中国环境科学
 
 
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2023年 43卷 4期
刊出日期 2023-04-20
环境毒理与健康
碳排放控制
大气污染与控制
水污染与控制
固体废物
土壤污染与控制
环境微生物
环境生态
环境影响评价与管理
大气污染与控制
1489 尤媛, 张碧辉, 李思腾, 江琪, 安林昌
2016~2020年北京城区和郊区PM2.5爆发性增长特征对比研究
利用PM2.5浓度、气象要素、NCEP以及ECMWF再分析资料等,对比分析2016~2020年北京城区和郊区的污染特征,根据多种阈值指标定义爆发性增长过程,并着重分析爆发性增长过程中的环流形势以及污染物的不同来源.结果显示,北京城郊全年污染日数呈逐年下降趋势,但秋冬季的污染日数占比2016~2017年逐年下降,2018~2020年逐年升高,城区污染改善速度慢于郊区.2016~2020年城郊污染持续时长一般≤3d,城区≥2d的污染日次数均多于郊区,且均呈逐年下降趋势.城区和郊区细颗粒物污染存在明显的相互影响特征,城区对郊区的影响更为显著.城郊爆发性增长次数和爆发性污染占比整体先下降再升高.城区发生的爆发性增长过程次数多于郊区,但爆发性污染占比城区低于郊区.爆发性增长过程出现概率≥10%的地面天气形势为均压场型和高压前部型,高空形势为纬向环流和槽后型.城区传输型爆发性增长过程出现概率最高的天气形势为高空槽后配合地面高压前部型,占比可达37.0%,郊区传输型爆发性增长过程出现概率最高的天气形势为高空纬向环流配合地面高压前部型,占比可达31.6%,城区和郊区本地型爆发性增长过程出现概率最高的天气形势均为高空纬向环流配合地面均压场型,占比分别可达34.5%和56.5%.
2023 Vol. 43 (4): 1489-1498 [摘要] ( 173 ) [HTML 1KB] [ PDF 779KB] ( 854 )
1499 李静波, 张莹, 盖荣丽
基于机器学习的星载短波红外CO2柱浓度估算
利用OCO-2卫星遥感数据、全球碳柱总量观测网(TCCON)站观测数据、NDVI归一化植被指数数据、ERA5大气数据,采用决策树和集成学习(XGBoost、普通随机森林、极端随机森林、梯度提升)对二CO2平均柱浓度进行预测.通过相关性分析、特征选择与特征提取,建立模型预测CO2平均柱浓度,再与TCCON站点的地基观测数据进行比对.通过分析不同模型(决策树、XGBoost、普通随机森林、极端随机森林、梯度提升)预测的结果,发现使用极端随机森林回归模型预测CO2平均柱浓度的精度最高, R2、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)分别为:0.953、0.492×10-6、0.260×10-6、0.063%,其余模型次之,因此对极端随机森林回归模型的预测性能随自身参数的影响进行了分析,结果表明,在误差允许的范围内(±2×10-6),极端随机森林回归模型和梯度提升回归模型预测的准确率一样,都为98.10%.由于CO2的背景浓度较高,而边界层内CO2浓度的空间差异相对较小,因此需要进一步缩小误差的范围,在±1×10-6误差范围内,极端随机森林回归模型和梯度提升预测的准确率分别为91.82%和90.51%.所以采用极端随机森林算法预测CO2柱浓度的结果更好,精度更高,符合CO2预测的精度要求.
2023 Vol. 43 (4): 1499-1509 [摘要] ( 148 ) [HTML 1KB] [ PDF 2725KB] ( 769 )
1510 孟丽红, 杨二辉, 蔡子颖, 郝囝, 杨健博
基于多源资料和数值模拟的雾对PM2.5影响研究
为探究雾-霾过程中雾对PM2.5质量浓度的影响机制,选取2021年1月24~27日一次典型雾-霾过程,采用常规自动气象站、环境小时浓度、微波辐射计、风廓线雷达、气溶胶激光雷达、255m气象塔上梯度观测的气象、环境和湍流等多源数据资料及WRF-Chem过程分析数值模拟方法对此次污染过程进行综合分析.结果表明,此次雾相对湿度增加是由于辐射冷却和平流引起的,雾类型是辐射平流雾,其特征是水汽自上而下输送,雾过程雾顶高度250m,逆温层底高度为80~120m,雾顶高度>逆温层底高度;雾发生前由于相对湿度、垂直平流和湍流混合影响,地面及垂直方向PM2.5质量浓度先增长再下降,总体有利于PM2.5质量浓度扩散;雾成熟期根据逆温层底的高度,辐射-平流雾对PM2.5影响分为两种,其中雾对高于逆温层底的PM2.5为湿清除作用,而对低于逆温层底的PM2.5为积聚作用;雾消散后霾阶段40m湍流动能增高至0.78m2/s2,并逐渐和200m处湍流动能大小趋于一致,湍流混合贡献量为-40~-23μg/(m3·h),总体有利于地面PM2.5质量浓度扩散.
2023 Vol. 43 (4): 1510-1518 [摘要] ( 143 ) [HTML 1KB] [ PDF 2070KB] ( 371 )
1519 杨国华, 吴迪, 苟远波, 徐彬, 陈雅芬, 张铭, 贾勇
基于气-液传质氨法脱硫喷淋吸收CFD仿真模拟
结合氨法脱硫SO2吸收传质的研究,通过耦合氨法脱硫液滴中多组分化学反应、液滴与气相间传质(双膜理论)、液滴蒸发相变等多个过程,采用CFD二次开发技术研究开发了可预测脱硫效果的CFD计算方法,利用基于该方法建立的三维氨法脱硫仿真模型模拟脱硫塔内的流场及烟气流速、pH值、液气比、雾化粒径、初始SO2浓度对脱硫效果的影响,研究结果表明,模拟结果与实验数据有着相同的变化趋势且二者之间的相对误差小于±20%.同时,通过计算pH值和浆液粒径等关键参数对脱硫塔内竖直中心线上NH3和SO2浓度分布规律的影响,明确通过合理控制浆液pH值与浆液粒径来提高脱硫效率以及减少NH3逃逸.实验和数值模拟结果表明,氨法脱硫系统控制烟气流速为2~3m/s、浆液pH值为5~6,液气比2.5~3.5L/m3,雾化液滴粒径为0.8~1mm较为合适.
2023 Vol. 43 (4): 1519-1527 [摘要] ( 117 ) [HTML 1KB] [ PDF 2107KB] ( 576 )
1528 李宏艳, 赵志新, 何秋生, 付国, 李宏宇, 白京霭, 黄时丹, 张琰茹, 云洋, 崔阳, 王振涛
山西介休焦化区PM2.5重金属污染特征、关键毒性组分与来源
在对介休焦化区和方山对照区大气PM2.5样品中11种重金属元素污染特征进行分析的基础上,结合正定矩阵因子(PMF)源解析,借助健康风险评价法和体外细胞毒性测试实验对可能会威胁人体健康的关键毒性组分及其来源进行了判识.结果表明,介休焦化区PM2.5及其负载的重金属元素污染超标严重,且均是冬季>秋季>夏季>春季,所有元素的总非致癌和致癌风险分别是方山的2.80及2.10倍.介休焦化区除Cr的年均污染浓度低于方山对照区外,Pb、Cd、Zn、As、Mn、Sb的浓度分别是方山的15.9,9.80,9.00,7.40,7.00和4.20倍,其中Mn、As、Cd、Pb等元素具有较高的非致癌风险,Pb同时具有较高的致癌风险.介休焦化区重金属元素共有5大主要来源,燃煤及焦化源的贡献最大(37.7%),其次为其他工业源(29.6%)和钢铁冶炼源(20.4%).燃煤及焦化源对非致癌和致癌风险的贡献高达38.8%和44.9%,且是唯一1种与细胞氧化应激和炎性因子指标(ROS、TNF-α和IL-1β)均有显著正相关关系的污染源.方山对照区除As外所有元素的致癌和非致癌水平均处于可接受范围内,燃煤源对健康风险和细胞毒性的贡献最大.
2023 Vol. 43 (4): 1528-1538 [摘要] ( 142 ) [HTML 1KB] [ PDF 1884KB] ( 578 )
1539 李飞, 孔少杰, 屈志光, 闫晶晶, 郭锦媛, 周媛媛, 欧昌宏
中国臭氧时空分异及热点城市群气象关联特征
基于2018~2020年臭氧的日最大8h滑动平均值(O3-8h),采用空间自相关分析、暴露风险评估和多元线性回归等方法,研究了全国337个城市O3的时空分异及其人口加权的暴露风险特征,识别了热点城市群并解析了热点城市群O3的气象关联特征.结果表明:O3具有显著的空间聚集特征,其中浓度高于160 μg/m3(国家二级浓度限值,GB3095-2012)、超标率高于20%和人口加权暴露风险等级为高的区域主要集中在京津冀城市群(BTH-UA)、中原城市群(CP-UA)和长江三角州城市群(YRD-UA).其次,2018~2020年月均O3-8h变化呈“M型”分布,各年最高值分别出现在6月、9月和5月,月均ρ(PM2.5),ρ(NO2),ρ(SO2)和ρ(CO-95)均呈现“W型”分布,并且在12月和1月达到最高值,与O3均呈现明显的负相关关系;月均ρ(PM2.5),ρ(NO2),ρ(SO2)和ρ(CO-95)与O3-8h线性拟合直线的拟合系数(R2)分别为0.68,0.52,0.38和0.66.最后,基于多元统计法分析了热点城市群的气象因素关联,结果表明:各城市群O3-8h与日均温度(T)、日照时数(S)和日降水量(R)相关性较强,与日均相对湿度(RH)、日均气压(p)和日均风速(v)的相关性较弱,说明3个城市群的主控气象因子为T、S和R;另外,T越高、S越长,RH、p、v和R越低,越有利于O3浓度的增加;不同气象因素区间对O3-8h的影响体现出了“一群一征”的特点.
