质量比5:1条件下共水热碳化,研究液相循环对共水热碳化固液相产物影响,并探究其反应路径.结果表明,液相循环促进了共水热碳化的反应进程,水热炭性质明显改善.随着液相循环进行,水热炭产率和高热值(HHV)大幅提高,灰分含量显著降低,其表面微球结构数量增多,第二次循环后水热炭获得最大比表面积31.2m²/g,基团CH_X,C-C/C=C和-C-OR/-C-NR含量呈上升趋势,而C=O/C=N和-COOR含量明显减少;液相产物中有机酸和酮类含量增多,芳香族化合物从0.31%增加到13.75%,碳氢化合物、酰胺类和酯类减少.液相循环下,有机酸积累形成的酸性环境催化了水解等反应的发生,并促进美拉德反应的进行,有效提高水热炭的芳构化程度,有利于强化水热炭表面的含氧官能团,使其提供更多的化学位点,赋予了水热炭更优异的吸附性能,提高其土地利用潜力.

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典型抗生素菌渣厌氧发酵性能和物料转化特性

任建军, 朱李霞, 尹冬敏, 毛洪刚, 呼和涛力, 牛东泽, 李春雨, 唐睿, 夏禧龙

中国环境科学. 2025, 45(3): 1375-1384.

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为探究抗生素菌渣(Antibiotic fermentation residue, AFR)作为单一底物厌氧资源化利用的可行性,以经过脱抗处理的红霉素菌渣(EFR),头孢菌素菌渣(CFR)和青霉素菌渣(PFR)3种典型的大宗AFR为原料,开展中温((35±1)℃)条件下的产甲烷潜能和动力学试验,探究不同抗生素菌渣厌氧发酵的基本特性.通过原料组成,物料平衡及相关性分析等解析不同菌渣厌氧甲烷发酵的共性与特征.研究结果表明,EFR具有最高的产甲烷潜能,约为226mL/g VS,比CFR和PFR分别高27.0%和20.2%.不同菌渣在厌氧发酵中表现出明显的动力学特性和代谢活动差异,PFR具有最大的产沼气速率为13.2mL/(g VS·d).EFR具有明显的两阶段特征,一级动力学常数K₁和K₂分别为0.0336和0.2012d^-1.物料衡算验证了实验结果的可靠性,难溶性物质剩余量对厌氧系统的启动和稳定性具有重要影响.结合相关性分析,菌渣的SCOD/TCOD、C/N、蛋白质及脂肪含量等指标是评估其在厌氧发酵中性能的重要参数,说明优化菌渣特性可提高发酵效率.经脱抗处理的抗生素菌渣可作为厌氧发酵的单一基质,为菌渣的资源化处理提供了新的方案.

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改进灌注方式下MICP固化尾矿中重金属形态特征及风险评价

汤禹, 付俊, 陈安, 周罕, 张宇, 罗磊

中国环境科学. 2025, 45(3): 1385-1394.

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探讨了改进灌注方式下微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术在固化重金属中的应用.以巴氏芽孢杆菌为脲酶工程菌,通过卵石充填铁丝网构建的直径0.5cm通道灌注方式修复工业固废尾矿,研究了尾矿中重金属迁移规律及MICP固化机理,并进行了风险评价.结果表明:MICP处理后,尾矿中Cu、Pb、Cd的迁移率(MF)显著降低,分别下降78.94%、61.88%、64.06%;碳酸钙生成填充了尾矿模型箱,显著提高了Cu、Pb、Cd的残渣态(76.43%~92.48%),Cu、Cd和Pb均从极高风险降低为中等风险,极大降低了尾矿的污染风险等级.改进灌注方式通过增加菌液扩散通道,提高了菌液与尾矿的接触效率,促进了碳酸钙的快速沉淀与固化,确保了尾矿中均匀渗透并避免固化不均.此研究为MICP技术在治理重金属污染中的工程应用提供了参考依据.

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生物炭修复塑料-镉复合污染土壤潜力与机制

曹艳晓, 陈诺, 徐鑫宇, 赵梦洁, 杨江秀, 吴俊锋, 李鸿鹄, 张敬东

中国环境科学. 2025, 45(3): 1395-1409.

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通过120d的土壤培养试验,探究了稻壳生物炭对聚丙烯微/大塑料-镉(Cd)复合污染土壤的改良作用及其对Cd的固定效果.结果表明,与对照组相比,生物炭处理显著提升了塑料-Cd复合污染土壤的pH值,并增加了7%塑料-Cd复合污染土壤的DOC含量.此外,生物炭可以促使颗粒态有机质和矿物组分中的Cd从活化态向稳定态转化,有效降低复合污染土壤中生物可利用态Cd含量及Cd有效态占比.与对照组相比,生物炭处理使微塑料-Cd复合污染土壤中可利用态Cd含量减少7.58%~19.71%,Cd有效态占比降低20.23%~30.83%;在大塑料-Cd复合污染土壤中,相应指标的降幅分别为23.80%~28.19%和21.63%~22.74%.其中,微塑料的浓度与生物可利用态Cd含量呈正相关,而大塑料的浓度对其无显著影响.研究结果揭示,稻壳生物炭通过改良土壤性质、调控Cd在土壤固体组分间的迁移转化和吸附固定Cd,有效缓解了塑料-Cd复合污染对土壤的不良影响.

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载氧生物炭对水稻土中氮转化及砷迁移的影响

丁一淇, 黄邓铃尧, 唐炳然, 粟思橙, 谢正权, 何强, 李宏

中国环境科学. 2025, 45(3): 1410-1421.

