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2022年  第35卷  第11期

目录
主编约稿
机器学习耦合受体模型揭示驱动因素对PM2.5的影响
许博, 徐晗, 赵焕, 张忠诚, 高洁, 李岳, 冯银厂, 史国良
2022, 35(11): 2425-2434. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.06
摘要(530) HTML (116) PDF(161)
摘要:
PM2.5主要受排放源、大气化学、气象条件等驱动因素的非线性影响,了解驱动因素对PM2.5浓度的影响十分重要. 本研究基于南开大学大气环境综合观测超级站的逐时在线观测数据,耦合机器学习方法和受体模型,揭示了驱动因素的重要性以及对PM2.5浓度的影响. 结果表明:① 2018年11月—2020年10月观测地点的PM2.5浓度范围为3.21~291.80 μg/m3,采暖季PM2.5浓度和化学组分均高于非采暖季. ②使用受体模型解析PM2.5的来源及其贡献,发现观测期间二次源的贡献率(44.7%)最高,其他依次为燃煤源(23.6%)、机动车排放源(11.0%)、扬尘源(9.9%)、生物质燃烧源(7.2%),工业源的贡献率(3.6%)最小. ③利用随机森林-SHAP模型量化排放源、大气氧化能力、气象条件等驱动因素对PM2.5浓度的影响,发现观测期间排放源对PM2.5浓度的影响程度为54.3%,高于其他驱动因素;气象条件对PM2.5浓度的影响程度次之,为32.4%;大气氧化能力对PM2.5浓度的影响程度相对较低,为13.3%. 在采暖季和非采暖季,各驱动因素对PM2.5浓度的重要性在排序上没有变化,然而驱动因素对PM2.5浓度的影响程度有所不同. 采暖季排放源对PM2.5浓度的影响程度高于非采暖季,采暖季大气压对PM2.5浓度的影响程度低于非采暖季. 研究显示,排放源对PM2.5的影响相对较大,气象条件和大气氧化能力对PM2.5浓度的影响也不容忽视.
金属有机框架材料吸附去除水中有机砷的研究进展
邓圣, 胡宇晗, 杨昱, 韩旭, 夏甫, 肖翰, 鞠天宇, 吴叔璇, 徐祥健, 姜永海
2022, 35(11): 2435-2446. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.20
摘要(369) HTML (70) PDF(118)
摘要:
有机砷作为饲料添加剂在家禽养殖中被广泛使用,并伴随着家禽粪便大量进入环境中. 进入环境后有机砷容易被生物降解或(光)化学氧化转化为剧毒的无机砷,危害环境和人体健康. 因此,高效处理有机砷污染受到广泛关注. 金属有机框架(metal organic frameworks, MOFs)材料因其具有孔隙率和比表面积大、孔道尺寸可调、易功能化改性和材料性能可定制等特点,在水体污染物的去除中展现了良好的应用前景. 本文综述了目前MOFs材料作为吸附剂去除水环境中有机砷的最新研究进展,介绍了吸附有机砷MOFs材料的种类、制备方法和吸附性能,总结了MOFs材料吸附有机砷的关键影响因素,并归纳了不同类型MOFs材料吸附的再生方法和稳定性. 最后,指出了当前MOFs存在的技术缺陷及限制工程应用的关键因素,并提出相对应的建议及解决措施.
