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2023年  第36卷  第4期

目录
大气环境
黄河流域城市PM2.5时空分异特征及污染物解析
徐雯丽, 陈强强
2023, 36(4): 637-648. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.06
摘要(403) HTML (93) PDF(170)
摘要:
分析揭示黄河流域城市PM2.5时空分异特征,对打赢大气污染防治攻坚战,推动黄河流域空气污染跨区域协同治理机制的建立和完善,以及流域绿色高质量发展具有重要意义. 本文以中国空气质量在线监测分析平台456个监测站点的PM2.5浓度监测数据为基础,运用莫兰指数和标准差椭圆方法分析黄河流域70个城市2015—2021年PM2.5的时空分异特征、演变格局,并基于皮尔逊相关系数分析法对其污染源进行解析. 结果表明:①PM2.5浓度的月度、季节变化特征明显. 月均浓度呈底部宽缓的“U”型分布,12月或1月达到最大值;冬季平均浓度最高、春秋季次之、夏季最低,冬季浓度是夏季的1.9~2.6倍;年均PM2.5浓度整体趋降,且表现为下游>中游>上游的空间分异性. ②PM2.5的空间聚集表现为上游“低—低”集聚、下游“高—高”集聚、中游城市的空间聚集特征不显著,空间正相关集聚的城市数量以先增后减的趋势变化,负相关集聚特征的城市较少. ③PM2.5空间分布格局总体呈“西北—东南”的地理空间走向,其浓度的分布在地理空间上分散化,但分布范围趋于缩减. ④上游城市PM2.5污染源复杂多样,主要有PM10、NO2、CO和SO2,中游城市PM2.5污染主要来源于PM10、NO2和CO,而下游城市为PM10、CO. 研究显示,黄河流域城市PM2.5浓度的时空分异性明显,上下游存在显著的空间正相关聚集,城市污染联防联控对流域空气质量的改善发挥重要作用.
运用地理探测器研究京津冀城市群PM2.5浓度变化及影响因素
徐勇, 郭振东, 郑志威, 戴强玉, 赵纯, 黄雯婷
2023, 36(4): 649-659. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.01.01
摘要(301) HTML (60) PDF(105)
摘要:
研究京津冀城市群PM2.5浓度时空格局变化和影响因素,对区域大气环境保护和经济可持续发展具有十分重要的意义. 基于PM2.5遥感数据、地面站点气象数据、DEM数据、MODIS NDVI数据、夜间灯光数据、人口密度数据、土地利用类型数据和路网数据,利用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性检验和Getis-Ord Gi*分析,运用地理探测器分析京津冀城市群PM2.5浓度时空变化和空间聚集特征,并探究影响其空间分异的影响因素. 结果表明:①2000—2021年京津冀城市群PM2.5污染严重,全年平均PM2.5浓度为59.94 μg/m3,冬季是京津冀城市群PM2.5污染的高发季,但京津冀城市群PM2.5浓度总体呈下降趋势,变化斜率为–0.85 μg/(m3·a). ②PM2.5浓度在空间上呈东南高、西北低的分布格局,且PM2.5浓度呈显著下降的区域占比为9.92%,主要集中在张家口市. ③PM2.5浓度变化的聚集性呈西北高、东南低的空间分布格局,PM2.5浓度变化热点区域占比为50.95%. ④因子探测结果表明,气温、高程和路网密度是影响京津冀城市群PM2.5浓度空间分异最主要的因子,研究时段内降水对京津冀城市群PM2.5空间分异的影响力呈上升趋势,相对湿度、日照时数、夜间灯光和路网密度对京津冀城市群PM2.5空间分异的影响力均呈下降趋势. 交互探测结果表明,气温在因子交互中发挥十分重要的作用,气温与降水、高程和路网密度的交互作用均是影响京津冀城市群PM2.5空间分异的主要因子组合. 研究显示,2000—2021年京津冀城市群PM2.5浓度整体呈下降趋势,气温、高程和路网密度对京津冀城市群PM2.5浓度的空间分异有显著影响.