2023 Vol. 43 (4): 1539-1549 [摘要] ( 147 ) [HTML 1KB] [ PDF 1943KB] ( 702 )
1550 韩博, 石依琳, 纪翔, 潘丽丽, 肖致美
典型通航飞机PM与TVOC排放特征及排放因子
选取DA-40D型为典型机型,于2019年12月5日~8日在辽宁省朝阳机场开展飞机在推力功率为13%、37%、52%、73%和100%的5种工况下颗粒物(PM)、黑碳(BC)、总挥发性有机物(TVOC)的测试和分析.结果显示,5种推力功率下PM粒子数浓度在大推力工况中峰值位于0.25和0.3μm处,小推力工况峰值不明显,且PM1/PM10达99%以上.该款发动机排放PM2.5、BC和TVOC排放质量浓度随推力上升均呈现升高的趋势,浓度分别在129.8~1039.4,18.3~291.9和311.6~7343.2μg/m3,排放浓度快速增加分别出现在全推力、中/全推力以及中等推力区间.通过逐步回归方法分析发现发动机进气总共压力对于PM2.5和BC浓度影响最大,而TVOC浓度主要受冷却液温度影响.通过构建飞机LTO飞行模型,结合排放强度拟合及飞机性能参数计算,确定PM2.5、BC和TVOC在LTO过程的排放因子分别为25.91,6.98和71.26μg/LTO,爬升阶段污染物排放的贡献占比最大.研究结果为探究通航飞机污染物排放特性和推进机场及周边污染防治提供基础.
2023 Vol. 43 (4): 1550-1557 [摘要] ( 157 ) [HTML 1KB] [ PDF 687KB] ( 441 )
1558 陈宜华, 王攀, 孟凡禹, 陈雅芬, 张铭, 贾勇
VPO/TiO2催化剂表面酸性位调控及低温NH3-SCR脱硝性能研究
采用HCl调控负载型钒磷氧(VPO/TiO2)催化剂的表面酸性,用于研究VPO/TiO2催化剂的NH3-SCR脱硝性能.结果表明:在HCl/V物质的量比为3~5:1范围内,催化剂的脱硝活性最高,当反应温度达到200℃时脱硝效率接近100%.表征结果表明:HCl的添加能提高催化剂的结晶度,HCl的调控使得VPO/TiO2催化剂的比表面积略有增加.同时,也使得VPO/TiO2催化剂中活性组分V4+的量从38%逐渐升高至46%,提高了催化剂的氧化还原性能.此外,不同HCl/V物质的量比的催化剂中化学吸附氧的相对含量随着HCl加入量的增加而提高.吡啶红外测试结果显示:HCl能影响催化剂酸性位点,HCl/V物质的量比=5的催化剂Lewis酸含量最高,总酸量为0.84×10-4mol/g.数据拟合进一步表明,所有VPO/TiO2催化剂的低温脱硝活性均与弱Lewis酸量呈正相关(相关系数>0.9),与活性测试相吻合.
2023 Vol. 43 (4): 1558-1566 [摘要] ( 139 ) [HTML 1KB] [ PDF 1714KB] ( 407 )
1567 魏立江, 高宇飞, 戴明城, 黄文庆, 路秀伟, 史浩田, 刘苏博
纯生物柴油掺PODE对船机燃烧及颗粒排放的影响
在一台船舶柴油机上对D100(纯柴油)、B100(纯生物柴油)和B90P10(纯生物柴油与PODE(聚甲氧基二甲醚)按9:1体积比掺混组成的混合燃料)3种燃料的燃烧过程和颗粒物排放进行了试验研究.结果表明,B100和B90P10的缸内最高压力相比D100依次升高,最高燃烧压力对应的曲轴转角依次提前;低负荷时,B100和B90P10的压力升高率峰值、放热率峰值及燃烧初期的燃烧温度与D100相比依次明显增加.B100可大幅降低船舶柴油机的碳烟,掺混PODE碳烟排放进一步降低;高负荷和低负荷时,B90P10的碳烟颗粒排放因子分别为11.80和17.77mg/(kW·h),与D100相比降幅分别达64.21%和76.34%.B100和B90P10的颗粒物排放总数量显著高于D100,且增加的颗粒以小粒径的核模态为主.
2023 Vol. 43 (4): 1567-1573 [摘要] ( 128 ) [HTML 1KB] [ PDF 549KB] ( 480 )
1574 侯丽敏, 吕秉娱, 付善聪, 武文斐
Ni改性对稀土尾矿NH3-SCR脱硝性能的影响
采用水热法制备不同比例Ni改性稀土尾矿催化剂,通过XRD、BET、H2-TPR、NH3-TPD和XPS等表征手段分析Ni改性对催化剂性能的影响.结果表明,Ni改性可明显提升稀土尾矿催化剂NOx转化率,6%Ni/稀土尾矿催化剂的NOx转化率在300℃时达到85%,N2选择性在250~300℃的温度范围内可达到76%以上.改性后催化剂中生成了分散性较好的NiFe2O4物质,比表面积增至75.12m2/g,催化剂的酸性位点增加,有利于催化剂表面吸附更多的氨气,Ni离子起到传递电子的作用,使得Fe2+转化为Fe3+,Fe元素化学价态升高,铁离子最外层电子的不稳定性增加,氧化能力增强,有助于催化剂表面氨吸附物种的活化,有利于脱硝反应的进行.
2023 Vol. 43 (4): 1574-1581 [摘要] ( 120 ) [HTML 1KB] [ PDF 1045KB] ( 253 )
水污染与控制
1582 吕永涛, 王重阳, 鞠恺, 侯彤洁, 潘永宝, 王磊
厌氧氨氧化颗粒污泥内部原位生物活性与N2O产生特性
以厌氧氨氧化颗粒为对象,利用NH4+、NO2-、NO3-和N2O微电极测定了浓度连续分布,并建立微生物原位活性与N2O产生之间的关系.结果表明,NH4+和NO2-同步消耗的厌氧氨氧化活性区分布在颗粒的表层区域(0~1500μm),其中200~400μm活性最高;当NH4+-N浓度为14mg/L(c(NH4+):c(NO2-)=1:1.2)时,NH4+-N和NO2--N最大净体积消耗速率分别为1.19与1.65mg/(cm3×h).反硝化活性主要分布在1500~2500μm的深层区域,当采用NO2--N或NO3--N为单一基质(NOx--N=14mg/L)时,最大N2O生成速率分别为0.37和0.19mg/(cm3×h).N2O的生成主要在深层反硝化区域,且随pH值由8.5降至7.0,产生速率增加了28.16倍,达到0.35mg/(cm3×h).高通量测序发现,颗粒中除厌氧氨氧化细菌(Candidatus Kuenenia)外,具有反硝化功能的细菌(Truepera、Limnobacter、Ignavibacterium和Anaerolineaceae)和氨氧化细菌(Nitrosomonas)也被检出.综上,厌氧氨氧化活性主要分布在表层区域,N2O主要产生于深层的反硝化活性区,可能的作用者为反硝化菌.
2023 Vol. 43 (4): 1582-1589 [摘要] ( 156 ) [HTML 1KB] [ PDF 1301KB] ( 383 )
1590 刘准, 孟欣欣, 钱煦斌, 唐少宇, 方程, 徐磊, 牛军峰
低频超声辅助电催化降解水中抗菌药氟康唑
采用低频超声(20kHz, 78W)辅助电催化氧化(Ti/SnO2-Sb/La-PbO2阳极)去除水中氟康唑,并考察其降解机制.低频超声不能有效降解氟康唑,但低频超声辅助提高阳极表面·OH产率(81.95倍)、污染物的传质效率和电极微界面电子传递能力,进而使氟康唑电催化降解准一级动力学常数由0.134min-1提升至0.180min-1、矿化动力学常数提升29.03%.当超声功率从26W提高至130W时,氟康唑的降解动力学常数提高42.68%;电流密度从2mA/cm2升至20mA/cm2,氟康唑的降解动力学常数提升24.00倍.氟康唑的主要降解机理为·OH间接氧化(贡献率:82.45%~85.71%),主要降解路径为脱氟、断键、环化和氧化,最终生成甲酸、草酸、NO3-和F-等小分子产物.
2023 Vol. 43 (4): 1590-1600 [摘要] ( 121 ) [HTML 1KB] [ PDF 1380KB] ( 349 )
1601 金旖玮, 平倩, 李咏梅
污泥蛋白质和多糖成分分析与结构解析研究进展
随着污泥产量的逐年增加,污泥资源化受到了越来越多的关注,其中厌氧消化是当下应用最广泛的技术之一.目前,针对强化污泥厌氧消化效果的研究较多,而涉及污泥有机质对厌氧消化影响的机理研究仍在发展.本文从污泥中占比最高的有机质——蛋白质和多糖入手,讨论了其对厌氧消化过程的影响,并从成分和结构两个角度归纳了对蛋白质和多糖的主要解析技术,其中对于污泥中蛋白质与多糖高级结构的解析方法仍处于起步阶段,这也是限制污泥厌氧消化过程中有机质转化机制研究的因素之一,在未来需要更深入地探索.
2023 Vol. 43 (4): 1601-1609 [摘要] ( 185 ) [HTML 1KB] [ PDF 1101KB] ( 659 )
1610 韩成龙, 赵凌云, 段冰, 崔贤, 刘彩风, 胡海冬, 任洪强
A2/O工艺中溶解性有机氮的分子转化与生物有效性特征
本研究探究了厌氧/缺氧/好氧(A2/O)工艺沿程溶解性有机氮(DON)浓度分布及其分子转化规律,并运用多种方法表征了各单元污水DON的生物有效性特征.结果表明,DON浓度由进水(5.3±0.3)mg/L沿厌氧池、缺氧池分别下降至(2.0±0.1),(1.8±0.2) mg/L,而有意思的是好氧池中DON浓度反而升高至(1.9±0.1)mg/L,去除率竟为(-5.6±0.6)%.傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)分析DON分子组成特征显示,各单元活性DON分子(H/C≥1.5)占比为:厌氧池(38%)<缺氧池(41%)<好氧池(42%),表明好氧池出水DON最不稳定,易被受纳水体中藻类微生物摄取利用.同时在各单元产生的DON分子中,以蛋白/氨基糖类化合物为特征的微生物源DON占比沿程上升,由厌氧池24.77%分别上升至缺氧池29.12%、好氧池33.11%,表明微生物源DON分子是导致好氧池出水DON生物有效性升高的原因.进一步地,采用藻类生物测定厌氧池、缺氧池和好氧池沿程DON生物有效性,分别为(33.2±3.0)%、(34.9±7.0)%和(42.1±4.0)%,该结果证实了FT-ICR-MS的测定结论.此外,主成分分析表明,相比于厌氧池和缺氧池,温度对好氧池DON分子组成具有显著影响,且冬季好氧池出水DON生物有效性(49.3%±2%)高于夏季(42.1%±4.0%).因此,冬季好氧池出水DON具有更高的富营养化潜在风险.