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构建了室内实验体系,研究了添加载氧生物炭对水稻土中氮和砷行为的影响,并分析了载氧生物炭对水稻土-水稻体系砷迁移的阻控效应.结果表明,添加载氧核桃壳炭降低了水稻土间隙水pH值、减缓了DO的下降并改善了Eh.在氮转化方面,载氧核桃壳炭显著提高了水稻土amoA基因的绝对丰度(P<0.05)从而促进了硝化过程,并通过减少氧化亚氮的释放减缓了总氮的流失.在砷迁移方面,载氧核桃壳炭组与核桃壳炭组中水稻土As(III)含量占比在实验结束时分别为42.6%与51.9%,均显著低于对照组(90.2%) (P<0.05).载氧生物炭添加组水稻株高和分蘖数明显升高,水稻根部铁斑块As保留量浓度最高达18.4mg/kg,为对照组的4.2倍,同时载氧核桃壳炭组水稻中砷含量较对照组降低46.3%,这表明载氧生物炭增加了水稻根系的铁斑块浓度,使得更多砷被根系固定,减轻了水稻中砷的积累.研究结果为生物炭对水稻土中氮流失及水稻中砷的阻控提供了新的思路.

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煤矸石回填塌陷区重金属淋溶迁移时空规律

冯印成, 赵康, 田向勤, 马超, 聂晶磊, 胡华龙

中国环境科学. 2025, 45(3): 1422-1430.

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以陕西省某市煤矸石回填塌陷区协同生态治理示范试验项目为例,探讨煤矸石作为塌陷区回填材料对回填区域环境污染风险,分析重金属淋溶迁移时空规律.利用Hydrus-1D模拟了回填区域煤矸石淋溶后的重金属在土壤中的迁移时空变化规律及过程,并通过土柱实验实测值与模拟值进行对比验证,得到其在不同时间段的入渗距离和在不同土层的浓度平衡时间关系.结果表明,建立的模型可有效模拟该回填区域重金属在土壤中的迁移变化规律;随着时间的推移,重金属淋溶浓度随着深度改变有所不同,为Cr(Ⅵ)=Pb>Ni>Hg,最大迁移距离分别为21.60,21.60,20.70和16.20m.在不同土层深度下,重金属的淋溶浓度大小为Pb>Cr(Ⅵ)>Ni>Hg,浓度趋势呈先快速升高后逐渐平缓的状态,均未超过限值,煤矸石回填塌陷区基本无环境污染影响.

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基于Meta分析的广东省农用地土壤重金属污染现状

黄国锋, 王中伟, 谢志宜, 刘军, 陈多宏

中国环境科学. 2025, 45(3): 1431-1443.

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通过回顾2010年来广东省农田土壤重金属实测数据,利用Meta分析,基于“平均浓度”、“采样点数”、“标准差”计算全省合并效应量.结果表明,广东省重金属中Pb(48.83mg/kg)、Hg(0.18mg/kg)在我国处于较高水平,可能受到工矿活动的影响.此外,采用亚组分析来探讨各地市空间分布以及不同种植制度的影响.各地市分布特征表明,在经济较为发达的珠江三角洲地区以及矿产资源较为丰富的地区含量较高,其中污染最为严重的地区包括佛山(As:18.32mg/kg、Cr:73.5mg/kg、Ni:35.4mg/kg)、韶关(Pb:86.61mg/kg)、深圳(Cd:0.51mg/kg)、梅州(Cu:61.1mg/kg)等,其中农田土壤Cd浓度与地区工业产值显著相关(r=0.77,P<0.01),同时也受到当地人口、能源消耗等区位因素影响.耕作制度亚组分析结果显示,菜地和稻田中富集Cd、Pb、Zn、Cr和Hg;果园、设施农业中富集Cu、Zn、As、Ni,这可能与不同耕作制度中土壤理化性质、施肥施药习惯以及地质背景有关.本研究提供了在全省范围内关于农田土壤重金属空间分布和种植制度的信息,对广东省农田土壤重金属污染管理控制策略具有重要意义.

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融合污染源解析的矿区土壤重金属空间建模

李世杰, 张晖, 冯徽徽, 王珍

中国环境科学. 2025, 45(3): 1444-1455.

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以某典型矿区为例,结合数理统计分析以及PMF源解析等手段,定性定量识别区域重点污染源及其贡献特征.在此基础上,筛选主导环境变量和最佳空间尺度,研究构建顾及污染源空间特征和主导环境因子的矿区土壤重金属空间模型.研究结果表明,研究区的重金属污染来源包括自然源、废气排放源、废渣排放源、废水排放源和交通源,综合贡献率分别为8.40%、9.55%、1.73%、55.37%、24.99%,大气沉降(q=0.113)和土壤淋溶(q=0.097)是主要的重金属输入和输出路径.不同建模策略的土壤重金属模拟结果差异较大,综合考虑污染源空间特征与环境变量的模型预测精度最高,其次为基于主导环境因素的模型,基于污染源空间特征的模型预测效果相对较差;在建模方法上,地理加权回归克里格(GWRK)模型在不同数据聚合下展现了较高的预测精度(mRadius=0.2916).本研究结果为扩展矿区土壤污染风险区识别的新思路提供了科学依据,强化了对土壤重金属污染影响因素与含量之间生态环境效应的认识,并为分区防治工作提供了有效的参考.

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土壤铁对厌氧砷氧化耦合硝酸盐还原过程的影响

牛汝苗, 杨光, 高一帆, 梁露予, 潘丹丹, 黄国勇, 李晓敏

中国环境科学. 2025, 45(3): 1456-1464.

