环境科学研究

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2024, 37(4): 661-671. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.01.08

摘要(93) HTML(21) PDF(13)

摘要:
工业领域是我国推行减污降碳协同增效的重点领域，探究工业领域减污降碳的时空特征及影响因素，对实现减污降碳协同增效总目标具有重要现实意义. 本文以长三角地区41个设区市为研究对象，综合运用耦合协调度模型、空间自相关、时空地理加权回归、地理探测器等方法，对2010—2020年长三角地区工业减污降碳协同效应的时空演变特征及影响因素展开分析，因地制宜地提出工业减污降碳协同推进建议. 结果表明：①2010—2020年，长三角地区41个设区市的工业大气污染物排放量平均值大幅下降，工业二氧化碳排放量缓慢增长，长三角地区工业减污降碳协同效应总体处于上升优化态势，工业减污降碳协同效应等级由失调衰退类提至过渡发展类. ②2010—2020年，长三角地区工业减污降碳协同效应在空间格局上呈中部高、南北低以及东部高、西部低的分布格局，时空变动上工业减污降碳协同效应高值范围由上海、苏州等长江入海口地区向西转移至南京、无锡、苏州等长江下游地区，其空间集聚特征呈现出集聚—离散—集聚的变化趋势. ③规模以上工业总产值、规模以上工业增加值占GDP比重、人均GDP、城镇化率等是影响长三角地区工业减污降碳协同效应的主要因素，对大部分区域产生显著的正向影响，其影响程度存在时空异质性，双因子交叉具有显著的增强作用. 研究显示，长三角地区工业减污降碳协同效应存在显著的优化趋势和空间差异，受产业规模结构影响较大，亟需从统筹优化减污降碳协同目标、加强重点区域协同控制、加快工业行业绿色发展等方面协同推进.

数字经济对工业碳排放强度的影响及溢出效应

陈慧灵, 杨雪珂, 王振波

2024, 37(4): 672-685. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.12.16

摘要(77) HTML(17) PDF(8)

摘要:
数字经济在新时代产业转型与环境治理过程中扮演着重要角色. 为了解数字经济发展如何帮助工业产业减排，以制定更精准的减排策略，本文基于2005—2019年我国30个省份的面板数据(不包括西藏自治区和港澳台地区数据)，利用调节效应模型和动态空间杜宾模型探究数字经济发展对工业碳排放强度影响的异质性及其溢出性. 结果表明：①2005—2019年我国30个省份的数字经济指数一直在快速增长，而工业碳排放强度则在逐渐降低；各省份之间差异较大，“高度数字化的省份”和“数字化不足的省份”之间的差异越来越明显，中西部省份的工业碳排放强度一直高于东部地区. ②与非资源型省份和东部地区相比，资源型省份以及中西部地区的数字经济发展对工业碳排放强度的影响并不显著. 数字经济发展可以通过各种正外部性显著降低工业碳排放强度，而这种影响也会通过作用于产业结构和城镇化而得到强化. ③在不同空间权重矩阵下，数字经济发展对工业碳排放强度影响的直接效应、间接效应和总效应均显著，说明数字经济不仅降低了本地工业碳排放强度，这种影响也存在明显的空间外溢效应. 与显著降低本省份工业碳排放强度不同，数字经济发展对周边省份却有促进作用；地理经济距离嵌套是影响数字经济对工业碳排放强度溢出的最主要因素. 据此，国家要继续推动数字技术创新发展，加强区域间低碳数字技术交流和产业融合，充分发挥数字经济通过技术渗透、产业结构优化、城镇化等方式对工业碳排放强度的降低作用；政府在出台减碳政策与制定区域规划时需明确各自的重点方向，为数字经济发挥低碳的正外部性提供保障，以助推区域高质量发展.

北京市东南郊区夏季低层大气臭氧浓度垂直分布特征

王琴, 景宽, 王陈婧, 刘保献, 沈秀娥, 张健, 刘洋, 罗霄旭

2024, 37(4): 686-695. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.01.15

摘要(59) HTML(12) PDF(12)

摘要:
为探究臭氧污染季北京市臭氧浓度垂直分布特征及对近地面臭氧浓度的影响，基于差分吸收臭氧激光雷达，对北京市东南郊区永乐店2019年5—9月低层大气臭氧浓度的垂直分布进行连续观测和分析. 结果表明：①1.5 km以下，臭氧浓度随高度的增加呈先增后降的特征，边界层中上部(0.5~0.6 km)为臭氧浓度最大区域；1.5~3 km，臭氧浓度相对稳定或随高度增加而缓慢上升. 臭氧浓度最高的6月，其浓度垂直梯度变化率略小于其他月份. ②边界层内臭氧浓度与近地面臭氧浓度的日变化基本一致，均呈午后单峰分布特征；但近地面的臭氧浓度波动幅度较大，具有更低的早高峰谷值和更高的午后峰值. 午后峰值期间，边界层内臭氧浓度垂直分布呈随高度升高而降低特征，体现出午后近地面光化学生成是臭氧升高的主要原因. 夜间高空臭氧浓度高于近地面，可为翌日白天的臭氧浓度提供较高的背景. ③典型臭氧污染过程显示，午后快速的光化学生成导致近地面和边界层中部以下臭氧浓度明显上升，部分夜间残留层可见明显的臭氧污染层，并于翌日上午向下传输；夜间低空急流、风向的切变及持续偏南风等气象条件也易导致臭氧垂直或水平传输至北京市. 研究显示，应强化本地前体物控制及区域联防联控，实现边界层内臭氧浓度整体降低对臭氧污染治理至关重要.