2023 Vol. 43 (4): 1610-1619 [摘要] ( 116 ) [HTML 1KB] [ PDF 1494KB] ( 409 )
1620 牛梦凡, 张雪莹, 蔡祖明, 吴浩然, 乔俊莲, 孙远奎
硫化零价铁去除水中钼酸盐的效能与机理
钼矿的开采及含钼产品的生产与使用导致水中钼污染问题日益突出.为明确硫化零价铁(S-ZVIbm)去除水中钼酸盐的效能及作用机理,采用球磨法制备S-ZVIbm,进而探究S-ZVIbm在有氧条件下去除Mo(VI)的反应动力学,并采用同步辐射技术等表征手段分析其反应机理.结果表明:硫化可显著加速零价铁的吸氧腐蚀过程,进而可将Mo(VI)的去除速率及去除容量分别提高3.6~42.3倍及1.7~3.2倍.与未改性零价铁相比, S-ZVIbm可对抗Mo(VI)的致钝作用,进而可在更高的Mo(VI)浓度及更宽的pH值范围内实现Mo(VI)的有效去除.同步辐射技术表征结果显示,尽管硫化预处理可提高零价铁去除Mo(VI)的效能,但并未改变零价铁去除Mo(VI)的作用机理,即S-ZVIbm仍主要通过化学吸附来实现Mo(VI)的去除.
2023 Vol. 43 (4): 1620-1627 [摘要] ( 136 ) [HTML 1KB] [ PDF 1262KB] ( 558 )
1628 江潭, 王博, 李笑迪, 马雨晴
不同初始pH值下磷钼酸对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响
磷钼酸作为一种绿色的强氧化剂,可以促进剩余污泥(WAS)厌氧发酵产酸过程中的水解阶段并能有效抑制产甲烷菌群,但其与pH值调节共同作用对挥发性脂肪酸(VFAs)的产生情况仍然未知.本研究提出调控初始pH值(7,8,9,10)以优化磷钼酸预处理下的WAS厌氧发酵产酸的方法,结果表明,提高初始pH值有利于污泥有机质的溶出,可与磷钼酸共同促进VFAs的产生.特别在初始pH=10时,最大VFAs的产量(1588.7mg COD/L)是未调控初始pH值(778.1mg COD/L)时的2.0倍,乙酸含量占比更是达到了48.7%.综上,磷钼酸与碱性条件对污泥厌氧发酵过程起联合协同促进作用,对提高VFAs产量具有一定的可行性.
2023 Vol. 43 (4): 1628-1635 [摘要] ( 115 ) [HTML 1KB] [ PDF 1155KB] ( 340 )
1636 陈洁, 王彩霞, 王倩, 沈耀良, 刘文如
废铁屑缓解硫化物抑制厌氧氨氧化脱氮性能的研究
在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中研究硫化物对厌氧氨氧化(Anammox)系统的长期抑制以及投加废铁屑后对系统性能的影响.结果表明:低浓度(<10mg/L)硫化物对系统无显著影响,当其浓度升至20,30,40mg/L时,使脱氮负荷(NRR)分别降低了13%,42%和51%;40mg/L硫化物使比厌氧氨氧化活性(SAA)降低了63%;Anammox细菌对硫化物抑制具有适应性;长期硫化物造成污泥颗粒结构恶化、上浮结块.投加废铁屑可以显著缓解硫化物抑制,使污泥沉降性能和系统脱氮效能快速恢复, 19d后NRR比无硫阶段提高20%(达4.43kg/(m3·d));SAA仅降低了16.8%.微生物群落表明,硫化物使Candidatus Kuenenia相对丰度从 18.81%下降到7.31%,适应后丰度恢复,反应器底层丰度比顶层高出15倍;同时产生了反硝化菌(Arenimonas和Thiobacill).废铁屑投加后Candidatus Kuenenia丰度略有下降,顶层丰度高于底层; 系统Thiobacillus丰度提高3.36倍,底层反硝化细菌的相对丰度上升.
2023 Vol. 43 (4): 1636-1645 [摘要] ( 129 ) [HTML 1KB] [ PDF 1759KB] ( 556 )
1646 李雪利, 罗建男, 刘勇
不同建议分布MCMC算法在地下水污染源反演识别中的对比研究
为了探究正态分布、均匀分布和随机游走三种不同建议分布的MCMC算法对地下水污染源反演识别结果的影响,并遴选出最优的建议分布.本文根据假想案例建立了污染质运移模拟模型及基于Kriging方法的替代模型,并建立了基于正态分布、均匀分布和随机游走三种建议分布的MCMC算法以反演识别地下水污染源的释放历史.结果表明,针对本文算例,以均匀分布为建议分布的MCMC算法具有反演精度高、稳定性好、收敛速度快等优点,最为适合作为本研究案例的建议分布进行地下水污染源反演识别研究.
2023 Vol. 43 (4): 1646-1654 [摘要] ( 150 ) [HTML 1KB] [ PDF 1200KB] ( 521 )
1655 张广瑞, 任彬, 李海松
煤化工废水除氟及尾水脱氮除磷性能
为了实现将水体中F-浓度降至1mg/L以下的目标,采用多步除氟法,优化药剂投加顺序及剂量控制成本.对除氟尾水进行脱氮除磷处理,并利用16S rRNA高通量测序技术分析微生物群落结构.结果表明,在最优除氟方案下能将F-浓度从119.73~138.56mg/L降至0.33mg/L,除氟成本为6.13元/t.除氟尾水的硝化和反硝化负荷分别达到0.12和0.13kg/(m3×d).硝化过程从批次八实现稳定的短程硝化,平均亚硝酸盐积累率(NAR)>80%,这由前期游离氨(FA)抑制和后期游离亚硝酸(FNA)抑制造成.脱氮过程中观察到反硝化除磷作用,磷的吸收率可达到84.10%~89.75%.高通量测序结果表明,经过20个批次的驯化,污泥微生物群落结构发生显著变化.驯化污泥中好氧反硝化菌(Paracoccus和Pseudomonas)、异养反硝化菌(Flavobacterium和Thauera)和反硝化聚磷菌(Paracoccus、Pseudomonas和Thauera)得到富集.
2023 Vol. 43 (4): 1655-1662 [摘要] ( 95 ) [HTML 1KB] [ PDF 559KB] ( 464 )
1663 徐霖浩, 郑博英, 杨龙生, 吴代赦, 汪泽华
粉煤灰基介孔铝取代托贝莫来石去除水中Cd2+
以粉煤灰(FA)为原料水热合成了不同铝硅物质的量比(Al/Si)的介孔铝取代托贝莫来石(TFA).采用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、场发射环境扫描电子显微镜(SEM)、比表面孔径分析仪和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对FA及制备的TFA的理化性质进行表征.结果表明,TFA1(Al/Si=0.4)的比表面积、孔隙体积和平均孔径分别为74.30m2/g、0.4495cm3/g和24.20nm,TFA2(Al/Si=0.1)的分别为99.48m2/g、0.5218cm3/g和20.98nm,均远高于FA的1.77m2/g、0.004338cm3/g和9.79nm.FA、TFA1和TFA2对Cd2+的吸附动力学数据更加符合伪二级动力学模型.Langmuir等温线模型可以更好地描述Cd2+的吸附等温线,TFA1对Cd2+的饱和吸附量为205.76mg/g,远高于FA和TFA2的94.58mg/g和107.30mg/g.采用XRD、SEM-X射线能量色散谱仪和FTIR分析了TFA对Cd2+的去除机理.结果表明TFA的介孔结构、大量的-OH、Ca2+与Cd2+的离子交换,以及CdCO3和Cd(OH)2的沉淀对Cd2+的去除起着重要作用.本文表明TFA可以应用为一种高效又廉价的Cd2+吸附剂,为FA的资源化利用和含Cd2+等重金属离子废水的处理提供了一种潜在的应用方法.
2023 Vol. 43 (4): 1663-1671 [摘要] ( 123 ) [HTML 1KB] [ PDF 1334KB] ( 284 )
1672 相里鹏, 崔佳丽, 张峰, 李红艳, 崔建国, 韦柳益
磁性生物炭活化过硫酸盐去除水中罗丹明B
以松针为原料,通过溶胶-凝胶法制备了可磁分离回收的CoFe2O4/生物炭复合材料(MPBC),通过X-射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)、X射线光电子能谱仪(XPS)和振动样品磁强计(VSM)对MPBC结构和表面物理化学性质进行表征和分析. 利用MPBC活化过硫酸盐(PS)去除罗丹明B(RhB),并考察了MPBC的重复利用性能.结果表明,在RhB初始浓度为40mg/L,溶液初始pH值为5,温度为25 ℃,MPBC投加量为8.0g/L,PS浓度为0.05mol/L时, RhB去除率在120min达到98.8%.其去除率随MPBC投加量和初始RhB浓度的增加而提高,并在较宽的pH值范围内(3~11)具有有效性.腐殖酸、NO3-、HCO3-和Cl-对RhB去除效率有一定的抑制作用.自由基淬灭实验与电子顺磁共振(EPR)测试结果表明,MPBC-PS体系中的活性物质主要包括SO4·-、·OH、1O2和·O2-.VSM测得MPBC的饱和磁化强度为23.41emu/g,表明其易于磁回收.MPBC经过5次循环利用后,RhB去除率仍可达到95.4%,表现了良好的稳定性.
2023 Vol. 43 (4): 1672-1687 [摘要] ( 153 ) [HTML 1KB] [ PDF 3540KB] ( 463 )
1688 许力文, 卞建民, 孙晓庆, 楼雨奇, 孙国静
灌区退水对区域地下水质影响与健康风险评估
为探究灌区退水对区域地下水水质及健康风险状况的影响,选取吉林西部地区2012~2014年、2019~2020年2个时段的不同层位地下水监测数据,采用随机森林方法进行地下水水质评价,分析灌区影响下地下水水质的时空变化规律,综合考虑研究区原生环境背景和灌区影响,集成地下水多个超标元素健康风险评估,系统对比分析叠加的双重风险时空变化及影响因素.结果表明:灌区及其周边区域地下水化学类型主要为HCO3--Na+-Ca2+型的弱碱性水,2个时段均未发生明显变化;地下水超标组分为F、Fe、Mn及“三氮”化合物,灌区排水加剧了周边潜水“三氮”含量的变化;潜水中Ⅳ~Ⅴ类水增加了17%,健康风险超过安全阈值的监测点增加了12%;地下水健康风险由灌区退水中NO3-、NO2-、NH4+与原生环境中F、Mn等造成的健康风险叠加产生;潜水中健康风险以灌区退水中NO3-、NO2-、NH4+为主控因素;承压水对灌区退水扰动响应不敏感.