2015—2021年四川盆地近地面O3时空演化及潜在源区分析
谭华荣, 林跃胜, 姚有如, 马康, 方凤满
2023, 36(4): 660-672. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.01.07
摘要(311) HTML (62) PDF(157)
摘要:
近地面O3污染已经成为我国最严重的环境问题之一,特别是在地形相对闭塞的盆地区域更加突出,而盆地地形区域O3的时空演化、潜在源区及驱动因素尚未被完全揭示. 因此,以典型盆地地形区—四川盆地为研究区,基于长时间尺度(2015—2021年)的 O3浓度监测数据,采用后向轨迹、时空地理加权回归等模型探讨O3的时空变化特征、传输路径、潜在源区以及驱动因素的空间分布特征. 结果表明:①时间分布上,2015—2021年四川盆地O3-8 h浓度第90百分位数为(143±7)µg/m3,夏季O3-8 h浓度高于其他季节,O3-8 h浓度存在明显的“周末效应”和昼夜差异. ②空间格局上,四川盆地O3-8 h浓度第90百分位数总体呈西高东低的分布特征,西部平原地带是核心污染区域. ③2015—2021年影响成都市的气流轨迹中短距离输送轨迹占比为74.24%,长距离输送轨迹占比平均值为25.76%. 2015—2021年成都市O3的潜在源区由西向东迁移,并表现出以盆地为中心逐渐集聚的趋势. ④时空地理加权回归结果显示,气温和日照时数的回归系数分别为0.738和0.289,是四川盆地O3的主导自然因子,人口密度(0.412)和人均GDP(0.369)是导致O3浓度升高的主要社会经济因素. 研究显示,受盆地内部自然环境和人类活动的共同影响,2015—2021年四川盆地的O3污染较为严重.
济南市和青岛市2014—2021年臭氧浓度变化特征及其气象影响因素
王治非, 刘伟, 付华轩, 孟赫
2023, 36(4): 673-683. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.12.14
摘要(326) HTML (47) PDF(154)
摘要:
为研究济南市和青岛市臭氧(O3)浓度长期变化特征及其气象影响因素,基于2014—2021年近地面O3连续8年观测资料和同期气象资料,揭示O3浓度长期变化特征,分析O3浓度与气象因子关系,阐明O3主要输送路径和潜在源区. 结果表明:①整体上,济南市O3污染程度高于青岛市,2个城市O3污染均集中在4—10月. 长期趋势上,2014—2021年济南市O3日最大8 h平均浓度第90百分位数(简称“O3-8 h 90th浓度”)总体呈先升后降的趋势,峰值出现在2019年;青岛市2019年和2017年O3-8 h 90th浓度相对较高,其他年份O3-8 h 90th浓度差异不大. 月变化上,济南市O3-8 h 90th浓度季节性变化较明显,呈单峰状;而青岛市受雨季和清洁海洋气流稀释作用,其O3-8 h 90th浓度呈双峰状. ②高温、低湿、小风等不利气象条件下更易发生O3污染. 相对于青岛市,济南市O3日最大8 h平均浓度(简称“O3-8 h浓度”)与气象因子的相关性更密切,尤其是与日间(08:00—17:00)平均气温(简称“T8-17”)的相关性最强,T8-17>15 ℃时,T8-17每升高1 ℃,O3-8 h浓度升高6.1 μg/m3;青岛市O3-8 h浓度随T8-17的升高总体呈波动式升高趋势,但升幅有限,T8-17每升高1 ℃,O3-8 h浓度仅升高1.5 μg/m3. ③济南市受来自西南、南偏东南方向的气流影响时,O3浓度平均值较高,分别为(113±51)(109±57)μg/m3;青岛市受来自内陆方向的西南气流影响时,O3浓度较高,平均值为(106±45)μg/m3. 2个城市O3外来主要潜在源区具有一定同源性,主要为苏皖鲁豫交界中东部和鲁中地区. 研究显示,2个城市O3污染均以本地污染为主,污染联防联控区域需要重点关注苏皖鲁豫交界中东部及鲁中地区.
冬奥会期间潍坊市工业源大气污染物管理措施及效果评估
刘翰青, 陈建华, 高健, 李政, 李文君, 杨艳, 殷杭妃
2023, 36(4): 684-693. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.01.04
摘要(205) HTML (47) PDF(91)
摘要:
为分析探究冬奥会期间(2022年1月30日—2月20日)工业源大气污染物排放特征和变化规律,基于潍坊352家安装在线连续监测系统(CEMS)企业的大气污染源排放数据以及150个环境空气质量监测站点数据,分析了冬奥会期间空气质量与污染物排放量的关系,以及不同行业、不同管理措施企业的落实情况与减排效果. 结果表明:①采用352家安装CEMS企业的大气污染源排放数据来评估工业源管理效果是可行的. ②冬奥会管理期工业企业烟粉尘、SO2和NOx排放削减量分别为11.04、95.96和249.92 t,削减率分别为25%、31%和27%,工业企业管理效果良好;环境PM2.5、SO2和NO2浓度分别下降24%、11%和16%,空气质量改善明显. ③限产类和自主减排类企业污染物削减量占总削减量的比例接近90%,火力发电、钢铁等11个主要行业对所有行业总排放量削减贡献率为92%. ④停产类企业在管理期排放总量基本削减至0,限产类企业实际污染物削减率(23%~26%)与一般管理措施减排要求(20%~30%)基本吻合,企业管理措施落实到位. ⑤以生产余热承担居民供暖的钢铁企业建议通过减少烧结机污染物排放量达到相应的减排效果. 研究显示,潍坊市冬奥会期间工业源管理效果良好,企业CEMS数据可有效应用于工业源管理效果评估研究中.