汾渭平原PM_2.5和O₃污染导致的健康效应及情景预测

郝永佩, 宋晓伟, 朱晓东, 王京伟, 程鹏, 毕旭

2024, 37(4): 696-707. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.12.04

摘要(84) HTML(17) PDF(13)

摘要:
细颗粒物(PM_2.5)和臭氧(O₃)已成为主要大气污染物，对人体健康危害较大. 本文选取大气污染防控重点区域汾渭平原作为研究区，分析2014—2021年PM_2.5和O₃浓度变化特征及其健康效应，并估算2030年实现不同减排标准的潜在健康效益. 结果表明：①2014—2021年汾渭平原PM_2.5年均浓度呈下降趋势，而O₃年均浓度却呈波动上升趋势，PM_2.5和O₃复合污染天数下降趋势显著. ②归因于PM_2.5污染的早逝人数和经济损失均呈下降趋势；而归因于O₃污染的早逝人数及经济损失均呈上升趋势，2021年归因于O₃污染的全因、呼吸系统疾病和心血管疾病早逝人数较2014分别增加了60.36%、11.94%和74.32%，经济损失增加了136.60%、65.18%和157.20%，其中西安市和洛阳市健康风险与经济损失问题相对突出. ③若2030年PM_2.5和O₃年均浓度均达《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)二级标准限值，汾渭平原归因于PM_2.5和O₃的早逝人数较2021年将分别下降15.99%和2.71%，而随着人均可支配收入的逐年增加，健康经济损失将分别增加6.39×10⁸元(95% CI：5.20×10⁸~7.56×10⁸元)和30.05×10⁸元(95% CI：16.17×10⁸~43.26×10⁸元)；若进一步将PM_2.5和O₃浓度降至更低，可进一步避免早逝人数的增加，且带来显著的经济效益. 研究显示，汾渭平原PM_2.5治理有所成效，但是O₃污染问题凸显，其导致的健康死亡人数及经济损失均呈上升趋势，应保证达到现有标准的基础上制定更高目标标准，才能有效改善居民健康状况，并带来显著的经济效益.

汾渭平原非采暖期和采暖期大气挥发性有机物的污染特征、来源解析及对SOA的生成潜势：以运城市为例

唐泽雨, 古国红, 桂张玲, 张欢, 阴世杰, 闫风雨, 刘新罡, 刘腾飞, 李斌

2024, 37(4): 708-718. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.12.09

摘要(70) HTML(10) PDF(10)

摘要:
为探究汾渭平原非采暖期和采暖期大气环境挥发性有机物(VOCs)的污染特征差异及对二次有机气溶胶(SOA)生成的影响因素，本文以运城市为例在城区站点开展了为期5个月(2021年9月—2022年1月)的小时分辨率VOCs连续在线观测实验，采用PMF (Probabilistic Matrix Factorization)源解析模型、随机森林模型和SOA评估等方法，全面对比分析了运城市非采暖期和采暖期VOCs的体积分数、来源差异和对SOAP (SOA生成潜势)的贡献，同时量化了气象和排放因素对TVOCs (总挥发性有机化合物)体积分数整体变化的影响. 结果表明：①运城市非采暖期和采暖期TVOCs平均体积分数分别为35.39×10⁻⁹±17.79×10⁻⁹和59.88×10⁻⁹±31.56×10⁻⁹，表现出采暖期TVOCs体积分数升高的特征. ②烷烃和OVOCs (含氧挥发性有机物)为两个时期VOCs的主要组分，燃烧源和工业源在采暖期是VOCs的主要贡献者，相比非采暖期其贡献率分别上升了13.3%和2.7%. ③随机森林模型运行结果表明，排放因素对TVOCs体积分数的贡献高于气象因素，其对采暖期TVOCs体积分数的贡献为非采暖期的1.41倍，且采暖期不利的气象因素也促进了TVOCs体积分数的上升. ④芳香烃虽然对非采暖期和采暖期TVOCs体积分数的贡献率分别为5.5%和7.0%，但对两个时期SOAP的贡献率分别达85.5%和87.9%，其中间/对-二甲苯、邻-二甲苯和乙苯是对SOAP贡献率较大的物种. 研究显示，芳香烃及人为活动的燃烧源分别是运城市采暖期需要VOCs重点管控的组分和潜在来源.

基于毒理基因组学的工业废气颗粒物毒性分析方法及应用

何剑, 吴兴刚, 王珊珊, 郑兴, 刘玉玲

2024, 37(4): 719-727. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.02.05

摘要(55) HTML(15) PDF(6)

摘要:
为了解决现有颗粒物毒性检测方法存在的成本高、周期长、过程复杂等问题，引入毒理基因组学分析方法，提出工业废气颗粒物样品预处理方法，基于酶标仪开展毒性测试，利用基因热图分析、应激模式反应和毒性终点深入探究颗粒物的毒性作用机制，验证了方法的可行性，并将该方法应用于某烧结机头电除尘器内4个电场(1号、2号、3号、4号)中颗粒物的毒性变化规律分析. 结果表明：①对于有机组分，其主要诱导大肠杆菌细胞发生氧化应激反应和潜在的蛋白应激反应，颗粒物有机组分毒性呈4号电场>3号电场>1号电场>2号电场的特征，4号电场的颗粒物毒性终点最小，为3.01×10⁻¹⁰ mg/mL. ②对于无机组分，4个电场(1号、2号、3号、4号)主要诱导大肠杆菌细胞分别发生普遍应激、DNA应激、氧化应激和蛋白应激，颗粒物无机组分毒性大小呈4号电场>2号电场>1号电场>3号电场的特征，4号电场的颗粒物毒性终点最小，为8.44×10⁻⁶ mg/mL. 研究显示，基于毒理基因组学的工业废气颗粒物毒性分析方法不仅具有准确性，还能更加全面地阐述潜在的毒性模式，实现了工业废气颗粒物毒性的快捷可靠分析，可为后续相关研究提供理论支撑.