2023 Vol. 43 (4): 1688-1695 [摘要] ( 149 ) [HTML 1KB] [ PDF 2189KB] ( 362 )
1696 郑世界, 张建强, 何杨, 杨淞淋, 蒋梅, 陶艺
生物炭对MSL污水处理及微生物群落结构的影响
为进一步提高多级土壤渗滤(MSL)系统对污染物的去除性能,通过对比不同形状土壤模块(方形结构和U形结构)的MSL系统,典型污染物去除率及微生物群落结构,探究生物炭对MSL系统污染物去除机理的影响.实验结果表明,在不同水力负荷下,生物炭可显著提高MSL系统对污染物的平均去除率(P<0.05),并表现出快速启动与抗冲击负荷能力,对CODCr、TP、NH3-N、TN的平均去除率为87.74%、96.23%、97.65%、89.38%;U形结构可提高MSL系统对CODCr、TP、NH3-N、TN的平均去除率,但与方形结构无显著性差异(P>0.05)(TP除外);生物炭提高了MSL系统中氨氧化细菌以及反硝化菌属的相对丰度,强化了系统对氨氮的去除;U形结构提高了亚硝酸盐氧化细菌的相对丰度,使脱氮过程更加顺利.因此,生物炭通过调节MSL系统的微生物群落结构特征、改善系统水分运动状态,增强了系统对典型污染物的去除能力与抗冲击负荷的能力.
2023 Vol. 43 (4): 1696-1705 [摘要] ( 157 ) [HTML 1KB] [ PDF 1239KB] ( 537 )
1706 朱烨, 朱秀荣, 金鑫, 李恪谦, 刘梦稳, 王根, 金鹏康, 王晓昌
改性陶瓷膜催化PMS氧化的二级出水处理特性
以高效去除污水厂二级出水中溶解性有机物为目的,设计了两种由碳基催化剂(N-C、Fe/N-C)制成的高效渗透无损催化陶瓷膜(N-C-CM、Fe/N-C-CM),建立了复合催化膜原位活化过氧单硫酸盐(PMS)过滤体系,探明了复合催化膜的最佳反应条件.结果表明,在催化剂负载量为0.15g,PMS投加量为15mmol/L, pH值为9的条件下,相较PMS直接氧化结合原始陶瓷膜(VCM)过滤与N-C-CM原位活化PMS过滤体系,Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系对二级出水中TOC、色度和UV254去除率最高,分别为62.83%、81.42%、56.62%,出水浑浊度为0.00NTU.通过对比有无PMS时3种陶瓷膜在相同条件下过滤二级出水后的膜比通量、膜污染阻力分布与反冲洗后的膜通量恢复率,进一步证实了Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系能减少膜表面污染物聚集,从而有效缓解膜污染.通过EPR进一步证实Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系较PMS直接氧化结合VCM过滤与N-C-CM原位活化PMS过滤体系产生更多的SO4-·、·OH和1O2.
2023 Vol. 43 (4): 1706-1715 [摘要] ( 133 ) [HTML 1KB] [ PDF 2283KB] ( 480 )
1716 欧家丽, 高春娣, 韩颖璐, 杨箫阳, 程丽阳, 彭永臻
温度对好氧颗粒污泥系统污泥膨胀的影响
为探究温度对好氧颗粒污泥系统污泥膨胀的影响以及微生物群落结构特征,采用序批式反应器,进水为人工合成废水,利用Illumina测序技术分析10℃、18℃和25℃3种温度下好氧颗粒污泥系统微生物群落结构及细菌的动态变化.结果表明,18℃条件下好氧颗粒污泥沉降性能良好SVI值维持在40mL/g左右.而10和25℃条件下好氧颗粒污泥均发生膨胀现象,SVI值分别为194.67和100mL/g.通过qPCR分析可知,10℃条件下,特定的丝状菌里Sphaerotilus natans丰度值最高,该菌大量繁殖导致SVI值极高.Illumina测序结果表明,温度导致好氧颗粒污泥系统的优势菌属具有显著差异性,18℃条件下,好氧颗粒污泥优势菌属为Tsukamurella和unclassified_f_Comamonadaceae,系统具有良好的污染物去除能力;10℃条件下,其优势菌属为Sphaerotilus,该菌属不能利用复杂的有机物;25℃条件下,优势菌属为Tsukamurella和unclassified_f_Microbacteriacea.从微观角度分析好氧颗粒污泥系统脱氮性能,利用FAPROTAX数据库预测不同温度下细菌的代谢功能差异性,在18℃条件下nitrate reduction和nitrate respiration型氮循环功能菌相对丰度分别为7.81%和7.78%,均高于其它2个好氧颗粒污泥系统,这与18℃下好氧颗粒污泥系统有较好的氮去除效果相符合.
2023 Vol. 43 (4): 1716-1723 [摘要] ( 128 ) [HTML 1KB] [ PDF 1192KB] ( 385 )
1724 王昱琛, 宿程远, 王晴, 丁凤秀, 梁柱, 温世通, 陈孟林, 黄智
低温下复合菌剂对餐厨垃圾厌氧消化的影响
为提高低温环境下厌氧反应器处理餐厨垃圾的效能,分别向升流式厌氧污泥床(UASB)反应器中加入不同体积的复合菌剂(0, 1, 2, 5mL),对厌氧消化过程中COD与NH3-N去除率、关键酶活性、微生物群落结构及功能等进行分析.结果表明,加入2mL复合菌剂的UASB反应器可获得最佳的COD(42.47%)及NH3-N(63.93%)去除率;同时厌氧污泥乙酸激酶(AK)和辅酶F420的相对活性与空白对照组相比分别升高了(120.39±4.14)%和(148.63±4.32)%.且加入2mL复合菌剂的UASB反应器中微生物丰度和多样性达到最高;Proteobacteria(15.30%)与Thermotogae(1.13%)的相对丰度最高,这对有机酸生产以及维持厌氧消化过程的稳定起到重要作用;此外,相比于对照组中的优势古菌Methanobacterium(30.51%)和Methanothrix(32.80%),加入2mL复合菌剂降低了Methanobacterium(18.93%)的相对丰度,提高了Methanothrix(34.32%)的相对丰度,这有利于乙酸型产甲烷过程的进行.
2023 Vol. 43 (4): 1724-1734 [摘要] ( 109 ) [HTML 1KB] [ PDF 2732KB] ( 424 )
1735 刘文龙, 王佳铭, 李军
耦合内源反硝化实现厌氧氨氧化工艺深度脱氮
为实现厌氧氨氧化(Anammox)工艺的深度脱氮,在厌/缺氧运行序批式反应器(SBR)的厌氧段投加乙酸钠(100mg COD/L)实现了内源反硝化与Anammox的协同脱氮,并考察了反应器的脱氮性能和微生物种群结构变化.结果表明,耦合内源反硝化可明显提升Anammox工艺的脱氮性能,系统的总无机氮(TIN)去除率由79.07%±2.63%提高至97.00%±1.35%,出水TIN降低为(3.30±1.49)mg/L.典型周期数据表明厌氧段合成的内碳源如聚羟基脂肪酸酯可为后续内源反硝化作用提供电子供体,但不对Anammox的反应速率产生影响,基于物料平衡分析表明系统的氮素主要通过Anammox作用去除(PAMX:PEDN=98.27%:1.73%).乙酸钠的投加刺激了系统中反硝化菌Thauera的大量增殖,但随着具有内源反硝化能力的Denitratisoma丰度上升,促进了Anammox菌Candidatus Brocadia的丰度恢复,实现了Anammox系统的深度脱氮.
2023 Vol. 43 (4): 1735-1743 [摘要] ( 148 ) [HTML 1KB] [ PDF 1249KB] ( 421 )
固体废物
1744 魏佳欣, 亓传仁, 刘婉岑, 罗文海, 李国学, 张智烨
生物质覆盖对沼液污染气体排放的影响及机制
为探究锯末、园林废弃物和玉米秸秆在相同覆盖质量(650g)下对奶牛场黑膜沼气池发酵产生的沼液贮存过程中污染气体排放的影响,采用动态箱法测试了3种材料覆盖下沼液的氨气(NH3)、硫化氢(H2S)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)的排放量.结果表明,与不覆盖处理相比,覆盖对NH3有明显的减排效果,但N2O、CH4、CO2和H2S的排放量有所增加,从而提高了综合温室效应.总CO2排放当量增幅为:园林废弃物(26.0%)>玉米秸秆(24.7%)>锯末(12.9%).从微生物群落结构来看,覆盖处理抑制了具有化能异养、好氧化能异养、硝酸盐氨化、硝酸盐还原、亚硝酸盐呼吸和硝酸盐呼吸等功能的微生物活性,降低了沼液内部的碳、氮、硫循环强度.与园林废弃物和玉米秸秆相比,锯末覆盖明显降低了沼液内部拟杆菌科(Bacteroidaceae)和紫单胞菌科(Porphyromonadaceae)等细菌的相对丰度,对沼液内部的碳、氮循环抑制作用最大,更好地减弱了沼液内部的有机质分解和污染气体产生.然而,覆盖下的沼液总CO2排放当量却有所增加,这可能是由于材料覆盖厚度较小,导致覆盖的生物质材料腐解对气体排放的贡献大于覆盖材料对气体产生的抑制作用和对气体排放的阻挡、吸附作用.基于上述研究,锯末覆盖材料最难分解以致总CO2当量增加最少,且形成的隔层对沼液内部碳、氮循环的抑制作用最强,表现出较好的温室气体减排潜力.因此,应进一步研究更高厚度的锯末材料覆盖沼液对气体排放的影响,确定合适的覆盖参数,以实现沼液贮存过程中的污染气体减排.
2023 Vol. 43 (4): 1744-1756 [摘要] ( 100 ) [HTML 1KB] [ PDF 806KB] ( 574 )
1757 胡进会, 孟伟, 夏怡, 杨铮, 张欣雨, 祁光霞, 任连海
生物-非生物添加剂协同促进餐饮业厨余垃圾厌氧消化——产气效能及微生物菌群动态变化
围绕当前餐饮业湿热除油厨余垃圾(FORFW)厌氧消化甲烷产率不高、“酸积累”和“氨抑制”导致过程不稳定的问题, 基于生物-非生物协同强化湿热除油餐饮业厨余垃圾厌氧消化的课题组的前期发现,通过三因素三水平中温厌氧消化正交试验系统探究并优化接种比、铁类添加剂添加量和酵母菌添加量3个条件参数,同时借助高通量测序阐明生物-非生物添加剂协同促进FORFW产甲烷的内在微生物机理.研究发现,3个条件参数对FORFW厌氧消化的甲烷产率影响由高至低为接种比>酵母菌添加量>铁类添加剂添加量.接种比1.5、铁类添加剂0.5%(质量分数)、活化酵母菌3%(质量分数)为较优的使用条件. 在上述条件下, FORFW的挥发性固体(VS)去除率为40.1%,累积甲烷产率为237.5mL/gVS.体系中甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta)、互营单胞菌属(Syntrophomonas)和Syner-01属相对丰度明显增加,实现了乳酸来源的丙酸高效转化.其中,甲烷鬃毛菌属与厌氧绳菌科细菌互营产甲烷,互营单胞菌属参与互营丁酸氧化,Syner-01属参与互营乙酸氧化和氨基酸氧化.因此,FORFW的甲烷产率得到了切实保证.