脆弱生态系统保护与修复专题
滇西北与滇东南干热河谷植物群落物种多样性研究
赵紫晴, 柴勇, 崔明, 李贵祥, 和丽萍, 马赛宇, 刘玉国
2022, 35(11): 2447-2457. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.16
摘要(267) HTML (53) PDF(81)
摘要:
环境变迁下生物多样性格局形成及维持机制研究是生物多样性研究的核心科学问题之一. 滇西北和滇东南两地曾在地质历史上具有相似森林植被,随着板块运移,两地出现明显环境区化,植被类型亦产生巨大变化,仅在两地干热河谷生长着相似外貌和类型的植物群落,而其物种组成和生物多样性格局有何异同尚不清晰. 该研究分别在怒江和元江干热河谷设置100 km样带,每间隔4 km布设样地,对其植被进行群落学调查. 通过计算两地不同生活型植物重要值、Alpha及Beta多样性指标,拟阐明起源相近、外貌相似的两地植被在环境变迁后群落物种组成及生物多样性的变化规律. 结果表明:①滇西北干热河谷共调查到维管植物125种(51科104属),滇东南干热河谷共调查到114种维管植物(44科102属). 滇西北乔木和灌木物种丰富度均略高于滇东南,草本反之. 滇西北乔木多度极显著高于滇东南(P<0.01),灌木多度未出现显著性差异,草本多度滇东南显著高于滇西北(P<0.05). ②从科水平分析,滇西北和滇东南乔木和草本优势科组成种类相似,但灌木优势科组成种类差异性较大. 从种水平分析发现,两地乔木优势种种类差异较大,而灌木和草本组成相似. ③滇西北植物群落Shannon-Wiener指数、Simpson指数均略低于滇东南,但无显著性差异,而Pielou指数显著低于滇东南(P<0.05). 滇西北干热河谷植物群落中优势种单一,物种分布具有聚集性;滇东南植物群落物种分布较均匀,物种多样性丰富. ④两地植物群落之间相异性系数较高,处于极不相似水平,群落间生境差异性较大,不同生活型植物Beta多样性差异极显著(P<0.001),其中以灌木物种组成的相异性最大. 研究显示,起源相近、外貌相似的滇西北与滇东南干热河谷的植物群落物种组成存在明显差异,Alpha多样性差异不明显,Beta多样性存在显著性差异,环境变迁后区域环境差异改变了植物群落结构.
2000—2018年鄂尔多斯市植被覆盖度变化及驱动因素分析
郑颖娟, 刘军会, 刘洋, 马苏, 周甲男
2022, 35(11): 2458-2468. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.13
摘要(270) HTML (85) PDF(92)
摘要:
植被变化是一个复杂而漫长的过程,受气候变化、土地利用、生态工程、城市化等多种因素的影响,其中人类活动是植被覆盖度变化的重要影响因子,评估区域植被覆盖度的人为影响值具有重要的研究意义. 鄂尔多斯市融入新一轮西部大开发、黄河流域生态保护和高质量发展、黄河“几”字湾都市圈及内蒙古自治区的重要经济增长极等国家和区域战略,是国家重要能源和战略资源基地,且位于我国北方防沙带的南侧,对维护国家整体生态安全具有重要作用. 本文以鄂尔多斯市为研究区,利用遥感数据、气象数据、土地利用数据,采用基于变异系数的人为影响模型,分析鄂尔多斯市2000—2018年植被覆盖度的时空变化,定量探究气候与人类活动对植被变化以及生态环境的影响,识别人类活动影响区域,区分正向、负向影响. 结果表明:2000—2018年鄂尔多斯市植被覆盖度平均值呈现波动性上升趋势,从0.23升至0.35,总体呈现由低、中覆盖向中高、高覆盖转化的趋势. 2000—2018年NDVI变异系数为0.005~4.360,植被稳定性较弱,变异系数高值区与气候因子的相关性未达到显著性水平. 人为变异系数为−0.25~1.50,研究区西部受人类干扰程度较大,而东部受干扰程度较小. 人类活动的正向影响区域主要集中在研究区东部,占研究区总面积的54.00%,与近年来生态保护修复治理密不可分. 人类活动的负向影响区域主要分布在鄂托克旗西北部等区域,土地利用类型为工矿用地,且这些区域是采矿场增加区域之一,很大程度上受到矿产开发的影响,同时该区域处于防风固沙屏障区和生物多样性优先区,不仅关系到鄂尔多斯市的人居安全保障,而且关系到内蒙古自治区乃至京津冀、华北及西北地区的生态安全. 因此需进一步加强人类活动管控工作,协调好经济发展与环境保护的关系,保障生态环境质量持续改善,为地方政府生态环境监管与干旱半干旱区生态保护修复提供科学依据,同时为黄河流域高质量发展以及我国北方生态安全屏障构筑提供重要保障.