机动车蒸发排放研究方法及排放特征的研究进展

张瀛, 杨新平, 王运静, 赵海光, 彭頔, 丁焰

2024, 37(4): 728-740. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.12.07

摘要(100) HTML(23) PDF(6)

摘要:
在机动车保有量急剧增加的背景下，机动车蒸发排放是大气环境中挥发性有机物(VOCs)的主要人为源之一. 本文归纳了蒸发排放的研究方法，在实验室测试层面概述了VOCs测试流程并综合比对了不同国家和地区的排放标准，在模型模拟层面对蒸发排放模型进行归纳总结，在此基础上综述了蒸发排放的VOCs排放特征及其环境效应. 结果表明：①蒸发排放测试研究聚焦热浸排放和昼间排放环节，昼间排放的有机物排放总量一般高于热浸排放. ②不同蒸发排放环节的有机物源谱受机制影响存在显著差异，其中芳香烃在热浸排放VOCs中的占比明显高于昼间排放. ③烷烃是整个蒸发过程中排放量占比最高的VOCs物种，而高反应活性的烯烃和芳香烃是对臭氧生成潜势贡献率最高的物种. 研究显示，未来机动车蒸发排放研究应深入对加油排放和运行损失过程的测试，从而综合比对蒸发排放不同环节的VOCs排放特征；还应将整车测试、零部件测试(炭罐逸出排放测试等)和模型模拟相结合，构建蒸发排放VOCs精细化源谱，为机动车蒸发排放的持续有效管控及新车排放标准升级提供科学支撑.

鄱阳湖碟形湖和通江水域有色可溶性有机物(CDOM)的吸收与荧光特性对比研究

简正军, 徐健, 刘甲庆, 胡启武

2024, 37(4): 741-751. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.11.11

摘要(103) HTML(23) PDF(7)

摘要:
有色可溶性有机物(CDOM)在水生态系统的生物地球化学循环中起着重要的作用. 近年来，在全球气候变暖和人类活动的双重影响下，全球大部分湖泊出现了水文隔离现象. 然而，水文隔离如何影响大型湖泊CDOM组成变化仍然知之甚少. 本研究于2021年在鄱阳湖碟形湖和通江水域采集水样，运用紫外-可见吸收光谱与三维荧光光谱，结合平行因子分析法(PARAFAC)研究CDOM光学特性，揭示鄱阳湖碟形湖和通江水域CDOM组成和来源的差异. 结果表明：①碟形湖溶解性有机碳(DOC)浓度以及CDOM在355 nm处的吸收系数〔a(355)〕的平均值均显著高于通江水域(p<0.001)，表明受水文隔离影响的碟形湖水体中存在更丰富的有机物. ②基于PARAFAC分析得出的类腐殖质荧光组分(C1、C2)和蛋白质荧光组分(C3)最大荧光强度值(F_max)的平均值均表现为碟形湖高于通江水域；碟形湖和通江水域的类腐殖质组分(C1+C2)占总荧光强度的比例分别为71.96%和59.93%，且通江水域CDOM中蛋白质荧光组分C3的贡献率高于碟形湖. ③通过碟形湖和通江水域CDOM特征参数的对比分析，得出碟形湖CDOM相对分子量和腐殖化程度均高于通江水域. 研究显示，水文隔离对鄱阳湖CDOM空间分布及组成变化有显著的影响.

太湖底栖动物时空分布特征及基于底栖动物完整性指数的水生态健康评价

陶艳茹, 董稳静, 罗明科, 李则婵, 庞燕, 许秋瑾

2024, 37(4): 752-763. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.01.12

摘要(72) HTML(14) PDF(6)

摘要:
太湖地处长江三角洲核心区域，面对经济发展，其富营养化威胁到水生态健康. 为摸清太湖底栖动物时空分布特征及其水生态健康状况，于2023年枯水期(2月)、平水期(5月)、丰水期(8月)，在太湖北部、西部、南部、东部和中部湖区的16个采样点进行水样、底泥及底栖动物的分析鉴定. 太湖共采集到1 116个底栖动物，包含3门7纲15目18科38种. 结果表明：太湖东部湖区底栖动物多样性较好，Shannon-Wiener指数平均值(4.86)和丰富度指数平均值(6.82)明显高于其他湖区，软体动物最多，节肢动物最少；北部湖区的霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeistteri)、寡鳃齿吻沙蚕(Nephtys oligobranchia)以及摇蚊科等耐污物种个数显著高于其他湖区，摇蚊类的数量受水期变化的波动较大. 太湖丰水期常见种最多，摇蚊类种类和数量明显降低，生物多样性较低. 在构建底栖动物完整性指数(B-IBI)体系过程中，选出均匀度指数、丰富度指数、腹足纲相对丰度、耐污类群百分比、生物指数(BI)和粘附者相对丰度6个核心指标，采用三分法对太湖水生态健康结果进行评估. B-IBI值显示，太湖北部湖区的水生态状况相对较差(B-IBI平均值为18)，东部湖区水生态较健康(B-IBI平均值为25)；平水期的生态状况最好，枯水期次之，丰水期最差，三个时期健康点位占比分别为43.75%、62.50%和25.00%. 冗余分析显示，水体和底泥中的氮、磷以及Chl-a是影响B-IBI值的关键因子. 研究显示，太湖底栖动物群落和水生态健康状况在东部湖区明显优于其他湖区，西部湖区的水生态健康状况在枯水期和丰水期明显下降，对特定湖区在特定水期加强保护对太湖湖泊环境保护具有重要意义.