2023 Vol. 43 (4): 1757-1764 [摘要] ( 128 ) [HTML 1KB] [ PDF 1138KB] ( 417 )
1765 束寅慧, 邵立明, 邓樱桃, 吕凡, 章骅, 何品晶
寒旱地区填埋场调蓄池新鲜渗滤液稳定化影响因素
为探索寒旱地区填埋场渗滤液实现生物稳定化的简便方法,本试验选择3种代表不同填埋龄期水质特征的渗滤液,在模拟调蓄池的厌氧环境中,按照4因素、3水平的正交规则,试验评估了渗滤液浓度(3.8,15.4,64.0g-COD/L)、污泥接种量(1,2,4g-VS/L)、搅拌频率(0,2,4次/h)、温度(10、20、30℃)4个因素对填埋场渗滤液生物稳定的影响.结果表明,渗滤液浓度和温度是影响稳定的主要因素.浓度最低(3.8g-COD/L)、温度最高(30℃)工况稳定时间最短(58d);浓度最高(64.0g-COD/L)工况仅在30℃下能在试验期(208d)内达到稳定.各试验组微生物群落结构分析表明,中低浓度(3.8和15.4g-COD/L)渗滤液各试验组古菌和细菌的群落结构基本相似,厌氧产甲烷代谢以Methanosaeta专营的乙酸营养型产甲烷途径为主;而高浓度(64.0g-COD/L)、30℃组达到稳定过程中,古菌和细菌群落发生明显演化,氢营养型产甲烷菌Methanofolli和Methanoculleus逐步富集且互营乙酸氧化菌属丰富的Firmicutes菌门的丰度增至80%以上,厌氧产甲烷以互营乙酸氧化产甲烷途径为主.依据试验结果分析,在调蓄池容量达到可容纳半年渗滤液产生量的条件下,在寒旱地区填埋场利用调蓄池稳定渗滤液具有应用可行性.
2023 Vol. 43 (4): 1765-1772 [摘要] ( 138 ) [HTML 1KB] [ PDF 1128KB] ( 340 )
1773 张山, 李宁, 黄婷, 苏明雪
污泥基生物炭导电性能的构效机制研究
本文通过制备工艺参数的调控,探究芳香化程度、缺陷程度、表面官能团等微结构与污泥基生物炭导电性能之间的构效机制.结果表明:污泥基生物炭芳香化程度越高,其π-π共轭结构越有利于电子的传递,因而导电性能越强.同时,与纯生物质炭规律相反,生物炭的缺陷程度随热解温度的升高而增大.结合XRD对污泥基生物炭成分的分析,该规律可能与污泥中难分解物质在生物炭表面的分布有关.热解温度为900℃,热解时间为30min条件下制备的生物炭电阻率仅为6.834Ω·cm,已经和纯生物质炭的导电性能极为接近.电化学测试表明低温(≤600℃)下制备的生物炭可能主要通过表面的氧化还原基团或金属完成电子转移,而高温下(>600℃)制备的生物炭则主要依赖其类石墨化结构完成电子的传导.
2023 Vol. 43 (4): 1773-1781 [摘要] ( 127 ) [HTML 1KB] [ PDF 1403KB] ( 633 )
土壤污染与控制
1782 任静华, 范健, 孙宇, 廖启林, 许伟伟, 刘玲, 韩超, 顾雪元
钝化土壤根际pH值和O2精细变化特征研究
采用自主构建的平面光极技术(PO),以凹凸棒石黏土钝化土壤-根系微界面为研究对象, 精细刻画土壤-根系微界面pH值和O2的同步变化特征.研究结果首次直观和定量证实,不同钝化土壤剖面pH值和O2在毫米尺度呈高度的空间异质性并具有显著的差异(P<0.01).添加凹凸棒石黏土使土壤pH值升高但对O2微环境影响不显著,钝化土壤-根系2~5mm范围内pH值降低0.31~0.87个单位,而O2含量增加至58.56~82.01μmol/L,靠近根基部位为根系分泌有机酸和O2的热点区域,与CK相比,中、高Cd污染钝化土壤-根系微界面酸化和释氧能力较强,在一定程度上会促进钝化Cd的再活化和水稻根系的吸收.
2023 Vol. 43 (4): 1782-1790 [摘要] ( 136 ) [HTML 1KB] [ PDF 2422KB] ( 310 )
1791 石庆红, 杨秀娟, 赵之, 樊恒辉, 孟敏强, 马兴业
工业废渣-过硫酸钠协同固化/稳定化石油污染土配比优选研究
采用过硫酸钠、石灰、粉煤灰、电石渣为固化剂材料,设置4因素4水平正交试验,研究不同配比下石油污染土的无侧限抗压强度、毒性浸出浓度、酸中和容量的变化规律,并通过模糊优选理论筛选出固化剂最优配比,利用pH值、温度、S2O82–含量、总石油烃含量、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)试验分析固化机理.试验结果表明:从极差分析得到过硫酸钠对石油污染土的无侧限抗压强度和毒性浸出浓度影响最大,石灰对酸中和容量影响最大;以无侧限抗压强度、毒性浸出浓度、酸中和容量和处理成本作为模糊优选指标,过硫酸钠、石灰、粉煤灰、电石渣掺量分别为0.6%、8.0%、10.0%、6.0%时为最优配比,此时处理后的污染土7d无侧限抗压强度为630.40kPa,毒性浸出浓度为4.44mg/L,酸中和容量为385.71cmol/kg,处理成本为136.46元/t,处理后的污染土达到了废物再利用的强度和环境安全要求;过硫酸钠氧化去除土中部分石油,石灰、粉煤灰和电石渣水化反应生成胶凝物质包裹吸附石油,并胶结土壤颗粒,使处理后的污染土毒性浸出浓度降低,强度及酸中和容量提高.
2023 Vol. 43 (4): 1791-1801 [摘要] ( 133 ) [HTML 1KB] [ PDF 2671KB] ( 372 )
环境生态
1802 史敬文, 张瑞杰, 韩民伟, 王煜轩, 王辰燕, 李浩蓝, 康亚茹, 刘方, 覃素丽, 余克服
北部湾涠洲岛珊瑚礁区多环芳烃污染特征研究
采用气相色谱串联三重四极杆质谱仪(GC-MS/MS)对北部湾涠洲岛珊瑚礁区海水、沉积物和珊瑚中除萘(NAP)以外的15种优控多环芳烃(PAHs)的污染特征进行了研究.结果表明,涠洲岛珊瑚礁区海水、沉积物和珊瑚中普遍存在PAHs,且均以3环PAHs占优势(68.47%~85.62%).海水((2004.49±946.22) ng/L)、珊瑚组织((2487.58±1375.33) ng/g)和珊瑚共生虫黄藻((2496.76±979.26) ng/g)中PAHs总体积或质量(干重)浓度(∑15PAHs)较高,而沉积物((61.38±37.41) ng/g)中∑15PAHs较低.与2015年10月的水体和珊瑚组织相比,本次调查的涠洲岛珊瑚礁区PAHs污染显著加重.珊瑚共生虫黄藻中∑15PAHs与其叶绿素a浓度((2.14±1.92) mg/L)呈现显著的负相关性(P<0.05),表明生物稀释效应对珊瑚共生虫黄藻中∑15PAHs具有重要影响,即共生虫黄藻繁殖与生长过快将会导致叶绿素a浓度升高而∑15PAHs降低.生态风险评价表明,涠洲岛珊瑚礁区海水中大部分3环和4环PAHs已处于对海洋生物的中高生态风险,而沉积物中仅芴(FLU)、菲(PHE)和芘(PYR)对海洋生物达到中度生态风险,有关PAHs对珊瑚共生虫黄藻的毒性效应仍需进一步研究.源解析结果表明涠洲岛珊瑚礁区海水中PAHs主要来源于石油泄漏以及煤和生物质燃烧,沉积物中PAHs主要来源于石油泄漏和化石燃料燃烧.
2023 Vol. 43 (4): 1802-1811 [摘要] ( 158 ) [HTML 1KB] [ PDF 1084KB] ( 580 )
1812 孔令晖, 罗明科, 余辉, 华祖林
长江中游湖南段湖泊重金属时空累积因素研究
为阐明社会经济发展对湖泊沉积物重金属时空富集的影响,采集了长江中游湖南省大于10km2的湖泊沉积物,通过137Cs和210Pb放射性核素计年法、地化学背景值稳定层法及多元统计学法解析了湖南湖泊沉积物5种重金属的背景值;基于背景值结果,识别了重金属高背景区不同经济发展水平的岳阳南湖(城区)、黄盖湖(近郊)和华容东湖(远郊)的主要生态毒性风险元素,利用岭回归估计构建STIRPAT扩展模型,分析了人口总数、人均GDP、城镇化率、第二产业占比、第三产业占比、采掘业与制造业生产总值等6种社会经济发展指标与特征重金属的时空关系.结果表明,沉积物中Cr、Cu、Zn、Cd和Pb的地化学背景值分别为98,30,78,0.22和26mg/kg,分别是湖南土壤背景值的1.46,1.11,0.82,2.75和0.96倍;地累积指数显示,重金属总生态毒性风险顺序为岳阳南湖>黄盖湖>华容东湖,Cd是岳阳地区湖泊生态毒性风险主要贡献元素;STIRPAT扩展模型中,人口总数、城镇化率、实际人均GDP、第二产业占比、第三产业占比、采掘业和制造业生产总值的标准化系数分别为0.1396,0.0969,0.1922,0.1367,0.1264和0.1929,表明采掘业与制造业、人均GDP、人口总数对Cd污染影响最大.因此,采用土壤背景值评估湖泊生态环境不太准确,流域人口城镇化过程中采掘与制造业对湖泊Cd的富集量影响较大.