沙质农田作物不同间作采收模式休耕期的防风效应
莎日娜, 于明含, 丁国栋, 吴叶礼, 李嘉珞, 谭锦
2022, 35(11): 2469-2476. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.06.17
摘要(164) HTML (38) PDF(65)
摘要:
油沙豆(Cyperus esculentus)是集粮、油、牧、饲于一体的高利用价值新兴经济作物,在我国沙区调整种植结构及沙化土地改良中有重要作用. 油沙豆茎块在采收过程中易破坏表层土壤、引发风蚀,因此,探究油沙豆防风阻沙的保护性耕作模式是实现油沙豆在沙区种植的重要前提. 本文基于乌兰布和沙漠油沙豆农田现有间作模式,通过风洞模拟试验,探究不同风速下6种间作模式(2种间作作物×3种带间距)的防风蚀效果. 结果表明:①不同带间距模式在各风速下的风速廓线均呈对数形式,粗糙度随带间距的增加而减小. ②间作作物对垂直流场结构分布特征有显著影响,间作玉米各带间距模式近地表风速均低于当地起沙风速(6 m/s);间作向日葵各带间距模式近地表风速均高于起沙风速,约为9 m/s. ③风速对各间作模式的防风效能具有显著影响,防风效能随风速的增大呈减小趋势. ④间作带的防风效能随带间距的增加而减小,表现为带间距8 m>带间距16 m>带间距24 m. 间作玉米模式的防风效能大于间作向日葵模式,其中,玉米带间距8 m及16 m的模式其近地表防风效能均大于50%,是油沙豆农田防风阻沙的最优模式. 研究显示,考虑到农田的经济效益,带间距16 m的间作玉米模式是油沙豆农田兼顾生态效益和经济效益的最优间作模式.
鄂尔多斯市防风固沙功能时空变化及驱动因素分析
马苏, 刘军会, 康玉麟, 刘洋, 郑颖娟, 周甲男
2022, 35(11): 2477-2485. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.12
摘要(219) HTML (59) PDF(71)
摘要:
鄂尔多斯市是京津风沙源治理的重点区域,其防风固沙功能提升对于筑牢北方生态屏障和维护环京津地区的环境安全具有重要意义. 本文基于长时间序列卫星遥感影像以及气象、植被、土壤等数据资料,采用修正的风蚀模型(RWEQ),评估了鄂尔多斯市防风固沙功能,揭示了防风固沙功能时空变化规律及驱动因素. 结果表明:①2018年鄂尔多斯市防风固沙量为95.07×108 t,单位面积防风固沙量为10.95×104 t/km2,高值区主要位于东部和北部,整体上呈现自东向西递减的趋势. ②2000—2018年,鄂尔多斯市防风固沙功能呈增加趋势,年均增长率为26.96%;空间上,其防风固沙功能明显提升区域主要位于准格尔旗和乌审旗的东南部,面积占比为54.89%;稳定区域位于杭锦旗、鄂托克旗、伊金霍洛旗的部分区域,面积占比为29.76%;降低区域位于杭锦旗北部和鄂托克旗西部,面积占比为15.33%. ③鄂尔多斯市防风固沙功能变化与降雨量和土地利用类型的面积占比均呈显著相关. 研究显示,长期生态保护修复显著提升了鄂尔多斯市防风固沙功能,但由于气候变化和人类活动影响仍存在功能退化区域,未来科学实施生态修复是筑牢鄂尔多斯市生态屏障的主要方向.