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为探究土壤铁对厌氧砷氧化耦合硝酸盐还原过程的作用机制,选取土壤有机质含量相近但铁含量不同的两种稻田土壤,设置对照、+NO₃^-、+As(III)和+As(III)+NO₃^-处理开展厌氧培养实验,研究As/N/Fe及微生物群落的变化.结果表明,厌氧条件下硝酸盐还原驱动砷氧化过程,低铁和高铁土壤中砷氧化率分别为35.3%和43.0%,高铁土壤的磷酸提取态和草酸提取态砷占比显著高于低铁土壤;As(III)的存在减慢NO₃^-还原,减少NO₂^-和N₂O的积累,促进NH₄⁺的生成,高铁土壤的反硝化和异化硝酸盐还原产铵过程比低铁土壤快;硝酸盐和As(III)的存在降低土壤溶解态和吸附态Fe(II)的浓度,提高吸附态总铁的浓度,并改变微生物群落的组成和丰度,Bacillus、Clostridium和Planococcaceae在硝酸盐还原及砷氧化过程中占主导.因此,当土壤吸附态铁高时,能加速砷氧化耦合反硝化/异化硝酸盐还原产铵过程,并促进土壤铁氢氧化物对As(III)和As(V)的固定.上述研究发现可为淹水期稻田土壤砷转化的铁氮元素调控提供科学依据.

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不同曝气梯度对腐殖土中DOM的释放影响

陈毅强, 蒋栩, 侯俊, 苗令占

中国环境科学. 2025, 45(3): 1465-1473.

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为探讨不同曝气梯度对腐殖土中溶解性有机物(DOM)释放的影响,以揭示腐殖土释碳性能及其在污水处理中的应用潜力,本研究通过设置无曝气,低曝气,中曝气和高曝气4种梯度,开展600h的释碳实验,利用总有机碳(TOC)分析,三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)及紫外-可见光吸收光谱法,检测各时间点的释碳量及DOM组分变化.结果显示:曝气强度显著影响腐殖土的释碳量及周期,在中曝气量之前释碳量随曝气强度增加而增加,超过中曝气量后反而减少.曝气因素对芳香蛋白类物质I(C1)与富里酸物质(C3)的释放起到了促进效果,但是对这两种组分的促进强度与效果存在差异,曝气因素对芳香蛋白类物质Ⅱ(C2)与溶解性微生物代谢产物(C4)的释放起到了抑制效果,并且对这两种组分的抑制效果与强度同样存在差异.紫外-可见光吸收分析表明,腐殖土释碳过程中DOM的芳香性和腐殖化程度随时间增加.在600h的试验周期内,腐殖土释碳周期约为248h,较高的曝气强度有助于提高DOM的微生物利用率.

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太湖沉积物-水界面甲烷扩散通量时空变化特征

丁立飞, 李彤, 魏文欣, 姚恩亲, 钟继承, 袁和忠, 张雷

中国环境科学. 2025, 45(3): 1474-1482.

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为研究不同生态类型湖泊沉积物-水界面CH₄扩散通量,本研究对太湖进行了为期一年的观测,分析了其藻型区、草型区、开阔区间隙水CH₄含量和沉积物-水界面CH₄扩散通量.结果表明,太湖沉积物间隙水CH₄含量随着深度的增加而增大,开阔区CH₄含量明显低于其他区域,有机碳是影响CH₄含量时空变化的重要因素.藻型区、草型区、开阔区CH₄扩散通量分别为(122.56±32.18),(108.75±23.79),(3.36±0.60)μmol/(m²·d),开阔区CH₄扩散通量显著小于其他两个区域;春季和夏季的CH₄扩散通量显著高于冬季和秋季.CH₄扩散通量受CH₄含量和孔隙度影响显著.研究表明,蓝藻水华和水生植物生长显著增加了沉积物间隙水中CH₄含量和沉积物-水界面扩散通量.

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典型喀斯特水库水化学特征及水体营养状态影响因素研究

付陈乐, 康满春, 孟江槐, 刘佳, 刘流, 龙良红, 肖尚斌

中国环境科学. 2025, 45(3): 1483-1495.

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水库的水化学特征及营养状态是流域自然条件和人为作用的综合体现,本研究以小湾水库(XW)及丹江口水库(DJK)为研究对象,分析了喀斯特水库水体主要离子变化特征以及氮(N)、磷(P)营养盐的空间变化,解析了水体主要离子来源并分析了水库水体营养状态及其影响因素.结果表明:两水库水化学类型分别为HCO₃·SO₄-Ca型及HCO₃-Ca型,均受岩石风化作用控制,且均具有较高水平的人为输入SO₄^2-、NO₃^-;水库水体氮、磷主要以溶解态为主,水体无碳限制,但XW受氮限制,DJK受磷限制,水体营养状态均呈中营养水平;受喀斯特地区水化学背景及高风化速率的影响,C、N、P化学计量比为水体综合营养状态指数(TLI)的主要影响因素;水体在不同N、P限制条件下其营养状态的影响因子有所不同,而易受岩石风化、气候变化、人为输入等影响的C:P的值是控制水库水质的关键因素;基于水体氮、磷营养限制条件分析水化学特征、生源要素化学计量比等的影响,优化水体营养状态评价指标,为不同水文条件及功能作用下的喀斯特水库水体营养状态评价、水质管理提供依据.

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生物炭基缓释肥制备技术与农业应用的研究进展

李璐, 权蔚慈, 吴雨茜, 龚逸伟, 程红光

中国环境科学. 2025, 45(3): 1496-1506.

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传统肥料在土壤中易造成过量养分,通过地表径流、反硝化、挥发和沥滤导致的养分损失不仅危害环境,还会影响人类健康,开发能够提高养分利用效率并减少污染的肥料显得尤为重要.缓释肥料通过精确控制肥料中化学成分的释放为解决这一困境提供了有效的解决方案,尤其是生物炭基缓释肥料因其独特的性质逐渐受到关注.在制备和应用方面,研究了多种提高肥效的方法,包括共热解、浸渍、包埋、造粒等,并对养分负载和缓释机理进行了深入分析.近年来,对生物炭基缓释肥料的研究取得了显著进展,涵盖了原料选择、制备工艺及应用效果等方面,证明其能够有效提高养分利用效率并显著减少对环境的负面影响,但在实际应用中仍面临一些挑战,需要进一步优化制备工艺,以实现其大规模推广的可行性.