2023 Vol. 43 (4): 1812-1823 [摘要] ( 139 ) [HTML 1KB] [ PDF 1124KB] ( 436 )
1824 杨帅琦, 何文, 王金叶, 李何英, 姚月锋
基于MCR模型的漓江流域生态安全格局构建
以典型喀斯特地貌的漓江流域为研究单元,基于景观生态风险度和景观连通性指数提取生态源地,在最小累计阻力模型和重力模型的帮助下识别潜在生态廊道和潜在生态节点并进行赋级,最终结合流域山水林田湖草沙一体化治理工程构建区域生态安全格局.结果表明:①流域景观生态风险呈“中部南部高、东部北部低”的空间特征,较高、高风险区占流域面积43.34%.②流域内存在5个生态源地,主要为林地和自然保护区,总面积达1689.05km2,占流域总面积28.99%.③识别潜在生态廊道6条和潜在生态节点38个,集中分布在灵田镇附近.④参考生态阻力面和未来规划,构建漓江流域为“生态保育、修复、管控一体,廊道带建设并行”的生态网络格局;此外为保证廊道带的顺利建设,在区县尺度上对灵川、兴安两地给予更多的生态补偿资金及技术支持.研究可为漓江流域生态系统功能提升及国土空间保护修复提供科学指导.
2023 Vol. 43 (4): 1824-1833 [摘要] ( 158 ) [HTML 1KB] [ PDF 4322KB] ( 352 )
1834 吴东浩, 陈芳斐, 孟晓辰, 吴浩云, 吴亚男, 陈红
基于沉水植物的太湖适宜生态水位研究
基于2000~2020年长系列监测数据,分析了太湖水文、水环境、水生态变化特征及相互关系.结果表明,2000~2020年太湖水位较1980~2000年抬升明显,2000年以来太湖水体总磷和叶绿素a浓度波动上升,沉水植物分布面积波动下降.长期来看,太湖水位对沉水植物分布面积具有一定影响,1~2月水位、3~4月水位、1~4月水位、5~7月水位、水位超过3.5m天数与当年5月沉水植物分布面积之间显著或极显著负相关,太湖年均水位、8~9月水位、水位超过3.5m天数与次年5月沉水植物面积之间显著负相关,水位对8月沉水植物面积的影响相对较弱.东西山之间水域、东茭咀水域是现阶段太湖沉水植物重点恢复区.结合沉水植物生活史,研究提出太湖适宜生态水位建立方法,建立的适宜生态水位具有较好的水文节律,且与太湖沉水植物水位需求吻合.沉水植物对太湖长期高水位具有一定的适应性,短期内正常的水位波动不会导致沉水植物分布面积剧烈降低,但受人工水草收割影响明显.降低水位是恢复太湖沉水植物的有效手段之一,但当前流域防洪、供水、水生态、水环境对太湖水位有不同需求,应在优化完善水草收割方案前提下,尽快建立太湖多目标统筹协调调度水位.
2023 Vol. 43 (4): 1834-1843 [摘要] ( 152 ) [HTML 1KB] [ PDF 1173KB] ( 620 )
1844 杨璟爱, 韩少强, 杨健安, 王记鲁, 刘金冠, 田雨, 张亚尼, 薛鹏飞, 王艳丽, 赵志强, 陈晨, 崔连喜, 杨华, 张静
天津降水季节特征及不同气团来向离子来源分析
基于天津2019年3月~2022年2月的大气降水样品,分析降水季节性变化及无机离子和有机酸来源,降水pH值均值为6.68,电导率均值为46.8μS/cm,总离子浓度均值为726μeq/L,降水离子整体呈现“冬高夏低”的季节特征,SO42-和NO3-对总自由酸度(TFA)的贡献率为89.6%,是主要致酸离子.基于HYSPLIT模型得出降水主要受5个来向气团影响,春冬季以离子浓度较高的北部气团和西北部气团来向为主,占比60.0%~62.5%,夏秋季离子浓度较低的南部气团、东部气团和东南部气团占比较大,达到60.0%~97.8%.富集因子分析表明Ca2+、Mg2+和K+主要来源于土壤;Cl-的主要来源为海洋;Na+的来源包括土壤;SO42-和NO3-主要来自人为源.根据有机酸来源判定,植物生长和土壤释放等直接来源对天津有机酸浓度贡献较大,不饱和烃类的大气光化学反应等间接来源贡献较小.正矩阵因子分析(PMF)源解析表明,天津大气降水离子来源包括生物质燃烧源、垃圾焚烧源、二次无机源、生物排放和二次有机源、海源及工业源、陆源及扬尘源.
2023 Vol. 43 (4): 1844-1856 [摘要] ( 116 ) [HTML 1KB] [ PDF 1075KB] ( 333 )
1857 张葵, 周连凤, 陈威, 邵科, 吴文勇, 陈昱霖, 杨涵, 马沛明
雅砻江下游大型底栖无脊椎动物群落结构及与环境因子的关系
为了解雅砻江下游梯级水电开发对底栖动物的群落结构的影响,22个样点的调查分别于2020年春季(5月)和秋季(10月)开展.对不同类型河段(自然河段、坝上库区段和坝下河段)样点的底栖动物群落结构特征及其与环境因子的关系进行分析.结果表明:2020年雅砻江下游共鉴定底栖动物82种(属),优势种为摇蚊属Chironomus sp.和四节蜉属Baetis sp.,与历史研究相比,雅砻江下游在梯级水电开发后,底栖动物优势类群不再包含适应急流生境的类群,仅有适应静缓流的类群.春、秋季的底栖动物现存量和Shannon-Wiener多样性指数在不同河段间(自然河段、坝上库区段和坝下河段)均无显著性差异,春季底栖动物密度显著小于秋季(n=42, P<0.05).PCoA和Adonis配对检验分析表明,空间上,春、秋季的底栖动物群落在自然河段、坝上库区段和坝下河段间均无显著差异;时间上,春、秋季底栖动物群落整体上具有显著性差异(n=42, P<0.01),主要贡献者为摇蚊幼虫.CCA和Envfit拟合分析表明,底栖动物群落在春季的主要影响因子为Chl-a、CODMn;在秋季的主要影响因子为NO2--N、TN、T、EC.
2023 Vol. 43 (4): 1857-1866 [摘要] ( 183 ) [HTML 1KB] [ PDF 1264KB] ( 687 )
1867 张寒博, 杨骥, 荆文龙, 邓应彬
多种特征因子结合GBDT的降水数据降尺度方法研究
结合增强型植被指数(EVI)、大气可降水量(PWV)、地表温度(LST)、坡度(Slope)、坡向(Aspect)、海拔(Altitude)及经纬度(LON, LAT)提出了一种基于机器学习算法结合站点数据校正的降尺度框架.分析了前馈神经网络(FNN)、随机森林(RF)、梯度提升决策树(GBDT)在长江流域GPM IMERG数据空间降尺度过程中的鲁棒性差异;考虑了2001—2019年不同季节植被对降水降尺度结果的时滞效应;探究了降尺度数据对GPM的校正效果与降水量的关系.通过站点实测数据对模拟结果进行精度分析,结果表明:3种降尺度结果在得到1km空间分辨率降水数据的同时,也不同程度提高了数据的精度.其中,GBDT模拟结果对降水细节特征表达更明显,可以很好地反应降水的空间异质性.并且它在年、季时间尺度上模拟的结果在各研究区内的精度均为最优(年R2=0.748~0.958,季R2=0.518~0.909),有更好的降水捕获能力和更强的模型鲁棒性;春冬季植被的滞后性对GPM降尺度结果的响应最为敏感,最佳滞后期分别为1个月和2个月,夏秋季时滞效应不明显,基本无滞后期;降尺度数据相比原始数据提高的R2与降水量呈正相关,相关系数达到0.630~0.844.
2023 Vol. 43 (4): 1867-1882 [摘要] ( 111 ) [HTML 1KB] [ PDF 4456KB] ( 471 )
1883 赵武生, 石培基
基于InVEST模型的复合生态系统耦合协调关系研究——以兰西城市群为例
引入指数功效函数模型测算兰州—西宁城市群的经济社会发展状况,基于InVEST模型评估城市群的生态系统服务水平,并运用耦合协调度模型剖析经济—社会—生态子系统的耦合协调关系及时空变化特征. 结果表明: 2000-2020年间,兰西城市群经济、社会子系统发展呈典型的“双核心”模式,城市群次中心发展不充分,低水平县区广布特征明显; 水源涵养、水土保持和固碳释氧服务均呈增长趋势,且呈不同的空间分异态势; 综合生态系统服务呈现从东北向西南递增的阶梯状格局,高值区集中在三江源地区,低值区位于白银市; 经济—社会—生态子系统处于高度耦合状态,总体演进趋势一致,互动关系紧密; 协调度增长14.63%,高值区位于各市州城市建成区,低值区集中分布于城市群东北部,不同协调度分区滞后子系统不同.
2023 Vol. 43 (4): 1883-1894 [摘要] ( 149 ) [HTML 1KB] [ PDF 2623KB] ( 672 )
1895 王昱, 朱家乐, 冯起, 刘蔚, 贺昱华, 王旭, 刘开清
黑河上中游流域梯级库区夏季重金属汇源解析
为探究梯级筑坝对河流重金属空间分布的影响,于2019年8月在黑河上、中游的干、支流河段采集水体、沉积物及岸边土壤样本,测定了8种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Mn、As)的含量,利用反距离加权插值法、主成分分析法等分析了河流重金属的空间分布和来源.结果表明,黑河中上游库区重金属仍处于“汇”阶段,筑坝蓄水主要表现出“拦截效应”,源于各重金属迁移释放能力不同,少量重金属被“拦截”于中部库区.同时,受干支交汇水力特性影响,其富集效应也较明显.主成分分析等指出,As、Cd、Pb、Zn和Cu主要源于矿产开采活动,Mn、Cr、Ni分别源于工业生产、城市排污、自然因素等.Cu含量的空间分布特征还显示,其于沉积物、岸边土壤中的含量能指示断面附近有矿产开采等迹象.研究结果可为我国梯级筑坝河段的重金属控制和有效管理提供参考.
2023 Vol. 43 (4): 1895-1905 [摘要] ( 148 ) [HTML 1KB] [ PDF 3304KB] ( 268 )
碳排放控制
1906 曾贤刚, 余畅, 孙雅琪
中国农业农村碳排放结构与碳达峰分析
分别计算了种植业、畜牧业以及农村居民生活的碳排放量及碳排放强度,并对其差异性和收敛性进行分析.结果表明: 我国种植业和畜牧业均在2015年实现较为稳定的达峰,峰值分别为68821.02万t、39909.4万t二氧化碳,而农业农村整体的碳排放量在2017年实现了碳达峰,达峰排放总量为150039万t二氧化碳;在排放结构方面,种植业碳排放量所占的比例较大,基本维持着约50%的比重,而居民生活碳排放的占比急速上升,在2019年占比在30%左右,农村居民生活碳排放主要来源于居民生活能源消费;就农业农村碳排放强度整体而言,泰尔指数变动表明差异总体增加,σ收敛和β收敛表明碳排放强度向总体平均水平收敛.农业承担粮食安全的重任,在碳达峰之后,在完成碳中和目标的同时,还应保证粮食产量.未来应在提高耕地质量、推广高产低碳品种、提高农业生产要素的利用率以及提高技术水平几方面作出努力,以提升农业技术效率, 实现持续碳减排.