北京白河流域不同空间尺度下水质对土地利用的响应关系

夏明珠, 薛万来, 黄俊雄, 李文忠, 李垒, 刘可暄, 李久义, 田秀君

2024, 37(4): 764-775. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.11.19

摘要(101) HTML(35) PDF(5)

摘要:
为探究水质对土地利用的响应关系，以北京市山区典型季节性河流−白河流域14个小流域为研究对象，基于2022年汛期(7月)和非汛期(10月)水质数据及“国土三调”土地利用数据，采用Mann-Witney U检验、Spearman相关性分析、冗余分析(RDA)等统计分析方法，研究2种不同空间尺度(子流域和有水沟道带状缓冲区)下土地利用结构对pH、NH₄⁺-N、TP、NO₃⁻-N、TN、COD_Mn水质指标的影响. 结果表明：①研究区土地利用类型在两种空间尺度下均以林地、园地、建设用地为主，林地占比最大，在1 000 m带状缓冲区和子流域尺度下分别占78.36%和84.87%. ②水质指标存在时空差异，汛期NH₄⁺-N、TN平均浓度较低，非汛期NO₃⁻-N、COD_Mn平均浓度较低；TP、NO₃⁻-N属强变异类型，空间差异显著. ③土地利用类型对河流水质有显著影响，汛期较非汛期影响大. 建设用地和园地面积占比与各水质指标均呈显著正相关，草地面积占比与除TP浓度外的其余4项水质指标均呈显著负相关. ④冗余分析结果表明，有水沟道带状1 000 m缓冲区土地利用结构是对白河流域水质影响的最佳缓冲区尺度，且汛期土地利用结构对水质解释率整体高于非汛期. 建议应加强对有水沟道1 000 m缓冲区范围内土地利用结构的优化调整，将有助于提升密云水库上游白河流域的水生态环境状况.

藻类中的汞含量和汞稳定同位素组成研究进展

李鹏高, 汤顺林

2024, 37(4): 776-786. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.01.02

摘要(70) HTML(13) PDF(4)

摘要:
藻类能直接吸附吸收水体中的汞，是汞进入水生食物链的关键入口，并在摄食的消费者中富集和放大，控制着整个水生食物链中汞的水平. 本文总结了野外调查与分析的有关藻中汞含量及其汞稳定同位素组成的最新研究结果，概述了藻细胞吸附吸收汞的可能机制. 结果表明：①藻类中的汞含量比水相中汞浓度高2~3个数量级，自藻类以上各营养级生物对汞的生物累积和放大模式基本相似，即随着营养级的提高，汞含量和放大倍数也会升高，且甲基汞占总汞的比例也随之升高，但其生物累积和放大倍数远低于藻类对水体中汞的累积和放大倍数. ②藻类主要通过细胞壁的表面吸附和细胞内的主动吸收两种方式富集和累积水体中的汞. 藻类细胞壁上多种带负电荷的官能团与多糖能够吸附结合水体中的无机汞和少部分有机汞，藻类细胞的代谢过程通过载体蛋白把藻体外的无机汞和有机汞转运至细胞内而富集汞. ③藻类是目前唯一确认∆¹⁹⁹Hg为正值的植物. 无论是淡水微型藻类还是海洋大型藻类中的汞稳定同位素非质量分馏信息均为明显的正值，与高等植物的∆¹⁹⁹Hg为负值有显著差异. ④淡水微型藻类和海洋大型藻类的汞稳定同位素质量分馏信息均为负值. 随着食物链营养级的提高，浮游动物和鱼虾类的汞稳定同位素质量分馏信息逐渐偏正，汞在食物链的生物富集和传递过程中相对富集偏重的汞稳定同位素. 鉴于分离野外采集的藻类样品较为困难，室内模拟实验研究可评估藻类在水生态系统中的重要作用，研究汞同位素进入藻细胞的分配与机制.

电场耦合垂直流人工湿地对农村污水的净化效果及细菌群落结构变化特征

卢秀秀, 刘云根, 王妍, 熊烈钞, 伏川东, 彭丽萍, 马荣, 文明发

2024, 37(4): 787-799. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.17

摘要(78) HTML(16) PDF(5)

摘要:
为进一步提高人工湿地处理农村污水效果，构建了耦合电场垂直流人工湿地系统(E-VFCW系统)，以昆明市盘龙区长地梗城中村东干渠的原水为处理对象，探究其稳定性及净化效果，通过微生物群落演变特征，揭示其污染物去除的生物学化学机制. 结果表明：①与垂直流人工湿地系统(VFCW系统)相比，E-VFCW系统对农村污水的净化效果更高，化学需氧量(COD)、总磷(TP)、氨氮(NH₄⁺-N)、总氮(TN)处理效果分别提高了7.94%、5.67%、51.14%、27.54%，其中NH₄⁺-N去除率存在显著差异(P<0.05). ②E-VFCW系统中，相对丰度排序前三的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)，其相对丰度之和约为80%；优势菌属包括脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)和假单胞菌属(Pseudomonas)等. ③冗余分析表明，E-VFCW系统中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿菌门(Chlorobi)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)是COD、TN、TP、NH₄⁺-N净化的主要驱动因素. ④秩相关分析表明，电场施加能促进E-VFCW系统中产电细菌假单胞菌(增加4.76%)、氢噬胞菌(增加2.02%)、黄杆菌(增加12.54%)等的富集和积累. 研究显示，将电场与垂直流人工湿地进行耦合后，可使产电细菌相对丰度显著增加，可为农村污水治理提供理论指导和科学依据.