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大面积农业灌溉区含水层补给管理适宜性评估——以三江平原为例

李姝蓉, 杜新强, 冶雪艳, 方永军

中国环境科学. 2025, 45(3): 1507-1516.

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以三江平原为典型研究区,分析农业灌区含水层补给的优势及影响因素,选择地下水位埋藏深度、人工补给水源、包气带岩性、含水层特征、地形坡度、土地利用和土地覆盖作为主要影响要素,利用地理信息系统(GIS)和层次分析法(AHP)构建农业可管理的含水层补给(Ag-MAR)适宜评价体系.结果表明,三江平原适宜开展含水层补给的区域主要集中在东北部地下水位埋深较大的地区,而该地区密集的河网提供了充足的地表水资源.研究区的集中补给时间为10月中旬至11月初.该研究为地下水管理提供了科学依据,并提出了具体的补给建议,以解决地下水超采问题,确保农业生产和生态环境的可持续性.研究结果强调了Ag-MAR在促进农业地区可持续地下水管理实践方面的重要性,这一方法不仅适用于三江平原,也可推广至其他类似的农业灌区,丰富了水资源管理领域的理论研究.

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拉姆拉错土壤原生动物群落分布及其驱动因素

李明燕, 黄倩, 李天顺, 朱文琎, 廖紫星, 索南措, 普布

中国环境科学. 2025, 45(3): 1517-1528.

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为探讨拉姆拉错国家湿地公园土壤原生动物的群落结构及其构建机制,于2023年7月,根据拉姆拉错国家湿地公园地理及生境特征共设置了24个大样方,以"梅花五点采样法"共采集到120份土壤样品,使用"非淹没培养法"和"活体观察法"对土壤原生动物进行培养与形态学鉴定,定量研究采用"培养皿直接计数法".共鉴定出土壤原生动物175种,隶属12纲29目55科91属,以动鞭纲(Zoomastigophorea)为主,占总物种数的15.43%,太阳纲(Heliozoea)的物种数最少,仅占总物种数的1.14%.拉姆拉错国家湿地公园土壤原生动物群落α多样性在坡向间无显著性差异(P>0.05),低海拔、中海拔、高海拔的Shannon-Wiener多样性指数与Simpson优势度指数与超高海拔具有显著性差异(P<0.05).共现网络分析中,不同坡向与不同海拔土壤原生动物群落关系均以正相关为主;海拔、pH值、土壤含水量、土壤有机质、速效钾和植被覆盖度是影响土壤原生动物群落组成的主要土壤环境因子.本研究结果有助于评价和监测拉姆拉错国家湿地公园土壤环境质量的变化,为西藏地区土壤生态功能保护与可持续发展提供基础理论数据.

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人类-生态世进程中流域水环境的复合污染

宋朝晖, 关翔鸿, 田雨馨, 韦庚锐, 陈啊聪, 汝旋, 廖建波, 邱光磊, 韦朝海

中国环境科学. 2025, 45(3): 1529-1545.

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针对珠江10余年的数据跟踪调查,结合气候变暖、河流酸化的未来场景,模拟了未来80a营养元素比值和金属微量元素浓度的演变.发现未来自然水体可能存在3种重要变化:其一,碳源分配不足、营养素积累和生化效率下降;其二,酸化后的离子交换增强以及微量元素的背景浓度升高;其三,水质变化诱导的重金属和微量有毒有害有机物的共同释放、相态分配的异化以及污染源的多环反馈.水体中溶液性质受物理场驱动的变化表现为浓度共振与共归趋效应的同步发生,复合污染是水体物化性质变化的不可逆表现,带来了地质背景值基线的10a级的快速更新,对天然水体评价阈值的计算将需要时代性的特征加以校正.人类面临着新生的水环境问题可能包括自然变化引发的元素暴露与活性演变、连续性输入排放的水质结构矛盾以及即将到来生态世对物种的公平性要求.

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活性炭对铜绿微囊藻胞外有机物的吸附规律

孙凤, 吴磊, 叶硕, 邓鑫, 张朝阳, 王彤, 丛海兵

中国环境科学. 2025, 45(3): 1546-1555.

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重点考察了粉末活性炭对不同生长期铜绿微囊藻溶解性胞外有机物(EOM)的吸附去除效果,探究活性炭对不同时期铜绿微囊藻EOM特征性有机组分的去除率及吸附规律.结果发现,粉末活性炭对铜绿微囊藻EOM的有机组分协同去除率较低,仅为18.07%~34.85%,且对EOM中的不同物质组分呈现藻毒素>腐殖酸>蛋白质>多糖的明显吸附率差异.各物质组分在不同生长时期具有不同的易吸附型结构占比,因此导致不同时期吸附量也存在一定差异性.多糖中易吸附结构主要释放于对数期,蛋白质中易吸附结构多分泌于稳定期,藻毒素中多分泌于稳定期和衰亡期,而腐殖酸在各时期的结构类型占比差异并不显著.活性炭对铜绿微囊藻EOM的吸附过程遵循分子尺度选择吸附原则,以中低分子量物质为主,对高分子量物质吸附性极差,这也是导致活性炭对藻源污染物去除率低下的重要因素.本研究对于蓝藻爆发全周期藻源污染物的有效防控具有重要的科学意义.

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新疆生态系统服务与用水效率的耦合协调关系研究

滕伦, 张飞云, 李倩, 李建强, 马丽娜

中国环境科学. 2025, 45(3): 1556-1567.