2023 Vol. 43 (4): 1906-1918 [摘要] ( 161 ) [HTML 1KB] [ PDF 897KB] ( 1329 )
1919 任杨千千, 连懿, 李海笑, 高晖春, 董建康, 贺梦璇
中国大陆CO2浓度时空分布特征及驱动因素
以中国大陆地区为研究区域,基于全球变化大数据云共享平台的CO2浓度时空连续数据集、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、MODIS以及中国年鉴筛选的驱动因子数据集(人口总数、GDP、能源消费数据),借助相关性分析方法及地理加权回归分析方法对2015~2019年CO2浓度分布时空特征与驱动因子之间的关系进行分析.结果表明:CO2浓度按年周期持续上升,其增长率呈明显的空间聚集性,同时重新标度极差法分析结果表明CO2浓度仍呈增长趋势;驱动因子敏感性分析显示人类活动是导致CO2浓度增长的主要因素;自然和人类活动对区域CO2浓度的影响呈现出明显的空间异质性,区域位置不同,自然和人类活动等驱动因子对区域的影响作用有差异.
2023 Vol. 43 (4): 1919-1929 [摘要] ( 153 ) [HTML 1KB] [ PDF 2609KB] ( 499 )
1930 邢冉, 秦伯强, 包宇飞, 戴江玉, 曾晨军, 朱琳, 施文卿
三峡水库淤沙净碳排放量核算
为厘清三峡水库净碳排放量,通过对比分析三峡大坝建设与未建设情景下泥沙携带有机碳在河道中迁移转化过程,核算了两种情景下碳排放通量.结果表明:三峡大坝不仅没有增加反而降低了泥沙在河道输送过程中产生的碳排放通量,降幅达到(23.24 ±1.05)%.三峡大坝对有机碳输送产生明显再分布效应,将有机碳分解与碳排放热区从长江口转移至库内.虽然水库缺氧环境促进甲烷产生,但较高的有机碳埋藏率促使碳排放量下降.
2023 Vol. 43 (4): 1930-1936 [摘要] ( 134 ) [HTML 1KB] [ PDF 514KB] ( 379 )
1937 熊洁, 左晓俊, 李路程, 李婷, 陆建刚
城市排水管网中温室气体减排策略研究进展
通过梳理当前国内外城市排水管网温室气体研究现状,本研究分析了管网微生物特性,阐述了排水管网中温室气体产生机理,在此基础上探讨了CO2、CH4和N2O的物理、化学控制方法(如高铁酸盐等),最后给出了排水管网温室气体减排潜在策略.建议今后应加强天然化学品控制(如尿液)和资源化利用的深入研究,为城市排水系统碳减排提供数据和理论支持.
2023 Vol. 43 (4): 1937-1945 [摘要] ( 145 ) [HTML 1KB] [ PDF 386KB] ( 763 )
1946 康哲, 李巍, 刘伟
黄河流域城市群工业减污降碳影响因素与策略
选择呼包鄂榆、关中平原和中原三大城市群,对2000~2019年工业CO2与局地大气污染物(LAP)排放的变化趋势进行分析,采用随机森林模型识别了工业减污降碳的关键影响因素及其非线性响应关系,因地制宜地提出减污降碳协同推进策略.结果表明,工业CO2排放量呈上升趋势,关中平原与中原城市群排放强度下降,但仍有较强的减排潜力.LAP排放量与排放强度显著下降.工业CO2排放与工业LAP排放趋势并不同步.关键影响因素中,规模以上工业增加值与万元工业增加值能耗为工业CO2和LAP排放的共同关键影响因素;高技术产业占工业增加值比重、研究与试验发展(R&D)支出占GDP比重、工业二氧化硫去除率仅是LAP排放的关键影响因素,且在不同城市群存在差异性.部分指标呈现显著的非线性响应关系,工业规模效应, R&D投入配置扭曲,绿色技术效用的滞后性等是产生非线性特征的重要原因.为实现减污降碳协同推进,提出将降碳作为重点、加快产业结构优化升级、持续推进能耗双控、提高能源利用效率等建议.
2023 Vol. 43 (4): 1946-1956 [摘要] ( 115 ) [HTML 1KB] [ PDF 1030KB] ( 554 )
环境毒理与健康
1957 盛众, 陈家乐, 王斌杰, 吴元钊, 姚伟宣, 王继业
伏杀硫磷对斑马鱼心脏发育毒性及氧化损伤机制
以斑马鱼为研究对象,评价伏杀硫磷急性暴露对幼鱼心脏发育毒性及氧化损伤作用.结果表明,1和3mg/L的伏杀硫磷导致斑马鱼胚胎孵化率分别下降10.37%和22.96%,体长分别缩短11.77%和19.40%,心率显著下降,产生心包水肿等胚胎发育畸形.抗氧化酶(SOD,CAT)活性检测显示伏杀硫磷造成斑马鱼幼鱼体内SOD活性随浓度增加先上升后下降,CAT活性显著下降;活性氧(ROS)检测表明伏杀硫磷对幼鱼的心脏部位造成氧化损伤;Tg(cmlc2:EGFP)转基因斑马鱼证明伏杀硫磷诱导幼鱼的心房和心室过度分离;吖啶橙(AO)染色显示幼鱼心脏部位发生细胞过度凋亡;心脏发育相关的基因中nppa和sox9b显著上调,gata4和vmhc显著下调;凋亡相关基因bcl2、bax、Puma、Mdm2的表达均显著下调.伏杀硫磷暴露造成的心脏发育毒性与氧化损伤和细胞凋亡平衡的破坏相关.
2023 Vol. 43 (4): 1957-1966 [摘要] ( 124 ) [HTML 1KB] [ PDF 1982KB] ( 368 )
1967 徐小安, 徐升敏, 吴李君
PM2.5典型组分诱导MRC-5细胞衰老效应及其机制研究
为探究PM2.5及其典型组分对肺组织细胞衰老的影响及其作用机制,分别选取PM2.5标准品SRM1649a、核心颗粒炭黑FW200以及主要有机组分苯并[a]芘(B[a]P)暴露处理正常人胚肺成纤维细胞(MRC-5).实验通过SA-β-Gal活性来评估MRC-5细胞衰老情况,并进一步探讨细胞内活性氧水平、DNA损伤及线粒体膜电位等对细胞衰老的诱导机制.结果发现,在对细胞活力没有影响的情况下,SRM1649a和B[a]P能够显著增加MRC-5细胞衰老的比率,而FW200暴露组的细胞衰老情况并未发生显著变化.相关机制研究显示,炭黑FW200处理仅能导致DNA双链断裂但不会引起细胞衰老,B[a]P暴露可能通过激发ROS水平变化而引发细胞衰老,而混合物SRM1649a能够导致DNA双链断裂和线粒体膜电位的下降,从DNA损伤以及线粒体功能障碍等方面诱导细胞衰老.上述结果表明PM2.5主要组分的毒性效应存在差异,并在混合物PM2.5中体现出协同促进效应.
2023 Vol. 43 (4): 1967-1977 [摘要] ( 119 ) [HTML 1KB] [ PDF 3252KB] ( 348 )
1978 石岩松, 王婧, 崔文杰, 王予頔, 张海红, 端正花
不同形态微塑料和汞对斑马鱼胚胎发育毒性联合作用研究
为探讨不同形态微塑料对生物体的毒性差异,本研究比较了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)颗粒(直径约70~250µm)和纤维(长度约3~5mm,直径约20µm)与重金属汞(Hg)对斑马鱼胚胎发育的联合毒性效果.结果表明,Hg单独暴露对斑马鱼胚胎造成了胚胎发育毒性(如血流发育障碍,心跳变缓和孵化率降低)以及心包囊水肿和尾巴畸形效应,48和72h的畸形率分别高达31.3%和91.7%.纤维状(f-PET)和颗粒状(p-PET)微塑料都会减轻Hg的胚胎发育毒性.从代谢组学的数据来看,Hg对机体造成的糖代谢和氨基酸代谢紊乱效应在微塑料和Hg联合暴露组也显著降低(P<0.01).但是,由于对Hg吸附能力和过程的差异,p-PET更显著缓解Hg造成的24h血流障碍效应,而在暴露后期在降低Hg对斑马鱼胚胎畸形毒性方面不如f-PET显著.因此,微塑料与Hg的联合毒性效果与微塑料的形态有关.
2023 Vol. 43 (4): 1978-1984 [摘要] ( 192 ) [HTML 1KB] [ PDF 619KB] ( 599 )
1985 阎学凤, 杨斌, 于红, 杨桂朋, 何真
抗生素对微藻的毒性作用和卤代烃释放的影响
探究了磺胺二甲基嘧啶(SMZ)和氧四环素(OTC)对中肋骨条藻的毒性作用及挥发性卤代烃(VHCs)释放的潜在作用.结果表明:10mg/L SMZ和OTC在暴露中后期抑制中肋骨条藻的生长,对藻细胞密度、叶绿素a浓度和最大光化学效率(Fv/Fm)的最大抑制率达到最大值,分别为90.74%, 91.25%, 83.46%和87.16%, 87.04%, 87.43%.抗生素暴露下可溶性蛋白含量明显较对照组低;过氧化氢酶活性随抗生素浓度的增加和暴露时间的延长呈现先升高后降低的趋势,表明2种抗生素高浓度暴露对微藻生长均有明显的毒性作用,其中SMZ毒性抑制作用高于OTC.抗生素暴露诱导藻细胞内活性氧(ROS)的产生量增加.另外,抗生素的添加对VHCs的释放表现出不同程度的促进作用,可能是由于卤过氧化物酶(HPO)催化H2O2进行卤化反应产生抗氧化应激的VHCs,避免过量ROS对藻细胞造成损伤.由此说明,微藻3种VHCs的释放对抗生素的响应受到微藻的生物量及HPO酶催化机制共同控制.