铁碳强化潮汐流-潜流复合人工湿地处理模拟养殖尾水的启动运行效果

张美, 王家宏, 白杨

2024, 37(4): 800-811. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.26

摘要(73) HTML(17) PDF(4)

摘要:
为探究潮汐流-潜流复合人工湿地对含四环素养殖废水处理效果的影响，本研究构建陶粒(一级系统)和铁碳+陶粒(二级CCW系统)基潮汐流-潜流复合人工湿地(TC组)，以及陶粒(一级系统)和陶粒(二级PCW系统)基潮汐流-潜流复合人工湿地(对照组)，研究其对模拟养殖尾水的启动运行效果及微生物群落结构特性. 结果表明：①加入0.2 mg/L的四环素在一定程度上会抑制人工湿地启动期对污染物的去除，尤其对一级系统的抑制作用更加明显，COD_Cr、TP、NH₄⁺-N和TN平均去除率分别降低0.59%、1.51%、9.57%和1.97%；②二级CCW系统去除率均高于二级PCW系统，且四环素实验组(TC组)中促进作用更为明显. COD_Cr、TP、NH₄⁺-N、TN在TC组中平均去除率分别增加5.81%、2.47%、0.91%、1.02%，铁碳填料的加入强化了常规污染物的去除；③TC组和对照组填料表面生物膜差异较小，二级CCW系统较二级PCW系统生物膜附着更为明显，铁碳填料的加入有利于微生物的生长繁殖；④二级CCW系统物种丰富度及生物多样性高于二级PCW系统. 变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)作为人工湿地典型菌落，铁碳填料的加入使二者丰富度明显增加，对氮的去除产生积极作用. 研究显示，铁碳填料的加入强化了潮汐流-潜流复合人工湿地系统对氮磷的去除，该结果可为养殖尾水的净化处理提供数据支持和一定的理论支撑.

纳米铁改性生物炭载体强化厌氧氨氧化菌富集与脱氮效果研究

王俊杰, 杨津津, 常根旺, 李绍康, 侯军华, 钟根茂, 白顺果, 李翔

2024, 37(4): 812-821. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.24

摘要(69) HTML(20) PDF(5)

摘要:
为实现厌氧氨氧化菌(AnAOB)在载体生物膜中快速富集，本文采用液相还原方法制备了纳米铁改性生物炭(nZVI@BC)载体，并设置两组相同的厌氧氨氧化(ANAMMOX)富集装置(R₁、R₂)，通过对R₁、R₂装置添加不同载体(分别为BC和nZVI@BC)，考察在富集过程中ANAMMOX装置的脱氮性能、载体表面特征和微生物群落结构差异. 结果表明：①BC表面成功负载nZVI，nZVI@BC载体比BC载体具有更高的比表面积，改性后载体的比表面积从47.17 m²/g增至210.82 m²/g，可为微生物提供更多的附着位点. ②R₂装置NH₄⁺-N和NO₂⁻-N去除率稳定达到90%所需时间均比R₁装置短，且稳定运行后，R₁、R₂装置的TN去除率最高分别为86.99%、89.65%. ③nZVI@BC载体表面颜色由黑色变为红褐色，表明红色的ANAMMOX生物膜初步形成，且其表面生物量比BC载体表面生物量高23倍. ④第20天，R₁、R₂装置中AnAOB的相对丰度分别为10.47%和29.15%；R₁、R₂装置载体表面主要的AnAOB属均为Candidatus Kuenenia，其相对丰度分别为7.49%和23.76%. 研究显示，改性的nZVI@BC载体显著促进了ANAMMOX生物膜的快速形成和AnAOB的高效富集，提升了ANAMMOX过程的脱氮性能.

真空紫外协同Co²⁺催化过硫酸氢钾降解罗丹明B

陈徐庆, 唐玉朝, 伍昌年, 黄显怀, 王坤, 朱先胜, 陈彩虹

2024, 37(4): 822-834. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.05

摘要(71) HTML(9) PDF(4)

摘要:
有机染料具有毒性强、色度高、不易降解等特性，为了高效去除有机染料，实验以真空紫外(VUV)为光源，研究了VUV协同Co²⁺催化过硫酸氢钾(PMS)降解典型有机染料罗丹明B(RhB)的反应机制和转化途径. 结果表明：①在RhB初始浓度为80 mg/L，Co²⁺和PMS投加量分别为15 μmol/L、0.5 mmol/L的条件下，VUV/Co²⁺/PMS体系反应10 min，RhB去除率可达99.1%. VUV/Co²⁺/PMS体系对RhB降解遵循一级动力学规律，反应速率常数(k)随初始质量浓度的增加而减小. ②溶液初始pH对反应速率有较大的影响，随着pH减小，反应速率也同时减小. 投加量为30 mmol/L的HCO₃⁻、Cl⁻均表现出显著的抑制作用，相较于对照组，RhB去除率由99.1%分别降至66.0%、84.2%，而NO₃⁻和SO₄²⁻抑制作用不显著；印染助剂柠檬酸钠也会显著抑制RhB降解. ③自由基捕获实验和电子顺磁共振(EPR)测试结果表明，VUV/Co²⁺/PMS体系中存在的氧化物种包括硫酸根自由基(SO₄⁻·)、羟基自由基(·OH)、单线态氧(¹O₂). ④根据紫外可见吸收光谱和质谱结果，初步推断RhB分子降解主要通过活性氧(ROS)攻击造成共轭结构破坏和N-位脱乙基等作用. 另外，对总有机碳(TOC)进行测试，30 min时RhB矿化度可达到43.8%. 研究显示，VUV/Co²⁺/PMS体系能够有效去除RhB.