水环境
洪泽湖水体全氟化合物的污染特征、来源及健康风险
黄家浩, 陶艳茹, 黄天寅, 李则婵, 陈书琴, 庞燕
2023, 36(4): 694-703. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.12.09
摘要(245) HTML (82) PDF(80)
摘要:
洪泽湖是南水北调东线工程重要调蓄湖泊,为了解洪泽湖表层水中全氟和多氟烷基化合物(PFASs)的污染状况,通过超高效液相色谱串联四极杆质谱测定了湖区和入湖河流的表层水15种PFASs的含量,分析比较了不同区域水体中PFASs的浓度与组成,运用HCA法解析了不同污染来源,并应用HQ法对不同人群的健康风险进行评价. 结果表明:①洪泽湖表层水中检出15种PFASs,ΣPFASs浓度为63.4~218.0 ng/L(中位值92.9 ng/L),健康风险较低;②PFASs组分以短链为主,主要污染物为PFPeA,占60.8%;③PFASs在洪泽湖的空间分布呈现由南向北递减的趋势,洪泽湖湖心及过水通道区的PFASs浓度较高;④HCA方法表明,洪泽湖表层水中PFASs主要来自地表径流、橡胶品制造、食品包装和纸类表面处理的工业排放、纺织和金属电镀工业排放和生活污水. 研究显示,洪泽湖表层水中广泛存在多种PFASs,以短链为主,健康风险对居民来说可接受.
北江中上游流域阻燃剂污染特征和风险评估
白云松, 付青, 涂响, 昌盛, 张坤锋, 潘杨, 王山军, 杨光, 汪星, 田航宇
2023, 36(4): 704-714. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.12.05
摘要(201) HTML (42) PDF(61)
摘要:
为探究北江中上游流域的阻燃剂污染状况和风险水平,采用气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)法测定了34个地表水样品和8个沉积物样品中31种阻燃剂的浓度,包括多溴联苯醚(PBDEs)、六溴环十二烷(HBCD)、四溴双酚A (TBBPA)这3种溴代阻燃剂和28种有机磷阻燃剂(OPFRs). 采用风险熵法评估了水体中阻燃剂的生态风险,并结合日饮用剂量评估了健康风险. 结果表明:①地表水中PBDEs和HBCD浓度范围分别为4.78~625.52、225.43~2 209.18 ng/L,未检出TBBPA;沉积物中PBDEs、HBCD和TBPPA含量范围分别为ND~11.82、121.13~395.86和ND~3.30 ng/g. ②地表水中OPFRs浓度范围为85.80~992.82 ng/L,浓度最高的3种单体分别为TCEP、TPhP和TDCIPP;沉积物中OPFRs含量范围为102.19~748.17 ng/g,含量最高的3种单体分别为TEHP、EHDPP和TCPP. ③对于地表水中已知毒性参数和健康数据的阻燃剂污染物,其生态风险总体处于中低水平,但BDE-100呈现出高风险,TTP呈现出中风险;其致癌风险和非致癌风险指数均处于可接受范围内,经饮水摄入造成的健康风险可以忽略. 研究显示,北江中上游流域阻燃剂污染程度较高,部分物质存在中高水平的生态风险,需要进一步关注.
富油微藻-真菌共培养资源化处理模拟畜禽养殖废水的效能研究
李双喜, 朱联东
2023, 36(4): 715-723. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.10
摘要(216) HTML (46) PDF(63)
摘要:
为探究富油微藻-真菌共培养处理畜禽养殖废水的可行性,构建小球藻(Chlorella vulgaris)和米曲霉菌(Aspergillus oryzae)的共培养体系,通过调节不同比例的微藻真菌初始接种量,对模拟畜禽养殖废水污染物去除、藻菌结合与采收、生物质干质量与生化组分以及生物柴油生产能力进行系统研究. 结果表明:①C. vulgarisA. oryzae在废水处理过程中具有协同效应,与C. vulgaris单独处理相比,共培养更有利于污染物的去除. 最优藻菌接种比例为25∶1,TN、NH4+-N、TP、COD和Cu(Ⅱ)的去除率分别达72.51%、71.19%、92.23%、91.47%和90.38%. 藻菌共培养对3种磺胺类药物(SAs)也具有显著的生物去除效果,磺胺二甲嘧啶(SMZ)、磺胺甲恶唑(SMX)和磺胺间甲氧嘧啶(SMM)的去除率分别达57.61%、58.31%和50.48%. ②丝状真菌易于与微藻形成球状体,在菌丝强力支撑作用下,C. vulgaris在废水中呈现悬浮状态,提高污染物的去除率,并实现对微藻的高效采收,最高采收效率为76.91%,采收后的总生物质干质量高达1.26 g/L,总叶绿素含量达15.99 mg/g. ③藻菌生物质中蛋白质、多糖和油脂的含量分别为111、136和249 mg/g,而脂肪酸组分主要以C16∶0(棕榈酸)、C18∶1(油酸)和C18:2(亚油酸)为主,有利于生物柴油生产. 研究显示,C. vulgarisA. oryzae共培养不仅能有效去除废水中的各类污染物,而且能实现生物质的资源化利用,在畜禽养殖废水处理中具有潜在的工程应用价值.