金沙江干热河谷不同区段土壤碳氮磷化学计量和酶活性研究
阮长明, 杜寿康, 孙永玉, 张春华, 欧朝蓉, 王猛, 唐国勇
2022, 35(11): 2486-2494. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.21
摘要(199) HTML (55) PDF(59)
摘要:
探明金沙江干热河谷土壤C、N、P化学计量和土壤酶活性特征,是该区域生态恢复的重要决策依据. 2021年1月通过野外调查、土样采集及室内分析,对金沙江干热河谷上、中、下游共32个样地表层土壤的C、N、P化学计量和酶活性特征及其相互关系进行研究. 结果表明:①金沙江干热河谷土壤C、N、P元素含量受气候、土壤和植被等环境因子影响,其含量均表现为上游>下游>中游的特征,而土壤C/N值(含量比)从上游向下游逐渐降低,土壤C/P值(含量比)和N/P值(含量比)均呈从上游向下游逐渐增加的趋势. ②土壤脲酶(Ure)、β-葡萄糖苷酶(BG)和酸性磷酸酶(AP)的酶活性受金沙江干热河谷上、中、下游气候以及土壤、植被等环境因子的影响,其活性均表现为上游>下游>中游的特征. ③金沙江干热河谷不同植被类型土壤C、N、P含量和酶活性均表现为天然林>人工林>稀树灌草丛的特征. 研究显示:金沙江干热河谷上、中、下游土壤C、N、P元素含量及其化学计量比和土壤酶活性存在空间差异,可能与不同区段的气候、土壤、植被等因素有关;适宜的气候、土壤和植被能增加土壤C、N、P元素含量,提高土壤Ure、BG和AP酶活性.
基于格局-质量-服务的生态保护修复成效评估:以额尔齐斯河流域为例
刘浩, 郝海广, 张文国, 刘鹏, 孙丽慧
2022, 35(11): 2495-2507. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.29
摘要(354) HTML (104) PDF(86)
摘要:
建立生态保护修复工程实施成效评估方法体系,掌握“山水林田湖草”生态保护修复试点工程实施成效,分析评估结果中发现的问题,对于提出新时期生态环境保护修复的对策与建议具有重要意义. 额尔齐斯河流域具有极其典型的“山水林田湖草”生命共同体特征,额尔齐斯河流域生态保护修复工程的实施为探索西北干旱地区生命共同体保护修复模式提供了示范作用. 基于“山水林田湖草”生命共同体理念,从生态系统格局、质量和服务三个角度建立评价指标体系,通过对比非生态保护修复期和生态保护修复期内评估指标的时空变化情况,综合评估额尔齐斯河流域“山水林田湖草”生态保护修复工程实施生态环境成效. 结果表明:①生态系统类型的生态级别整体由“低”向“高”转变,草地生态系统退化趋势得到遏制且面积得到恢复,水域生态系统面积由2010年的1 802.02 km2持续增至2020年的1 994.84 km2,林地生态系统面积仍有所减少. ②工程建设区生态系统质量指数先降后增,其中生态保护修复期内生态系统质量指数增长相对明显. ③生态保护修复工程实施后,各生态系统服务指标变化率均有所增长,其中防风固沙指数增长最为显著. 研究显示,额尔齐斯河流域“山水林田湖草”生态保护修复工程成效显著,但由于工程建设区内生态本底的差异性,整体上各工程分区生态保护修复成效由北向南逐渐递减. 在后续生态保护修复工作中,建议基于额尔齐斯河流域中部和南部自然地理单元分布等区域特征,采取有针对性的对策措施,进一步恢复生态用地和提升生态系统服务.