长江经济带服务业生态效率时空格局演化与组态提升路径研究

甘畅, 王凯

2024, 37(4): 835-848. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.12.20

摘要(68) HTML(10) PDF(7)

摘要:
加速服务业绿色低碳转型是长江经济带实现生态保护与经济高质量发展互利共赢的重要抓手. 首先，运用基于非期望产出的Super-EBM测度长江经济带2000—2020年服务业生态效率；其次，借助Hodrick-Prescott(H-P)滤波分析法、空间变差函数和热点分析法描绘服务业生态效率的时空演化格局；最后，基于组态视角，采用模糊集定性比较分析法(Fuzzy-set Qualitative Comparative Analysis，fsQCA)厘清长江经济带服务业生态效率的多元提升路径. 结果表明：①长江经济带服务业生态效率共经历了4轮周期波动，周期性波动态势有所强化，整体上由2000年的0.748小幅下滑至2020年的0.703；东部地区的服务业生态效率小幅提升(6.1%)，中部(−20.59%)和西部(−2.32%)则呈现降低的颓势. ②长江经济带服务业生态效率呈现“东部(1.043)>中部(0.623)>西部(0.521)”的空间分异特征，由空间关联所引致的结构异化式微；热点区和次热点区空间集聚范围的变动相对较小，主要分布于长三角地区. ③提升长江经济带服务业生态效率的路径均通过多个前因条件组合而成. 组态视角下，长江经济带服务业生态效率共有4条提升路径，即创新主导型、双元驱动型、资源整合型和全面发展型. 研究显示，长江经济带服务业生态效率具有多元化的提升路径，各驱动因子均无法单独作为服务业生态效率提升的必要条件.

2000—2020年华北干旱半干旱区碳储量变化特征及影响因素

黄艳, 刘晓曼, 袁静芳, 付卓, 乔青

2024, 37(4): 849-861. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.01.14

摘要(43) HTML(15) PDF(8)

摘要:
生态工程背景下的碳储量空间格局变化及其影响因素识别是当前研究的焦点和前沿议题. 华北干旱半干旱区作为退耕还林(草)工程成效显著区域，其碳储量动态变化与影响因素对促进碳汇以实现可持续发展具有重大意义. 本研究通过修正碳密度数据，利用InVEST模型，估算了华北干旱半干旱区2000—2020年碳储量并分析了其时空变化特征，同时利用地理探测器定量探讨了影响碳储量变化的因素. 结果表明：①2000—2020年华北干旱半干旱区土地利用类型的改变主要体现在耕地、未利用地和水域的减少以及林地、灌木、草地和建设用地的增加，林地和草地面积占比之和由52.94%增至54.47%，建设用地面积增幅最大，达60.59%. ②华北干旱半干旱区2000年、2005年、2010年、2015年、2020年总碳储量分别为7 542.46 Tg、7 570.94 Tg、7 733.11 Tg、7 909.20 Tg、8 210.84 Tg，平均变化速率为33.501 Tg/a，21年间累计增加668.38 Tg. ③碳储量稳定区域的面积占92.39%；碳储量增加区域面积占5.17%，主要分布于河流沿岸的绿洲地区及山地林区，与林地、草地转入区域存在一定重叠；碳储量减少区域面积占2.45%，主要位于乌兰布和沙漠中草地-未利用地交界处以及河北省居民用地. ④植被覆盖度是影响华北干旱半干旱区碳汇的首要因素，其次为年均降水量和累计造林面积. 不同因子交互作用后会增强单因子对碳汇空间分异的解释力，表明区域内碳汇受到多种因素共同影响. 研究显示，华北干旱半干旱区生态修复工程成效显著，碳储量持续增加，其碳汇能力主要受限于自然因素，但生态工程等积极人为措施也能显著提升碳汇.

2005—2020年山西省水源涵养功能时空格局及其演变驱动力分析

何秋琴, 王京伟, 毕旭, 宋晓伟

2024, 37(4): 862-873. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.01.09

摘要(72) HTML(26) PDF(7)