焙烧再生废旧臭氧催化剂处理石化废水生化出水
秦志凯, 付丽亚, 李敏, 吴昌永
2023, 36(4): 724-733. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.11.13
摘要(152) HTML (44) PDF(47)
摘要:
为了解决臭氧催化氧化技术中废旧催化剂处理困难的问题,对用于某石化废水生化出水处理长达5年的废旧臭氧催化剂进行了焙烧再生研究. 通过焙烧能够有效燃烧去除催化剂表面及孔隙中的有机物质,增大催化剂孔径和孔隙率,从而恢复废旧催化剂的部分活性. 单因素试验对催化剂焙烧温度和焙烧时间优化结果表明:①随着焙烧温度从200 ℃提高到500 ℃,再生催化剂用于臭氧催化对石化废水生化出水TOC(总有机碳)的去除效果逐渐提升,500 ℃时TOC去除率可达44.30%,进一步提高焙烧温度去除效果提升不明显. ②焙烧时间为2、3、4和5 h时,再生催化剂处理石化废水效能随焙烧时间增加先升高再降低,4 h时TOC去除效果最好. ③在相同运行条件下,优化焙烧条件(500 ℃、4 h)下得到的再生催化剂对石化废水生化出水的TOC去除率可达新催化剂的77.46%,相较于新催化剂,再生催化剂的颗粒尺寸和平均孔径减小,而比表面积有所增大. ④通过皮尔逊相关性分析,探索了废水中有机物和三维荧光测试结果的相关性,认为荧光区域积分体积可以间接反映石化废水中的有机物含量,也可间接反映臭氧再生催化剂的催化性能. 研究显示,直接焙烧可以作为废旧臭氧催化剂活性再生的一种有效技术手段,具有一定的应用前景.
深度脱水污泥好氧堆肥中多环芳烃的含量与风险削减研究
王宁, 郝智能, 刘吉宝, 鲍振, 李雪怡, 王侨, 解立平, 刘景富, 魏源送
2023, 36(4): 734-742. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.11.24
摘要(141) HTML (40) PDF(26)
摘要:
多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是影响污泥安全资源化的重要因素. 以无机药剂调理的深度脱水污泥有利于污泥的好氧堆肥处置,但对于该处置过程中深度脱水污泥PAHs的降解和风险削减尚缺乏认识. 主要以复合铝镁盐调理的深度脱水污泥为对象,分析不同好氧堆肥条件下污泥中PAHs的含量、来源和风险,以明确好氧堆肥工艺过程对风险有机物的削减效果及潜在影响因素. 通过气相色谱-质谱仪、特征比值法和风险熵法分析污泥中美国EPA优先控制的16种PAHs的含量、来源和风险,重点考察了深度脱水污泥在好氧堆肥前后PAHs含量和风险变化. 结果表明:①16种PAHs在6组污泥中均有检出,其总量范围为777.78~1 878.38 ng/g,组成以中高环芳烃为主,主要来源为石油污染和燃烧的混合源. ②堆肥28 d后6组污泥中PAHs的去除率分别为37.66%、54.29%、12.38%、15.40%、56.78%和34.25%,表明添加颗粒大的返混料或辅料更有利于PAHs的降解. ③污泥中的PAHs整体处于中低风险,好氧堆肥后除组1的苯并[a]芘和组2的芴由低风险上升为中风险外,其余组中PAHs的风险均保持不变或者下降. 研究显示,深度脱水污泥好氧堆肥应注重堆体的通气性,添加颗粒大的返混料或辅料能有效改善好氧堆肥过程的通气性,从而促进PAHs的降解和风险削减. 此外,堆肥过程及堆肥产品中PAHs应作为一项重要指标进行监测,以避免因长期暴露引发累积性生态风险.