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基于2005~2020年新疆土地利用和用水量等数据,测算并分析新疆生态系统服务与用水效率的耦合协调关系.结果表明:2005~2020年新疆食物生产呈明显增加趋势,其他各项生态系统服务变化不明显.2005~2020年新疆农业用水效率在0.649以上,且存在上升趋势(上升率0.023/a);生态用水效率以0.013/a的速率呈波动下降,且存在较为明显的区域差异;生活工业用水效率整体较高但变幅较小.2005~2020年生态系统服务与用水效率的耦合协调度变化明显.其中,食物生产和农业用水效率的耦合协调度以0.057/a的速率上升,到2020年达到高度协调(0.995);但生境质量与生态用水效率的耦合协调度在以0.052/a的速率降低,到2020年达到轻度失调(0.251)).表明新疆在农业生产方面水资源的配置和利用效率已经达到了高度协调的状态,但对生态环境用水的关注有待提升.

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产碳酸酐酶菌对砂岩-CO₂-水相互作用的影响

王布康, 钱春香

中国环境科学. 2025, 45(3): 1568-1575.

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选取产碳酸酐酶菌,并将其引入砂岩-CO₂-水相互作用的短期试验,对溶液化学性质、岩石矿物溶解-沉淀过程以及碳酸氢根离子浓度变化进行检测分析.结果表明,在50℃、10MPa的条件下反应20d后,体系pH值提升,微生物组pH值略高于对照组,细菌的参与显著加速了岩石矿物的溶蚀沉淀过程,使岩心孔隙度从15.02%降低到13.27%.在固液比为1:5的1L溶液中,对照组和微生物组有效的CO₂封存量分别为0.207,0.726g,加微生物的固碳效果更好,证明了产碳酸酐酶菌对CO₂地质封存具有一定的促进作用.

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多核素联合示踪珊瑚礁区颗粒物动力学过程

罗柱, 林武辉, 王一潼, 黄思宇, 余克服

中国环境科学. 2025, 45(3): 1576-1586.

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利用高纯锗γ谱仪对北部湾涠洲岛珊瑚礁区的沉降物、表层沉积物、柱状沉积物中多种放射性核素开展联合分析.在利用⁴⁰K、颗粒活性核素²³⁴Th_ex和⁷Be以及²³⁸U-²³²Th(²²⁸Ra)-⁴⁰K/10三角图解等多核素示踪手段共同证实涠洲岛西侧沉降物来源于表层沉积物再悬浮的基础上,联合使用过剩²¹⁰Pb的恒定通量恒定沉积速率模式定量计算了涠洲岛西侧海域两柱样(WZ16和WZ20)沉积速率分别为1.46x10^-3和2.25x10^-3cm/d,该结果仅为相邻站位沉降速率(295x10^-3和252x10^-3cm/d)的0.50%和0.89%,表明99%以上的沉降物会经历多次强烈的再悬浮过程,最终才能埋藏进入沉积柱样.此外,本研究发现具有较高沉降通量的涠洲岛西侧珊瑚礁区仍有较高的珊瑚幼体补充量,推测是由于强烈的生源沉积物再悬浮为珊瑚虫提供了丰富的异养能量来源.

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基于生态退化风险的国土空间生态修复区域优先序划定——以黄河流域山东段为例

刘金花, 郑永兴, 李威, 杨勇

中国环境科学. 2025, 45(3): 1587-1600.

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国土空间生态修复是落实生态文明建设的重要举措,精准识别生态修复区域以及合理划定修复的优先序,是科学有序推进国土空间生态修复的前提,因此,本文以黄河流域山东段为研究区,通过“生态韧性-人类干扰”定量评估生态系统退化风险,采用形态学空间格局分析(MSPA)、景观连通性评价和电路理论模型等方法构建生态安全格局,识别生态源地、廊道、夹点、障碍点等生态要素作为生态修复区域,叠加退化风险等级对修复区域进行优先序划定,并提出相应修复策略.结果表明:研究区总体生态退化风险较高,高退化风险区以各城市为中心呈带状辐射分布,快速城镇化以及交通网络的发展对生态退化的影响不容忽视;识别生态修复区域,包括27个生态源地、71条生态廊道、71处生态夹点和51处生态障碍点;叠加生态退化风险,将生态修复区域划分为优先修复、一般修复以及生态保育三类,并结合不同生态要素特征以及优先序提出修复策略.

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GAOs丰度变化对聚磷生物膜系统的影响——磷富集性能及代谢特征为例

毕贞, 钱萌萌, 袁艺娜, 王雪玲, 宋歌, 黄勇

中国环境科学. 2025, 45(3): 1601-1611.

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在厌氧/好氧交替运行的序批式反应器中,以氧化沟活性污泥为接种污泥进行聚磷生物膜的富集培养,通过考察生物膜中聚糖微生物(GAOs)丰度变化对系统磷富集性能以及微生物群落代谢特征的影响,解析GAOs在生物膜磷富集系统中的潜在功能.结果表明,在聚磷生物膜的富集培养过程中,GAOs成为优势菌,但并未对生物膜系统的磷去除与富集效果产生不利影响.由于聚磷微生物(PAOs)单个细胞的PHA代谢活性和poly-P代谢活性均显著增强,使得生物膜群落整体以聚磷代谢模式(PAM)为主导.GAOs作为系统中的优势菌属,可能通过EMP代谢途径获取合成PHA所需的还原力(NADH),为PAOs在好氧条件下吸磷提供充足的能量储备,从而激发无机磷转运系统(pst)、poly-P合成代谢基因(ppk)的表达上调,使生物膜系统表现出良好的磷去除与富集能力,且GAOs(Candidatus Competibacter)作为潜在的反硝化功能菌使得生物膜磷富集系统具备同步好氧脱氮能力.

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乌梁素海铁还原微生物对砷-磷迁移转化的影响

石文静, 刘轶哲, 徐浩然, 李卫平

中国环境科学. 2025, 45(3): 1612-1622.