摘要:
水源涵养功能与植被恢复、水土保持及水资源保护等密切相关. 山西省地处干旱、半干旱的生态脆弱区，良好的水源涵养功能是其生态安全的重要基础，然而近15年来该省水源涵养功能时空格局及其演变驱动力尚不清楚. 鉴于此，该研究采用InVEST(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs，生态系统服务和权衡的综合评估模型)软件中Annual Water Yield模型以及ArcGIS软件，研究了2005年、2010年、2015年、2020年4个时期山西省水源涵养时空格局，并综合地理探测器和主成分分析两种方法解析了驱动水源涵养空间分异的主要因素. 结果表明：①2005―2020年，山西省单位面积水源涵养量整体呈现先增后减的变化趋势，2020年水源涵养总量相比2005年增加了1.53×10⁸ m³，增长率为7.3%. ②年降水量和土地利用类型是影响水源涵养变化的主要驱动因素. 年降水量对水源涵养量变化的效应(q值为0.372~0.477)在不同年份中均超过0.3，是决定水源涵养空间分异特征的主导因素. 从土地利用类型来看，水源涵养功能顺序表现为林地>草地>耕地>建筑用地>未利用地>水域，土地利用类型面积的变化对水源涵养量有重要影响. ③水源涵养变化更受限于不同因素间的交互作用，在不同年份中，对山西省水源涵养量空间分异解释力最大的驱动因子交互组合为年降水量与年潜在蒸散发量协同(q值为0.486~0.596)，以及年降水量与土地利用类型协同(q值为0.468~0.582). 山西省以山地丘陵为主的复杂地貌增强了人类活动下生态系统的脆弱性和可变性，要特别关注年降水量与土地利用类型的协同作用，通过调整优化土地利用类型，强化前述两因素的交互作用，以期增强水源涵养功能.

环武夷山国家公园保护发展带生态安全格局构建研究

崔雯婧, 魏源, 苏海磊, 刘雪松, 武大勇, 张娜, 季宁宁

2024, 37(4): 874-886. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.25

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摘要:
生态安全格局构建是我国生态文明建设作出的重大战略部署，是维持生态系统健康稳定的重要基础. 构建以国家公园为主体的保护发展带生态安全格局，是统筹保护与发展、探索人与自然和谐共生路径的先决条件. 本文以我国国家公园建设示范探索地−环武夷山国家公园保护发展带为研究对象，基于生态保护重要性评价识别生态源地，依托最小累积阻力模型(MCR)提取潜在生态廊道，进而构建生态安全格局. 结果表明：①环武夷山国家公园保护发展带以及光泽县、邵武市、建阳区、武夷山市四个地区生态系统服务功能极重要区面积为5 262.27 km²，占研究区总面积的46.87%；生态系统敏感性较弱，极敏感区面积占研究区总面积的1.67%，主要分布于武夷山国家公园. ②将评价结果与自然保护地空间分布相结合，综合确定生态源地面积为4 867.76 km²，占研究区总面积的42.35%，主要包括武夷山国家公园、乌君山国家森林自然公园等自然保护地. 生态安全区按照高、中、低水平分别占研究区总面积的77.92%、20.96%和1.12%. ③通过最小阻力模型识别生态节点13个，生态廊道18条，总长度781.86 km，以武夷山国家公园为核心，呈网状空间分布. ④以研究区现有生态安全格局为基础，提出“两核、三屏、多点、多廊”生态安全格局. 研究显示，环带及周边四地区的现有生态安全格局仅依靠水系廊道，因此需结合生态系统服务功能和敏感性进行分级再划分生态安全格局. 该研究结果可为以国家公园为主体的自然保护地的生态安全格局构建与优化提供重要参考.

玻璃生产场地土壤中砷的污染特征及其概率风险评估

杨丹华, 贾晓洋, 李文波, 梁竞, 夏天翔, 吴志远

2024, 37(4): 887-900. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.01.03

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摘要:
砷(As)主要通过采矿、冶炼和燃煤等工业过程进入环境，然而玻璃生产中使用大量含砷原料，却鲜见相关土壤污染的报道. 为探究玻璃生产场地土壤中As污染及健康风险情况，采用统计分析、正定矩阵因子模型(PMF)、体外测试、蒙特卡洛模拟等方法，研究了曾进行50余年生产活动的某平板玻璃厂土壤中As的污染浓度、空间分布及来源，并进一步结合生物可给性和本土化暴露参数(体质量、室内暴露频率、室外暴露频率、每日空气呼吸量)，计算了健康风险水平及风险控制值. 结果表明：该平板玻璃厂493件土壤样品中As的超标率达21.5%，As最大浓度位于平拉车间，高达317 mg/kg，其中80.3%来自配合料泄露. 土壤中As的生物可给性范围为10.24%~54.35%，土壤理化性质对生物可给性结果具有显著影响. As的致癌风险范围为2.23×10⁻⁷~1.22×10⁻³，95%分位值为5.77×10⁻⁵，危害商范围为9.49×10⁻³~56.08，95%分位值为2.62；相应地，基于致癌风险的As风险控制值为0.50~3.57 mg/kg，其5%分位值为0.75 mg/kg，略低于传统点评估方法(DRA)的风险控制值(1.13 mg/kg). 参数敏感性分析结果表明，生物可给性对风险控制值计算结果的影响(−64.38%)最大，其次是体质量，成人与儿童的敏感性分别为10.96%及19.18%，其余参数的敏感性均小于10%. 总之，玻璃生产场地土壤中As污染不可忽视，使用本土化的暴露参数，并且将生物可给性纳入现有健康风险方法有助于更加全面客观地评估其健康风险水平，可为环境管理提供决策依据.