生态环境
我国生态产品价值核算的研究进展、问题与展望
张林波, 陈鑫, 梁田, 王昊, 郝超志, 任耀发, 李宇昂, 吴舒尧
2023, 36(4): 743-756. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.02.01
摘要(825) HTML (108) PDF(223)
摘要:
生态产品价值核算是践行“绿水青山就是金山银山”理念的关键路径,是促进生态产品价值实现的重要基础性工作. 近年来,相关学者和科研机构围绕生态产品价值核算的基础理论、技术方法与成果应用开展了大量研究,生态产品价值核算逐渐成为生态经济学研究的热点和难点. 为系统梳理我国生态产品价值核算的研究进展,识别核算过程中存在的问题与不足,本文采用文献分析与系统归纳的方法,总结了生态产品价值核算的发展历程,解读了国家对相关工作的部署安排与地方实践进展,识别了生态产品价值核算在核算范围与技术方法等方面存在的问题. 本研究将生态产品价值核算发展历程划分为科学探索、实践推进和深化铺开3个阶段;发现了我国在当前研究中普遍将生态产品价值等同于生态系统生产总值(GEP)和生态系统服务价值的现象;明确了生态产品价值在当前无法被精确核算且核算结果不具有实际经济意义的现状. 针对生态产品价值核算科目与范围不一致、实物量评估方法不确定性大以及价值量定价机制主观性强等问题,研究指出,生态产品价值核算的发展是一个长期和近期相结合的过程,应当像GDP一样核算GEP,下一步地方推进工作建议从完善基础理论框架、建立统计核算技术、形成地方业务能力和推进核算成果应用等方面持续发力,为建立健全生态产品价值实现机制提供理论和技术支撑.
乌江流域固碳服务时空格局及驱动机制
杨俊毅, 李俊生, 关潇
2023, 36(4): 757-767. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.01.08
摘要(264) HTML (34) PDF(59)
摘要:
生态系统提供的固碳服务是实现碳中和的重要手段之一,明确环境因子的驱动机制是有效提高固碳服务的重要基础. 该研究以乌江流域为研究区域,利用InVEST模型核算乌江流域2000—2020年碳储量,并综合考虑社会-经济-自然系统中的影响因素,使用随机森林模型和部分依赖图模型(PDP模型)分析各因子对固碳服务的贡献度及驱动机制. 结果表明:①2000—2020年,乌江流域固碳服务空间上呈东北高西南低的分布特征,表现为下游>中游>上游,时间上呈显著增加趋势,且上游的增速大于中游及下游. ②时空尺度上,自然地表类因子均是对固碳服务贡献最大的环境要素,其中植被覆盖度在空间尺度上的贡献度最高,为55.08%;坡度在时间尺度上的贡献度最高,为34.46%. ③各影响因子在时空上呈现出不同的驱动机制,其中人口密度的驱动机制变化最为强烈,在空间上,固碳服务随人口的增加而降低,在时间上,固碳服务整体随人口的增加而增加. ④2000—2020年,人类活动的改变是乌江流域固碳服务增加的重要原因,气候变化也是较重要的影响因素. 研究显示,固碳服务的高低虽受限于自然地表类环境因子,但人类活动的正面干扰能显著提高固碳服务.
基于陆海统筹的河口区生态环境管理对策研究
王艳, 张镔麒, 戴爱泉, 钟诗民, 徐香勤, 吕旭波, 雷坤
2023, 36(4): 768-772. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.12.18
摘要(203) HTML (31) PDF(39)
摘要:
坚持陆海统筹,是新时代我国加快海洋强国建设的基本原则和重要内容. 在生态环境领域,河口区地处陆海交汇区域,是破解陆海统筹环境管理难题的关键区域. 目前,河口区环境监督管理存在管理边界不明确、生态环境监测覆盖面不足、缺乏生态环境评价标准等问题. 新形势下,亟需进一步优化完善河口区陆海统筹生态环境管理体系,破除陆海空间界限和行政管理壁垒,优化陆海衔接、海陆协同的污染防治体系,建立陆海一体、区域联动的生态环境管理体系. 因此,本文提出河口区陆海统筹生态环境质量监管对策,包括划分河口水体管理单元、建立河口区生态环境评价体系、构建河口水环境基准体系、开展流域-河口-近岸海域污染协同治理、建立信息共享和智慧监管平台等,强化河口区生态系统完整性评估,为推进河口区域联动机制的建立及陆海统筹环境管理提供借鉴.