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以乌梁素海为研究对象,揭示湖泊沉积物微生物群落结构, 阐明代表性铁还原微生物及其丰度,探究铁还原微生物驱动下Fe还原过程对As-P迁移转化影响的季节性差异以及P对As迁移转化的影响,旨在为深化寒旱区湖泊As的环境地球化学行为和As污染修复提供依据,为As污染和富营养化双重风险湖泊的水环境保护提供参考.结果表明,乌梁素海冰封期的铁还原微生物相对丰度较夏季更高.代表性铁还原微生物存在季节性差异,芽孢杆菌属和地杆菌属在冰封期和夏季均为铁还原微生物的优势菌属,但地发菌属也是夏季代表性铁还原微生物之一,而希瓦氏菌属则是冰封期代表性铁还原微生物之一.相关性分析和PLS-SEM模型结果表明在As-P迁移转化中起主要驱动作用的代表性铁还原微生物和其对As-p迁移转化的影响均存在明显的季节性差异.夏季热厌氧菌属虽丰度较小,但其驱动的铁还原过程(路径系数0.178)一定程度影响了沉积物中As和P向水中的释放,芽孢杆菌属也可促使Fe还原(路径系数0.115)驱动As-P的迁移转化.而冰封期时,丰度较高的地杆菌属则是导致As迁移的重要驱动者(路径系数0.530),其对As-P的迁移转化有重要影响,热厌氧菌属对Fe的还原作用(路径系数0.284)以及对As-P迁移转化的影响较夏季更(路径系数0.178).

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交通源活动对城市灰尘重金属污染、再悬浮及健康风险的影响

朱熙, 宋思源, 余伟贤, 王倩, 刘思齐

中国环境科学. 2025, 45(3): 1623-1635.

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本文聚焦于复杂交通环境区域及其背景环境,并在两个不同空间尺度下探讨了As、Hg、Cu、Ni、Pb、Cd六种重金属的污染特征.通过建模分析单一交通源移动过程中灰尘二次扬起规律及其健康风险.结果表明,交通密集区域灰尘Cd、Pb、Cu的污染程度与生态风险均超过背景区,Cd污染程度最高且70%具有强生态风险.当单一交通源移动,扬尘浓度变化的剧烈程度与速度呈正相关,在距地0.3/0.6m高时发生聚集.重点重金属的暴露主要途径是手-口摄入;虽然非致癌风险与致癌风险均较小,但当行驶速度为60km/h、距地0.6m时,其经呼吸吸入非致癌危险熵(HQ-inh)较高,在此范围内的人群活动有进行防护的必要.

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微塑料和三氯生复合暴露致斑马鱼脂代谢紊乱

成冠辰, 刘兴成, 王慧利, 钱秋慧

中国环境科学. 2025, 45(3): 1636-1646.

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以斑马鱼为模式生物,旨在评估聚酰胺微塑料(PA MPs)和三氯生(TCS)复合暴露对斑马鱼幼鱼脂质代谢的影响.研究发现,PA对TCS展现出很强的吸附能力,168h时吸附量达到74%.在PA和TCS复合暴露下(6~120hpf),斑马鱼幼鱼产生明显表观畸形,例如心包水肿、游囊关闭、卵黄囊肿和脊柱弯曲等,畸形发生率为13%.此外,复合暴露还导致斑马鱼幼鱼体内活性氧的积聚,激发氧化应激反应.在肝脏区域,观察到脂质堆积的加剧,同时T-CHO和TG水平上升,伴随着脂质代谢相关基因表达的异常,从而证实PA和TCS复合暴露诱导了斑马鱼脂质代谢的紊乱.进一步的机制研究表明,PA和TCS的复合暴露导致线粒体膜电位下降和ATP合酶基因表达降低,导致能量供应受损,进而引发能量代谢紊乱.与单独的PA或TCS暴露相比,PA的存在显著增强了TCS对斑马鱼脂质代谢和能量代谢的干扰作用.

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焦化厂4种含氧多环芳烃特征及健康风险评估

程玉环, 刘效峰, 谭欣, 李欣泱, 王昆

中国环境科学. 2025, 45(3): 1647-1656.

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为明确焦化厂区环境介质中含氧多环芳烃(OPAHs)的污染特征和致癌风险,采集JD和PF焦化厂植物、土壤和环境空气样品,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MSD)测试其中1-苊酮(1-ANO)、9-芴酮(9-FLU)、蒽醌(9,10-ATQ)和苯并蒽酮(BZO)4种OPAHs浓度.结果表明:PF厂植物、土壤和环境空气中Σ₄OPAHs的浓度均高于JD厂,且两厂环境介质中均是9-FLU和9,10-ATQ占主导地位.环境空气-土壤的逸度研究表明PF厂9-FLU处于平衡状态,9,10-ATQ由土壤释放到环境空气中.通过摄入、皮肤接触和吸入3种途径对成人进行了人体健康风险评估,发现JD和PF厂土壤中OPAHs对成人的致癌风险均是可接受的,厂区环境空气中OPAHs的致癌风险对成人也是可接受的.研究结果为OPAHs防控措施的制定提供依据.

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中国县域减污降碳协同增效的时空演变及影响因素

邢会, 霍晓谦

中国环境科学. 2025, 45(3): 1657-1673.