碱性条件下Cr(Ⅵ)和腐殖酸对赤铁矿胶体在多孔介质中迁移过程的机理研究

高羽, 卢合峰, 秦雪芬, 吕媛, 杨潇, 商建英, 阎秀兰

2024, 37(4): 901-907. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.01.01

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摘要:
赤铁矿胶体是一种广泛存在于土壤中的活性组分，可与重金属Cr(Ⅵ)发生吸附、沉淀、络合等多种化学作用，从而影响Cr(Ⅵ)在土壤中的迁移富集. 探究赤铁矿胶体-Cr(Ⅵ)-腐殖酸(HA)三元体系在多孔介质中的共迁移过程，对于深入理解Cr(Ⅵ)污染过程和防控原理具有重要意义. 该研究通过吸附、聚集和柱迁移实验，探究了碱性条件下Cr(Ⅵ)和HA对赤铁矿胶体的聚集动力学和迁移能力的影响. 结果表明：与不加Cr(Ⅵ)相比，加入0.25~10 mg/L Cr(Ⅵ)会提高赤铁矿胶体的ζ电势，降低胶体与石英砂之间的最大排斥势垒，阻滞赤铁矿胶体在砂柱中迁移，穿透峰值从61%降至50%左右. 引入HA会增加赤铁矿胶体表面负电荷，增强Cr(Ⅵ)与赤铁矿胶体之间的静电斥力，且与Cr(Ⅵ)竞争吸附赤铁矿胶体表面的结合位点，抑制Cr(Ⅵ)在赤铁矿胶体上的吸附，导致胶体与石英砂之间的最大排斥势垒升高. Cr(Ⅵ)和HA的吸附先后顺序对赤铁矿胶体稳定性和迁移性有显著影响. 赤铁矿胶体在HA-Cr(Ⅵ)体系中的ζ电势和水合粒径(分别为−30 mV和200~300 nm)比Cr(Ⅵ)-HA体系(分别为−28 mV和400~500 nm)要小，且在HA-Cr(Ⅵ)体系中穿透峰值更高. 研究显示，在碱性条件下，尽管HA会抑制Cr(Ⅵ)在赤铁矿胶体表面上的吸附，但会增加赤铁矿胶体在环境中的稳定性和迁移性，使得吸附在赤铁矿胶体表面的Cr(Ⅵ)随胶体发生共迁移的可能性增加，具有潜在的环境风险.

我国地下水生态环境保护项目入库方案技术要点探讨

郇环, 晁韶良, 周爱霞, 杨洋, 赵小兵

2024, 37(4): 908-918. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.09.08

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摘要:
水污染防治项目储备库建设是解决地下水突出问题、确保完成地下水生态环境保护目标和任务的重要举措. 入库方案技术成熟度是项目通过率最大的影响因素. 本文首先梳理总结了地下水生态环境调查评估、地下水污染防控修复(含废弃井封井回填)和地下水环境监管能力建设三类项目入库时存在的实施方案目标不明确、缺少因地制宜的具体方案、不满足相关技术文件要求、缺少前期工作基础等问题. 然后有针对性地提出了具体建议：①调查评估类项目应明确因地制宜的工作内容和工作量，成果支撑环境管理或后续风险管控修复措施，高度重视全链条质量控制；②监管能力建设类项目应充分整合评估现有可用监测井，建设完善地下水环境监测网，明确地下水环境监管信息化需求，探索构建智能高效监管平台，聚焦地下水环境监管短板，提升地下水监管软硬件能力；③防控修复类项目应明确地下水污染防控修复必要内容，优先采用工艺成熟、低成本、绿色低碳化的管控修复技术，充分体现“源—路径—受体”的系统整治思路，复杂地下水污染区探索建立分区分级管控与修复集成模式. 最后从完善技术指导文件、联合不同部门积极探索可复制和可推广的技术模式以及统筹谋划重大项目等方面提出入库建议，以期为提高地下水生态环境保护项目入库质量提供技术支撑.

典型卤乙酰胺类消毒副产物对萼花臂尾轮虫的毒性效应

李锦程, 徐晓平, 陈涛, 秦璇

2024, 37(4): 919-928. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.12.18

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摘要:
为探究3种卤乙酰胺对萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)存活、种群增长、有性生殖和氧化应激效应的影响，以淡水常见萼花臂尾轮虫为受试生物，开展了不同浓度氯乙酰胺、二氯乙酰胺和溴乙酰胺对轮虫24 h急性致死、2 d种群增长、4 d有性生殖、7 d休眠卵产量以及氧化应激指标影响的研究. 结果表明：① 3种卤乙酰胺对萼花臂尾轮虫急性毒性呈溴乙酰胺˃氯乙酰胺˃二氯乙酰胺的特征. ② 20、200 μg/L氯乙酰胺和200 μg/L溴乙酰胺均显著降低了萼花臂尾轮虫2 d种群增长率. ③ 200 μg/L氯乙酰胺提高了轮虫携卵与不携卵雌体数比值和混交率，20 μg/L二氯乙酰胺降低了轮虫携卵与不携卵雌体数比值；同时，200 μg/L二氯乙酰胺提高了轮虫受精率，20 μg/L溴乙酰胺提高了轮虫携卵与不携卵雌体数比值、混交率和受精率. ④ 10、20和200 μg/L氯乙酰胺，20和200 μg/L二氯乙酰胺以及10、20 μg/L溴乙酰胺均显著增加了轮虫7 d休眠卵产量. ⑤ 除200 μg/L氯乙酰胺、二氯乙酰胺和溴乙酰胺中过氧化物酶活性下降外，其他浓度处理组中轮虫氧化应激指标值均普遍上升. 研究显示，氯乙酰胺、二氯乙酰胺和溴乙酰胺均对萼花臂尾轮虫具有较高的致死毒性，能显著影响轮虫种群增长、有性生殖和氧化应激，并可能影响轮虫种群结构和规模，面临生态风险，7 d休眠卵产量是评价氯乙酰胺、二氯乙酰胺和溴乙酰胺对萼花臂尾轮虫有性生殖影响的合适指标.

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2024年第37卷第4期

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