土壤与固废
β-内酰胺类菌渣肥对生菜根际土壤细菌及抗性基因的影响
石礼虎, 吴昊, 田书磊, 周睫雅, 吴宗儒, 李潇鼎, 吴骞, 周秀艳
2023, 36(4): 773-782. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.01.06
摘要(144) HTML (39) PDF(26)
摘要:
β-内酰胺类菌渣的资源化处理已成为生物制药企业急需解决的问题. 为探究β-内酰胺类菌渣资源化产物是否满足《有机肥料》(NY/T 525—2021)标准,施加后是否会对作物根际土壤微生物产生显著影响以及是否会导致ARGs(抗生素抗性基因)的富集等问题,该研究选用经水热干燥喷雾(HT+SD)处理后的头孢菌渣和板框压滤(MD)处理后的青霉素菌渣为研究对象,以空白组、化肥处理组为对照,各施肥处理均采用高施用量(1%)和低施用量(0.5%)两种肥料投加量进行盆栽试验. 通过16S rRNA及HT-qPCR方法研究了菌渣肥对生菜根际土壤细菌多样性、物种组成、ARGs以及MGEs(可移动遗传元件)的影响. 结果表明:在经过无害化处理后的菌渣中,残留抗生素远低于HPLC-MS检出限(<6.78 μg/kg),含水率降低95%,重金属、有机质等指标均能满足《有机肥料》(NY/T 525—2021)要求;相较于施肥量,施肥类型对土壤细菌群落结构的影响更明显,其中,两种菌渣处理组Shannon-Wiener指数显著高于化肥处理组(P<0.05);两种菌渣的施用均没有改变土壤细菌组成,各处理组中最丰富的菌门皆为变形菌门(相对丰度为34.8%~48.1%);高施用量青霉素菌渣组和低施用量头孢菌渣组的ARGs数目和总相对丰度均显著高于对照组(P<0.05),而低施用量的青霉素菌渣和高施用量的头孢菌素菌渣处理组中ARGs数目和相对丰度与空白对照组均无显著性差异(P>0.05),但两种菌渣的施用都没有改变土壤细菌的抗性机制;ARGs的变化与外源性DNA的引入以及土壤特征菌相关,其中假单胞菌属与mexE、ttgA和ttgB三种ARGs均表现出极强的相关性(相关系数分别为0.93、0.90、0.84). 研究显示,经HT+SD和MD技术处理后的抗生素菌渣可以资源化为安全有效的农业替代肥.
基于生物可给性的农用地土壤重金属复合污染非致癌健康风险评估
李慧, 韩雅静, 朱晓辉, 党垚, 董辰寅, 蔡立梅, 向明灯, 于云江
2023, 36(4): 783-793. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.02.20
摘要(241) HTML (50) PDF(36)
摘要:
为科学评估农用地土壤重金属复合暴露对儿童的非致癌健康风险,以华南某生态观光园类农用地为研究对象,对其表层土壤中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn、Hg的含量进行检测,采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法评估其污染程度,并引入二元证据权重(binary weight of evidence, BINWOE)法和重金属生物可给性对儿童非致癌健康风险进行修正. 结果表明:①研究区表层土壤中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn、Hg的含量分别为1.72~19.40、0.07~19.00、4.00~52.00、4.00~42.00、36.60~1.07×104、8.00~23.00、62.00~1.52×103、0.01~0.49 mg/kg,8种重金属的传统非致癌健康风险值的范围为0.65~78.80,其中部分点位As、Cd、Cr及Pb的儿童非致癌风险处于不可接受水平(HQ>1). ②4种重金属(As、Cd、Cr、Pb)引入BINWOE法修正的儿童非致癌健康风险值是传统方法的0.67~3.31倍. ③基于重金属生物可给性的儿童非致癌健康风险值(0.70~75.00)是基于重金属总量的儿童非致癌健康风险值(1.72~116.10)的0.38~0.92倍. 研究显示,对存在多种重金属污染的农用地开展儿童非致癌健康风险评估时,需考虑重金属间的相互作用及生物可给性,以避免直接套用传统风险评估方法低估(高估)污染土壤对儿童的实际健康风险.