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基于中国2003~2022年2383个区县的面板数据,首先采用复合系统协同度模型和超效率SBM-DEA模型测度减污降碳协同增效水平,之后利用核密度估计、空间自相关分析和标准差椭圆探究县域减污降碳协同增效的时空演变特征,最后结合XGBoost算法和SHAP值解释算法识别减污降碳协同增效的主要影响因素.结果表明:中国县域减污降碳协同增效水平总体上呈提升趋势,特别是2020年后提升幅度相对较大;县域减污降碳协同增效呈现“东高西低”的空间格局,并具有显著的空间正相关性;县域减污降碳协同增效的分布重心总体向东南方向迁移,呈现南北方向向心集聚、东西方向空间发散的趋势;能源强度是减污降碳协同增效的主要影响因素,并对减污降碳协同增效产生负向影响.技术创新和产业结构整体上推动减污降碳协同增效,经济发展、人口密度和金融发展对减污降碳协同增效的影响呈现复杂非线性特征;相较于东部地区,能源强度对中西部地区减污降碳协同增效的影响更为显著.

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碳交易试点政策减排效应实证评估及机制分析

陈操操, 于凤菊, 张悦, 刘耕源, 王新爽, 郑恺昀, 胡婧, 王立波, 宋丹, 胡永锋, 孙粉, 孙大利, 马宁

中国环境科学. 2025, 45(3): 1674-1685.

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基于2000~2021年中国30个省级地区的面板数据,将碳交易政策视为准自然实验,利用多期双重差分方法系统评估了其对碳排放的影响.结果表明:引入碳交易政策后,试点地区碳总量下降13.2%,碳强度和人均碳排放分别下降21.3%和17.2%.受碳交易政策影响,试点地区碳强度显著降低,然而碳总量和人均排放影响不显著.碳交易减排主要依赖于产业结构改善,碳交易价格、市场活跃度和低碳技术的中介效应较弱.不同政策间可能存在互补和协同效应,尽管碳交易在推动碳减排发挥积极作用,但对SO₂、NO_x和PM_2.5的协同效果仍需提升.这些结果为理解碳交易政策提供了重要的实证支持,为完善碳交易制度,以及指导未来碳市场政策的调整和优化提供科学依据.

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中国畜牧业碳排放再测算:现状特征、动态演进及空间相关性

田云, 夏锐, 李贝

中国环境科学. 2025, 45(3): 1686-1698.

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以2005~2022年作为考察期,在对中国畜牧业碳排放进行重新测算并分析现状特征的基础上,围绕其动态演进规律及空间关联性特点进行了探讨.结果显示:考察期内中国畜牧业碳排放总量虽存在增减起伏但总体表现出下降趋势,碳排放强度一直处于持续下降态势仅年际降速有所区别,牛和生猪饲养是导致畜牧业碳排放的关键动因;2022年各省区畜牧业碳排放量差异明显,排在前10位的地区主要为核心畜牧业产区或粮食主产区,省际畜牧业碳排放强度总体表现出“西北高、东南低”的分布格局,根据各地区畜牧业碳排放的构成情况可将30个省区划分为牛饲养驱动型、生猪饲养驱动型等4种类型;考察期内畜牧业整体以及牛、羊饲养碳排放强度均表现出了明显下降趋势且省际差距大幅缩小;而生猪饲养碳排放强度虽也出现下降但其省际差距却明显扩大.考察期内中国畜牧业碳排放强度始终存在显著的空间依赖性,且以低-低集聚为主、高-高集聚为辅,同时呈现出“低者恒低、高者恒高”的特征.

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碳减排政策组合使用效能差异及提升策略

杨霞, 何刚, 张世玉, 蒋怀印

中国环境科学. 2025, 45(3): 1699-1712.

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采用演化博弈理论,根据碳交易碳税是否参与,设计四种碳减排政策工具使用情景.基于稳定性分析,阐释碳减排政策组合使用对企业碳减排的影响机理和作用机制,通过敏感性分析厘清博弈系统主要敏感性因素及影响方向.以全国碳交易市场建设案例为实证对象,仿真碳交易和混合碳政策使用情景博弈主体演化轨迹,识别关键因素对系统的影响程度,并提出动态递增税率和动态奖惩策略优化混合碳政策使用情景策略.研究发现:相较无碳交易无碳税、有碳交易无碳税、无碳交易有碳税情景,混合碳政策使用情景碳减排效能最佳;当前我国碳交易市场建设仍有待于加强,政企双方未达到(监管,碳减排)最优状态,成本和惩罚因素对博弈系统影响明显,补贴因素作用方向不确定;混合碳政策情景融入动态递增税率和动态奖惩策略,系统呈螺旋式上升,获得(监管,碳减排)稳定均衡点,其中动态补贴-动态惩罚为最佳奖惩策略.

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产业数字化对绿色全要素生产率的影响机制研究——兼议环境规制的门槛效应

黄和平, 周桂明, 李国民

中国环境科学. 2025, 45(3): 1713-1730.

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基于2014~2022年中国省域面板数据从农业、工业和服务业三个维度衡量产业数字化水平,同时测度考虑了数据要素投入和多种非期望产出的绿色全要素生产率,进而探究两者间的影响效应与作用机制.研究发现:各省域产业数字化水平差异显著并呈现出“东部>中部>西部”的空间布局.绿色全要素生产率也表现出逐渐提高的趋势,区域多级分化现象逐步改善;经过一系列稳健性检验后发现,中国省域产业数字化显著促进了绿色全要素生产率的提升,且影响效应呈现出农业<工业<服务业的特征;在传导路径上,各省域产业数字化的发展主要通过降低资本与劳动力错配度和促进产业结构升级提升绿色全要素生产率;公众环境关注度高和工业化程度较低的省域,产业数字化发展的绿色全要素生产率提升效应相对较高;产业数字化对绿色全要素生产率的影响随不同类型环境规制强度的变化呈现出单一门槛特征,命令控制型环境规制强度和市场激励性环境规制强度的门槛值分别为0.4582和0.0096.因此,政府应制定差异化的区域产业政策与市场策略,以更加有效的方式促进产业数字化发展进而提升绿色全要素生产率,实现绿色可持续发展.

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河长代际责任下城市内河可持续治理机制研究

申婧, 文清, 张敏, 张阳, 詹瑞, 何理

中国环境科学. 2025, 45(3): 1731-1744.