基于生态系统服务与生态环境敏感性评价的生态安全格局构建研究
孙丽慧, 刘浩, 汪丁, 郝海广
2022, 35(11): 2508-2517. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.11
摘要(439) HTML (104) PDF(110)
摘要:
生态安全是国家安全的重要组成部分,构建生态安全格局对保障区域生态安全和实现可持续发展具有重要意义. 生态系统服务与生态环境敏感性评价能够揭示区域生态系统质量和生态产品供给能力,为生态安全格局构建提供科学基础. 本文以宁夏回族自治区为研究对象,基于生态系统服务与生态环境敏感性评价识别重要生态源地,并采用最小累积阻力(minimal cumulative resistance, MCR)模型识别重要生态廊道与关键生态节点,进而构建了宁夏的生态安全格局. 结果表明:①宁夏生态系统服务极重要性区域面积为14 280.05 km2,主要分布于西北部贺兰山、东部哈巴河、中部罗山及南部六盘山地区. 生态系统极敏感区域面积为7 340.58 km2,主要分布于宁夏南部水土流失治理区和沙坡头区沙漠化防治区. ②将评价结果与自然保护地空间分布相结合,综合确定全区生态源地面积为16 300 km2,主要包括西北、东部、南部山地以及黄河沿线区域. 生态安全缓冲区按照高、中、低水平分别占研究区总面积的67.93%、22.92%和9.15%. ③识别生态廊道为64条,生态节点12个,均呈现中部密集、南北稀疏的空间分布特征,与生态源地分布及其破碎程度相符. ④以研究区现有生态安全格局为基础,提出“一廊三屏四区多节点”生态安全格局优化策略. 研究显示,基于生态系统服务与生态环境敏感性评价的生态源地选择方法是在现有研究范式下对生态格局构建研究的补充,同时研究结果将为宁夏生态安全格局优化以及国土空间修复提供重要参考.
大气环境
基于中国人群暴露特征的污染物职业接触与环境空气浓度限值转换系数研究
郭敏, 王宗爽, 姜楠, 顾闫悦, 徐舒, 谭玉菲, 段小丽
2022, 35(11): 2518-2526. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.02
摘要(195) HTML (41) PDF(70)
摘要:
污染物职业接触与环境空气浓度限值之间的转换系数是制定保护公众健康的有毒有害污染物环境空气浓度限值的重要参数. 本研究运用等效健康风险评估法,构建了基于中国人群暴露特征的污染物职业接触与环境空气浓度限值之间的转换系数推导模型,分别计算了我国居民不同性别、年龄、区域、工龄等条件下的转换系数,并检验了影响转换系数的敏感性因素. 结果表明:①我国人群(包括儿童)的转换系数在0.000 9~0.002 6之间,平均值为0.002 1,与蒙特卡洛模拟值(平均值为0.002 3,中位数为0.002 2)相近,但低于美国和欧盟的转换系数(美国、欧盟分别为0.002 4、0.002 7). ②我国男性居民的转换系数普遍高于女性,且城市和农村居民之间不存在显著性差异;敏感人群(6岁以下儿童)转换系数接近成年人的50%,其中1岁以内儿童转换系数低至0.000 9. 我国不同省份成人的转换系数存在显著差异(P<0.05),其中,上海市(0.001 9)最低,西藏自治区(0.002 3)最高. ③敏感性检验发现,体质量、呼吸量等暴露参数对转换系数影响较大. 研究显示,基于中国人群暴露特征的转换系数可以指导我国科学、准确、合理、高效地制定出环境空气中有毒有害污染物浓度限值.