巯基改性坡缕石的制备、表征及其对Cd的吸附作用
王冕, 赵龙, 侯红
2023, 36(4): 794-804. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.02.11
摘要(141) HTML (47) PDF(26)
摘要:
为明确巯基改性坡缕石(MPAL)作为修复材料对Cd的吸附机制以及其在修复Cd污染土壤中的应用潜力,以坡缕石(PAL)为原料,通过高速剪切凝胶法制备MPAL作为钝化剂开展吸附试验与土壤钝化试验,研究MPAL对Cd的吸附效果. 通过X射线衍射(XRD)、BET孔结构分析、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线光电子能谱(XPS)对吸附前后的样品进行表征,探讨其吸附机制. 结果表明:PAL和MPAL均能有效吸附水溶液中的Cd2+,MPAL吸附效果优于PAL. 拟二级动力学模型更适合描述Cd2+在PAL和MPAL上吸附量的动态变化过程,MPAL约90 min达到吸附平衡,相比于PAL能更加迅速达到吸附平衡. Freundlich等温吸附模型能够更好地描述吸附数据特征,在试验条件下,MPAL的饱和吸附容量为44.41 mg/g,明显高于PAL的饱和吸附容量(33.65 mg/g). MPAL在投加量为0.1%~0.3%时可使土壤DTPA提取态Cd含量降低53.45%~78.43%. XRD衍射峰分析、FTIR官能团振动模式分析以及XPS关键元素结合能分析结果显示,PAL主要通过表面羟基与Cd2+形成表面络合来吸附Cd,而MPAL还提供了大量巯基官能团作为吸附位点,通过表面的羟基和巯基与Cd2+发生络合反应形成络合沉淀. 研究显示,MPAL对Cd的吸附能力更强,是一种在Cd污染农田土壤上具有良好应用潜力的高效钝化剂.
利用油基岩屑制备水泥路面基层的力学性能及重金属浸出特性研究
崔长颢, 李丽, 刘美佳, 王健媛, 闫大海, 陈超
2023, 36(4): 805-813. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.01.11
摘要(119) HTML (29) PDF(23)
摘要:
油基岩屑是石油开采时产生的危险废物,随着我国石油勘探开发能力的不断提升,因油基岩屑造成的环境污染和资源浪费问题已不容忽视. 资源化利用油基岩屑将对油气行业环境保护和可持续发展起到重要促进作用. 为探明利用油基岩屑制备水泥道路结构的可行性,制作11种不同配合比的水泥路面基层试件,通过无侧限抗压、劈裂抗拉以及抗压回弹试验,探寻符合相关力学性能要求且岩屑掺加量最大的试件,随即对其开展浸出试验以研究重金属浸出规律,并通过浸出动力学模型拟合重金属长期浸出量. 结果表明:①随着油基岩屑掺加量的提升,水泥路面基层试件的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗压回弹模量同时呈下降趋势. 当岩屑掺加量为12%时,试件相关力学指标满足《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)和四川省农村公路基层材料设计参数要求,此时岩屑掺加量达到最大. ②Ba、Mn、Pb、Zn为油基岩屑中的特征污染物. Ba、Mn、Pb累积浸出量的变化趋势较为一致,在第64天时基本达到浸出平衡;而Zn的累积浸出量在第64天时仍持续增长. 4种重金属在全浸出阶段的浸出行为都受到扩散控制影响. ③Ba和Pb的浸出规律符合Elovich方程,而二阶动力学方程更适用于描述试件中Mn的浸出特性. 若长期使用利用油基岩屑制备的水泥路面基层,应更加关注Mn的浸出风险. 研究显示,油基岩屑可以替代部分天然矿石制备水泥路面基层,建议进一步拓展其资源化利用场景,以期为岩屑资源化利用技术的发展提供支撑.
基于仿生学的一体式两相厌氧反应器的运行研究
习佳兴, 李名飞, 李来庆, 傅雪梅, 郝鑫, 郑明霞, 张进忠
2023, 36(4): 814-822. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.12.12
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摘要:
反刍动物瘤胃对纤维素类物质具有强大的消化能力,在厌氧发酵领域备受关注. 为了增加秸秆等物质的资源化利用途径,本文基于仿生学的原理,设计了一体式两相新型厌氧反应器,并以秸秆、猪粪和河道底泥为底物进行干式共发酵,研究了该反应器的水解酸化和产甲烷性能. 结果表明:反应器在1~6 d的产气速率较快,单位体积累积产气量的增长速率为366.87 mL/d,最快产气速率为22.3 mL/(g·d)(以每g挥发性固体每天产生的沼气体积计);发酵过程挥发性固体的产气量为0.13 L/g;发酵过程中pH在7.3~8.2之间变化,pH与挥发性脂肪酸(VFAs)浓度整体上呈现相反的变化趋势,说明反应器内未发生氨抑制现象;第1~21天,主反应室产生的溶解性化学需氧量(SCOD)在次反应室中被充分利用,实现了水解过程和水解产物利用过程的分离;厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是反应器中最丰富的两个菌门,均具有水解和产酸能力. 基于瘤胃设计的反应器既具有不同水解程度底物分层和持续吸收VFAs的效果,又有上部水解和产酸、下部产甲烷的一体式两相厌氧发酵效果. 研究显示,该反应器可有效延长固体物质的停留时间,提高底物的水解酸化效率,减少反应器内局部酸抑制现象的发生.