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在全面推进碧水保卫战背景下,如何通过有效的政策措施科学引导河长承担代际责任,以推动城市内河的可持续治理,是亟需解决的重要现实问题.本文旨在破解城市内河可持续治理模式中“河长代际衔接难、政府内部监管有限”困境,基于演化博弈理论,构建了包含上代河长、下代河长、政府行政监督部门和公众的四方演化博弈模型,分析不同因素对系统策略演化的影响,探究地方政府行政监督部门如何与公众合作,构建内外双层多元共治监督体系,以促进河长承担代际责任.研究表明:(1)在时空演进中,两代河长之间的相互影响是不对称的,上代河长的治理策略对下代河长的影响较大.(2)随着综合治理成本的增加,两代河长均表现出消极的治理意愿;而成本分担比例的减少虽减轻了上代河长的治理负担,但不利于下代河长延续治理,导致治理中断现象.(3)政府行政监督部门的执行力度增加会不同程度地缩短系统趋稳时间,对两代河长均有显著影响.(4)绩效奖励额、绩效惩罚额以及级别工资变化会不同程度地影响系统趋稳时间,但与绩效奖惩的弹性相比,级别工资变化对两代河长治理策略的影响有限.(5)提高公众举报力度在一定程度上缩短了系统趋稳时间.该研究不仅丰富了政府官员代际责任与生态环境可持续治理理论的研究范畴,而且为城市内河生态可持续治理提供了理论借鉴和参考.

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集中式环境执法体制改革的环境治理效应——基于192个城市的“准实验”

汤瑜, 刘哲, 陶小垒

中国环境科学. 2025, 45(3): 1745-1753.

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传统的环境执法体制存在执法碎片化与整体性治理的张力,地方保护主义与严格环境执法的张力,信息结构不对称与精准治理的张力,导致了环境规制宽松和环境质量恶化.为此,中央政府实施了集中式环境执法体制改革.从职能､权力和信息结构出发,发现改革的理论逻辑在于职能整合破解碎片化张力,权力重塑遏制地方干预,技术赋能实现全景敞视监督.基于此,构建了包含192个地级市的2013～2022年年度面板数据,通过倍差法研究发现,集中式环境执法体制改革显著促进严格了环境执法,改革后样本城市环境行政处罚数量增加了49.8%.但是,改革的效果受经济因素的影响,样本城市越临近西部地区,改革对环境执法的积极影响越被抑制.进一步分析发现,改革产生了显著的空气质量改善效应,随着改革的实施, PM_2.5､PM₁₀和SO₂浓度显著下降.本文为做好环境执法体制改革的“后半篇”文章,理解集中式环境规制体制的积极效果提供了有益启示.

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聚酰胺微塑料对磺酸类全氟烷基化合物在水-土界面吸附的影响

杜钰赞, 孙姣霞, 付江, 向红, 罗雪, 杨帆, 王茜, 樊建新

中国环境科学. 2025, 45(3): 1754-1764.

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本文探索了聚酰胺(PA)微塑料和土壤互作体系对两种磺酸类全氟烷基化合物—6:2氟调聚磺酸(6:2FTSA)和全氟己烷磺酸(PFHxS)的吸附和分配过程以及不同影响因素对它们的吸附影响.结果表明:6:2FTSA和PFHxS在微塑料-土壤互作体系上达到吸附平衡的时间(约120h)慢于在单一的微塑料和土壤体系(约24h),且其吸附平衡容量(6:2FTSA:0.044mg/g;PFHxS:0.173mg/g)远低于PA微塑料(6:2FTSA:2.698mg/g;PFHxS:3.518mg/g),但高于土壤(6:2FTSA:0.026mg/g;PFHxS:0.048mg/g).随着土壤中微塑料的含量增加,6:2FTSA和PFHxS在土壤中微塑料上的分配占比逐渐增加,PFHxS尤为显著.从微塑料的角度分析,微塑料和土壤互作体系改变了微塑料表面性质,土壤矿物占据部分吸附位点,显著降低了微塑料对两种磺酸类全氟烷基化合物的吸附.从土壤的角度分析,土壤中微塑料的加入提高了土壤对全氟烷基类化合物的吸附,且随着微塑料占比越大越显著,这归因于微塑料对全氟烷基类化合物较强的吸附作用力.在微塑料-土壤共培养体系中,尽管微塑料表面性质随培养时间发生明显变化,但对两种全氟烷基类化合物的吸附影响较小,表明微塑料对土壤中的全氟烷基类化合物持长久且较为稳定的影响.

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水体中微塑料迁移行为的水力学实验与数值模拟

李煜瑄, 窦明, 李桂秋, 王振, 周雨泽, 邢澳琪

中国环境科学. 2025, 45(3): 1765-1776.

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为了解微塑料在水体中的迁移行为,基于水力学实验和受力分析方法识别不同类型微塑料在水体中运动状态变化的水力学参数阈值,进而结合拉格朗日粒子追踪方法建立具有明确物理机制的微塑料迁移模型,对微塑料的迁移运动轨迹进行模拟,预测微塑料的最终运动状态以及归趋,并结合贾鲁河郑州市区段实测数据对模型进行验证.结果表明:贾鲁河郑州市区段中粒径在0.5mm以下的微塑料占比为66.79%,主要的形状是碎片状(31.1%)与纤维状(29.2%). PP作为漂移质迁移,且迁移速率最快; PS与粒径小于0.5mm的PA作为悬移质迁移;PET与粒径大于0.5mm的PA作为推移质进行推移运动或静止在水底.在流量为14m³/s与20m³/s的两种工况下,微塑料在36h内的滞留率为43.79%与47.85%,其中颗粒占比最大, PA与PET为主要的滞留微塑料种类.

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