我国典型工业城市夏冬季卤代烃来源解析与致癌风险
宋晗睿, 徐勃, 王健, 王歆华, 韩斌, 王晓丽, 张楠, 耿春梅
2022, 35(11): 2527-2537. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.22
摘要(288) HTML (47) PDF(69)
摘要:
环境空气中卤代烃作为挥发性有机物的子类,不仅影响生态环境而且危害人体健康,为了解典型工业城市环境空气中卤代烃的污染特征、来源及健康风险,于2021年夏季和冬季使用5800-GM型挥发性有机物气质联用在线分析仪(GC-MS/FID)对淄博市环境空气卤代烃进行监测. 结果表明:①夏季和冬季卤代烃平均体积分数分别为9.0×10−9和7.6×10−9,其中,限制卤代烃(《蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书》长期管控且淘汰物种)占比分别为16.2%和19.2%,且限制卤代烃体积分数基本不存在昼夜差异;非限制卤代烃(《蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书》未列入管控的物种)占比分别为83.8%和80.8%,其体积分数呈早晚高、中午低的双峰结构. 夏季和冬季体积分数较高的物种均为二氯甲烷、一氯甲烷和1,2-二氯乙烷,三者占比之和在夏季和冬季分别为68.7%和63.4%. ②环境空气卤代烃的主要来源包括溶剂使用源、氟氯烃储库泄漏源、化学原料药源和工业排放源,其在夏季贡献率分别为40.3%、30.0%、16.0%和13.7%,在冬季贡献率分别为31.3%、30.6%、24.5%和13.7%. ③健康风险评价结果表明,1,2-二氯乙烷、1,2-二氯丙烷、三氯甲烷是具有致癌风险的主要卤代烃物种;工业排放源是造成致癌风险的最主要来源,在夏季和冬季贡献率分别为32.7%和46.6%. 研究显示,淄博市夏季和冬季环境空气体积分数较高的卤代烃为二氯甲烷、一氯甲烷和1,2-二氯乙烷,溶剂使用源和工业排放源分别为卤代烃和致癌风险的主要来源,需要重点关注.
计算机控制扫描电镜技术(CCSEM)在大气颗粒物表征及源解析中的应用
李文君, 高健, 姜华, 李孟岩, 李江, 赵普生, 何连生
2022, 35(11): 2538-2549. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.23
摘要(278) HTML (46) PDF(84)
摘要:
近年来,我国环境空气质量不断改善,在此背景下准确掌握大气颗粒物的理化性质及其来源是精准治污的重要基础. 计算机控制扫描电镜技术(CCSEM)的快速发展大幅提高了单颗粒分析效率,为实现颗粒物精细化源解析提供新的技术手段. 本文介绍了CCSEM技术的原理、特点、测试流程及技术发展,梳理了CCSEM在大气颗粒物的理化性质、来源解析及健康效应中的研究成果,总结了CCSEM的发展前景及局限性. 结果表明:CCSEM可通过自动化测试快速获取更全面的颗粒物信息,后处理功能便于快速掌握颗粒物污染源精细化信息,寻找部分隐匿的污染源,对比不同区域颗粒物类型的差异,并获取颗粒物精细化源解析结果. CCSEM对重金属等有潜在健康危害的高原子序数元素有较高的识别效率,可应用于颗粒物健康效应研究. 因此,CCSEM在大气颗粒物精细化源解析及健康效应研究等方面有较好的应用前景. 但是,CCSEM在颗粒物识别、分类标准及分析时效性等方面有一定的局限性,在未来应通过加强CCSEM形貌识别提高颗粒物的识别效率,结合单颗粒源谱数据库制定更科学的颗粒物分类规则,以及加强采样、测试及分析的连贯性以提高分析时效性.
IPCC第一工作组评估报告分析及建议
马占云, 任佳雪, 陈海涛, 姜华, 高庆先, 刘舒乐, 严薇, 李照濛
2022, 35(11): 2550-2558. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.08
摘要(338) HTML (87) PDF(79)
摘要:
2021年8月6日,政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组第六次评估报告(AR6)发布,针对气候系统变化科学领域最新研究进展和成果进行了全面、系统的评估. AR6以更强有力的证据进一步确定了近百年全球气候变暖的客观事实,人类活动对气候变暖影响的信号更为清晰. 本文总结了历次IPCC评估报告,并从气候现状、未来可能的气候状态、风险评估和区域适应气候变化信息以及减缓未来气候变化4个方面对AR6进行系统梳理. 结果表明:人类活动产生的温室气体对大气、海洋、冰冻圈和生物圈的影响前所未有,引发了全球许多地区的极端天气和气候极端事件. 未来若温室气体排放没有显著减少,到2100年全球地表温度将至少升高2.1 ℃;如若人类影响得到有效改善,在最低排放情景(SSP1-1.9)中,2055年将变为负碳,到21世纪末气温开始再次下降. 减少CH4等其他污染物可以为全球气候治理争取时间,并改善空气质量. 建议中国应对气候变化应加强基础科学研究,聚焦模式开发和应用及与各工作组之间的衔接,加快短寿命气候强迫(SLCFs)与温室气体协同控制研究,强化应对气候变化政策措施的科技支撑等.