环境污染与健康
生物活性物质改善水环境中重金属对生物的不利影响及其机制
李云霞, 滕苗苗, 周凌峰, 孙嘉祺, 赵李辉, 赵文甜, 吴丰昌
2023, 36(4): 823-835. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.03.01
摘要(279) HTML (46) PDF(35)
摘要:
重金属具有高毒性和不可降解等特点,对水生生物的生长、繁殖等产生危害,进而影响水生态系统的平衡. 最近研究表明,自然环境中存在多种生物活性物质,或通过人工添加的方式改善重金属对生物的不利影响. 这些研究对认识水环境中的自然净化、生态修复与水生态健康评估具有重要价值,但目前对生物活性物质改善作用的总结和深入机理研究还较少. 因此,本文调查并总结了多种生物活性物质对水生生物重金属胁迫的改善作用,研究其可能的改善机制. 对水生植物而言,生物活性物质主要通过调节植物抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环、叶黄素循环以及维持植物光合色素平衡来改善重金属毒性;对于水生动物,生物活性物质主要通过缓解氧化应激、螯合重金属离子和维持肠道健康来减轻重金属毒性. 因此,本文能为预防和改善水环境中重金属对生物的不利影响提供支持,并为进一步研究重金属的自然修复技术、污染控制及水质改善等方面提供科学依据,对水产养殖中生物的日常管理、生态系统的风险评估具有重要的指导价值.
北京清河水体中有机磷酸酯的污染特征与生态风险评估
雷啟焘, 史亚利, 汤智, 牛琳, 赵晓丽
2023, 36(4): 836-847. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.01.13
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摘要:
为了探究城市地表水中有机磷酸酯(OPEs)污染水平和生态风险,采用超高效液相色谱-质谱联用仪(UPLC-MS/MS)分析测定了北京清河地表水中10种OPEs的浓度水平和成分组成,使用相关性分析和主成分分析对地表水中OPEs进行源解析,并评估生态风险. 结果表明:北京清河地表水中∑10OPEs浓度范围为439.61~1 053.06 ng/L,浓度中位值为768.85 ng/L,平均值为761.77 ng/L,其中磷酸三(1-氯-2-丙基)酯(TCIPP)以及磷酸三(1-氯-2-丙基)酯(TCEP)是主要污染物. ∑10OPEs浓度沿河流方向呈先稳定后降低再缓慢升高的特征. 源解析结果表明,污水处理厂、道路交通、建筑装饰材料及汽车维修可能是北京清河地表水中OPEs的主要来源. 风险熵评估结果表明,水体中TCEP等10种OPEs的生态风险相对较低,但其引起的联合效应值得进一步关注. 研究显示,北京清河地表水中OPEs污染水平相对较高,受人为活动影响较大,造成的生态风险可以忽略.
环境规划与管理
环境规制视角下长三角地区碳排放的时空效应
梁归, 林跃胜, 方凤满
2023, 36(4): 848-856. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.01.03
摘要(234) HTML (54) PDF(81)
摘要:
在“双碳”目标背景下,环境规制与CO2排放的关系逐渐成为学界热点. 本文基于长三角地区41城市的面板数据,利用CO2排放系数法、环境规制强度综合指数对长三角41城市2006—2019年的CO2排放、环境规制强度进行定量测度,通过核密度分析、GIS空间分析等方法揭示长三角地区41城市环境规制强度和CO2排放水平的时空格局,并运用动态空间杜宾模型(DSDM)探讨环境规制对CO2排放的时空影响效应. 结果表明:①长三角地区环境规制强度指数呈增强态势,由2006年的0.15升至2019年的1.25. 核密度曲线显示,环境规制强度存在空间极化现象,在空间上呈现由东南向西北转移的演变态势. ②2006—2019年长三角地区CO2排放水平整体呈波动上升趋势,2006—2013年CO2排放增幅为65.07%,2013—2019年增幅仅为4.20%. CO2排放在空间上总体呈东高西低的分布格局,2006年在沪苏地区形成CO2排放高值集聚区,随后空间范围扩大并向西北方向蔓延,2013—2019年呈中心城市向外围扩散的格局. ③从短期效应看,环境规制强度每提升1%,将抑制本城市0.152%的CO2排放量,但促进邻近城市0.062%的CO2排放量;从长期效应看,环境规制强度每提升1%,将抑制本城市0.254%的CO2排放量,并促进邻近城市0.110%的CO2排放量,即环境规制的长期效应大于短期效应. ④长三角各城市要充分考虑自身特质,制定合理的环境规制和差异化的低碳减排策略,以提高资源环境承载力,实现人地关系的协调发展. 研究显示,长三角地区CO2排放的增速整体变缓,环境规制强度的提高对CO2排放的影响存在空间异质性.