2023 Vol. 43 (4): 1985-1994 [摘要] ( 151 ) [HTML 1KB] [ PDF 517KB] ( 396 )
环境微生物
1995 田力, 安明态, 张央, 吴墨栩
三种宽瓣亚属植物生境土壤真菌群落特征
以杏黄兜兰、文山兜兰、同色兜兰为研究对象,调查生境信息,采用ITS高通量测序对生境土壤真菌群落结构、真菌功能群注释及多样性进行分析,并揭示环境因子的影响.结果显示,3种兜兰生境土壤样品共获得1105个可操纵分类单元(OTU),包含322种真菌,隶属10门29纲70目151科256属,3种兜兰生境土壤真菌群落中出现48个共有OTU,同色兜兰含489个特有OTU,文山兜兰有221个,杏黄兜兰202个,3种兜兰生境土壤真菌群落在门、纲、科、属水平均存在不同优势类群,FUNGuild真菌功能群注释可知,3种兜兰生境土壤真菌功能群均以腐生真菌、外生菌根为主,同色兜兰生境土壤真菌功能类群更加复杂;3种兜兰之间土壤真菌的ACE指数与Chao1指数无明显差异,而同色兜兰Simpson指数与Shannon指数显著高于杏黄兜兰,且极显著高于文山兜兰.Beta多样性发现3种兜兰生境土壤真菌群落组成与结构差异明显(P=0.001),且分类水平越高,差异越大;冗余分析揭示了经纬度与植被类型是对3种兜兰生境土壤群落变化影响最大的因子,所选环境因子共揭示真菌群落变化的44.08%.mental检验显示土壤pH值显著影响3种兜兰生境土壤真菌的alpha多样性.Spearman相关性分析证实多种真菌优势类群与土壤理化因子的显著相关.以上研究表明,杏黄兜兰、文山兜兰、同色兜兰的土壤真菌群落存在不同的结构特征、真菌功能群,真菌多样性存在显著差异.环境因子导致了3种兜兰生境土壤真菌群落结构变化,而土壤理化性质影响了真菌群落优势类群的分布.
2023 Vol. 43 (4): 1995-2006 [摘要] ( 118 ) [HTML 1KB] [ PDF 2466KB] ( 380 )
2007 程阳眷, 黄丹, 王玉璠, 汪美贞
环境介质对微生物群体感应信号分子的影响
群体感应(QS)是一种细菌谈话机制,指微生物通过释放信号分子进行细胞间交流,调控自由基释放、生物膜形成、基因水平转移等一系列群体行为.环境中广泛存在或使用的介质材料与信号分子相互作用进而影响这些群体行为.关于群体感应信号分子及其调控机制的综述很多,但却尚未有环境介质对胞内外信号分子影响的总结.本研究综述了微生物各类信号分子理化性质和生物功能,分析并总结了土壤矿物、纳米材料、生物炭和天然小分子化合物等环境介质对信号分子的影响,阐明了信号分子与环境介质之间的构-效关系,以期为深入理解真实环境中微生物群体感应调控行为提供重要参考.
2023 Vol. 43 (4): 2007-2016 [摘要] ( 195 ) [HTML 1KB] [ PDF 430KB] ( 781 )
2017 刘敏, 张涛, 李龙, 峥嵘, 杨传东, 王祖华
旅游踩踏对梵净山植物根系真菌群落的影响
为探讨旅游踩踏对世界自然遗产地梵净山地区植物根系真菌群落的影响,在梵净山海拔1100,1500和2000m处设置极重度踩踏区、重度踩踏区、中度踩踏区、轻度踩踏区和未踩踏区,利用高通量测序技术分析植物根系真菌群落特征.结果表明:子囊菌门(Ascomycota)为优势真菌门,晶杯菌科(Hyaloscyphaceae)、皮盘菌科(Dermateaceae)、小蔓毛壳科(Herpotrichiellaceae)和球囊霉科(Glomeraceae)为优势科.中度踩踏区或轻度踩踏区植物根系真菌具有较高丰富度和多样性,旅游踩踏、海拔、旅游踩踏和海拔交互作用均显著影响植物根系真菌群落组成.海拔、旅游踩踏、根组织密度和叶生物量显著影响植物根系真菌丰富度,Shannon指数受海拔、旅游踩踏、比根长、根碳含量和叶生物量的显著影响.旅游踩踏、海拔、土壤全碳、土壤全磷、根碳含量、平均根直径、叶生物量和叶碳含量显著影响植物根系真菌群落结构,其中土壤和植物根叶碳磷含量对塑造真菌群落的贡献最大.
2023 Vol. 43 (4): 2017-2027 [摘要] ( 142 ) [HTML 1KB] [ PDF 1573KB] ( 374 )
2028 王艳红, 郝兆, 薛文凯, 孟华旦尚, 德吉, 郭小芳
纳木措不同水文期水体酵母菌影响因素分析
于2020年8月(丰水期)和2021年5月(枯水期)对纳木措水体可培养酵母菌群落结构特征进行研究,共分离得到33个属70个种的2411株酵母菌.生物信息学和统计学结果显示,纳木措不同水文期水体酵母菌总丰度、物种组成和群落结构存在显著差异,枯水期水体pH值、电导率、化学需氧量及总氮显著高于丰水期.中性群落拟合及相关性分析显示,相较随机过程而言,确定性过程对水体可培养酵母菌群落结构的影响更为明显,水体氨氮、总磷、电导率以及化学需氧量是显著影响水体酵母菌群落结构的环境因子.生态位量度显示,枯水期酵母菌优势种生态位宽度指数和生态位重叠指数均低于丰水期,环境因子对优势酵母菌类群的资源利用方式及种间关系具有较大影响.对枯水期水体营养水平的监测有助于纳木措水体酵母菌资源的保护.
2023 Vol. 43 (4): 2028-2038 [摘要] ( 138 ) [HTML 1KB] [ PDF 1515KB] ( 312 )
2039 张伟, 郭逍宇, 王敏, 梁籍, 吴东丽
高度人工化城市河道微生物优势和稀有组分扩散过程分析——以北运河为例
以微生物定性和定量数据类型作为原始数据矩阵,采用陆地扩散模型(PCNM)、不对称分层分支扩散模型(MEM)和单一方向扩散模型(AEM)对北运河浮游微生物群落中优势和稀有组分空间扩散过程进行了模拟.研究结果表明:优势组分基于不同类型扩散模型的拟合度明显高于稀有组分.AEM模型与优势组分空间分布拟合度较高,不同类型模型在拟合稀有组分的空间分布方面不具有显著差异.与MEM模型相比较,本研究中的优势组分和稀有组分的PCNM模型与AEM模型具有更高的协同解释率.基于定量数据矩阵的优势和稀有类群拟合模型精度均高于定性数据矩阵,表明高度人工化的城市河道水体优势和稀有组分微生物扩散作用均独立于环境选择起作用.这与方差分解过程中优势和稀有组分单独空间解释率分别占到了18.3%和7.4%,与单独的环境解释率分别是18.6%和7.6%的分析结果一致.优势组分具有显著的地理衰减模型,TN、TP等关键环境要素与扩散变量协同作用是主导优势组分多样性的构建过程.
2023 Vol. 43 (4): 2039-2046 [摘要] ( 121 ) [HTML 1KB] [ PDF 811KB] ( 431 )
环境影响评价与管理
2047 李佳硕, 孙千惠, 王文鑫, 杨帆
“上大压小”降低中国煤电的大气污染排放——基于供应链视角
通过构建点源精度的煤炭运输网络模型,编制高空间分辨率的煤电供应链大气污染物(氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、颗粒物(PM)和大气汞(Hg))排放清单,从供应链视角全面评估该政策在2011~2018年间对中国煤电供应链的污染减排效应.结果表明,尽管我国燃煤发电总量增长了38.6%,但煤电供应链NOx、SO2和Hg排放总量分别仅增加了10.4%、16.2%和6.8%,PM排放总量甚至减少了15.8%.相较于退役电厂,新建电厂NOx、SO2、PM和Hg的供应链排放强度分别下降了63.2%、62.1%、90.2%和67.8%.从供应链的各环节来看,燃煤发电阶段的排放强度降幅最大;开采单位煤炭产生的排放基本不变;运输单位煤炭产生的排放小幅下降.本研究还从优化厂址布局、加强矿山管理和提升末端治理技术等方面提出了减排政策建议,也为其他高污染行业的减排路径探索提供重要参考.
2023 Vol. 43 (4): 2047-2056 [摘要] ( 147 ) [HTML 1KB] [ PDF 1370KB] ( 487 )
2057 张正峰, 张栋
基于社会网络分析的京津冀地区碳排放空间关联与碳平衡分区
基于2005、2010、2015和2017年的碳排放/碳汇数据,利用社会网络分析和探索性空间数据分析对京津冀县级尺度的碳排/碳汇的空间关联作用进行实证分析并进行碳平衡分区划分,提供了在县级空间尺度上划分碳平衡区的路径.研究结果表明:(1)京津冀地区碳排放年均增长率由2005-2010年间的10.05%放缓至2010-2017年间的1.25%,碳汇总量先降后增,2010-2017年间增长15%,但2017年净碳排放量达到了6亿t,反映了当前碳中和压力仍然巨大,京津冀北部和西部是主要的碳补偿率高值区,京津唐、石家庄和邯郸-邢台及其周边地区是主要的碳补偿率低值区;(2)京津冀碳排放空间网络格局逐渐清晰,形成了京津碳排放区、石家庄碳排放区、邯郸碳排放区三个主要的碳排放空间联动区,分别占整个区域面积的36.65%、9.64%、6.76%;(3)根据实证结果,京津冀区域被划分为集中碳汇区、局部调节区、核心-联动碳排区、分散-联动碳排区、分散-孤岛碳排区、一般-联动碳排区、一般-孤岛碳排区7个碳平衡功能区,分别占整个区域面积的22.07%、32.62%、12.81%、0.45%、1.14%、22.55%、8.36%,且有19个关键县域被识别并定义为核心县域、行动县域或桥梁县域.
2023 Vol. 43 (4): 2057-2068 [摘要] ( 143 ) [HTML 1KB] [ PDF 2853KB] ( 653 )
2069 黄仁辉, 高明
考虑奖惩分配激励机制的环境污染第三方治理演化博弈
为解决环境责任归属模糊背景下环境污染第三方治理中的信息不对称问题,本研究构建了排污企业、第三方治理企业和地方政府的三方演化博弈模型,探索激励政策体系对参与主体策略选择的作用机制,探讨了不同情形下系统实现演化稳定状态的基本条件,并在此基础上结合数值仿真验证了关于博弈系统和主体策略演化稳定性分析的科学性.研究发现:设置合理的奖惩金额与分配系数、提升双方企业的声誉收益以及控制地方政府的监督成本是影响三方主体策略选择的关键影响因素;依据“责任分担原则”设计的奖惩分配激励机制对于促进委托代理双方达成信任合作具有正面作用;排污企业较第三方治理企业表现出更强的收益敏感性.为此,需落实排污企业的污染主体责任地位,并尽可能提高其奖惩分配比例.
2023 Vol. 43 (4): 2069-2080 [摘要] ( 119 ) [HTML 1KB] [ PDF 1312KB] ( 396 )
中国环境科学
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