水环境
不同制备方法对铝基催化剂臭氧催化氧化的效果研究
胡映明, 王盼新, 付丽亚, 袁玥, 吴昌永
2022, 35(11): 2559-2567. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.01
摘要(202) HTML (32) PDF(29)
摘要:
为改善混合法制备催化剂催化效率低以及浸渍法制备过程中能耗大、耗时长、成本高的问题,以混合法为基础,研究不同活性组分负载方案,并在最佳的负载方案下探究了过量浸渍法、等体积浸渍法和混合法制备的催化剂催化臭氧氧化处理石化二级出水的效果,并分析了这3种方法制备催化剂的晶型结构、比表面积、孔径和孔体积. 结果表明:①混合法负载单活性组分的催化剂在催化臭氧氧化处理石化二级出水时,Mn/Al2O3催化剂表现出较高的催化活性,但出水不能满足《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571—2015)标准中规定的排放限值;负载双活性组分的催化剂中,Mn-Cu/Al2O3催化剂对石化二级出水催化臭氧氧化的去除效果较好,TOC、COD和UV254去除率分别达34.54%、49.53%和56.81%,荧光类物质中类腐殖质的去除率也达到72.34%,出水满足GB 31571—2015标准限值. ②X-射线粉末衍射仪(XRD)和比表面积分析仪(BET)的结果表明,混合法、过量浸渍法和等体积浸渍法3种方法制备的同组分催化剂均具有γ-Al2O3的晶型结构,吸附等温线均属于Ⅳ型等温线,吸附量最大的为过量浸渍法,达到326.37 cm3/g. ③在催化臭氧氧化石化二级出水试验中,催化活性较高的是浸渍法,混合法稍次之,但处理后出水均可满足GB 31571—2015标准限值;3种方法制备的催化剂金属离子溶出量范围均为8.74~10.15 μg/L,远低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)标准中规定的排放限值. 研究显示,混合法制备催化剂在深度处理石化废水时,出水可达标排放,而混合法制备催化剂工艺简单,成本低于浸渍法. 因此,混合法在满足实际需求时,有望代替浸渍法制备臭氧催化剂.
土壤与固废
活性污泥萃取液的安全性及对水稻苗期生长和土壤环境的影响
童彤, 纪荣婷, 许秋瑾, 宋永会, 李小鸥, 张悦
2022, 35(11): 2568-2577. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.08
摘要(234) HTML (46) PDF(42)
摘要:
为进一步探讨活性污泥萃取液的农用安全性及应用效果,以水稻为试验材料,开展活性污泥萃取液安全性及与化肥不同配施量处理试验,通过设置5个处理组(CK,空白对照;CF,常规施肥对照;LMF,化肥减氮30%配施低量萃取液;HMF,化肥减氮30%配施高量萃取液;MF,化肥减氮100%配施全量萃取液),分析萃取液对水稻苗期生长性状、土壤理化性质和土壤微生物群落的影响. 结果表明:活性污泥萃取液中的重金属元素含量符合《含氨基酸水溶肥料》(NY 1429—2010)农用标准,0.33%~10%浓度的萃取液浸种可促进水稻种子萌发. 施用萃取液可促进水稻幼苗株高、茎宽、叶面积、地上部生物量与地下部生物量等生长指标的增加. 与常规施肥相比,配施萃取液后,土壤pH显著提高0.51%~13.8%,土壤电导率显著降低14.3%~66.3%,可溶性有机碳含量最高可显著增加68.0%. 高通量测序分析结果显示,相对丰度位于前10位的细菌门类在各处理土壤中均有分布,施用活性污泥萃取液改变了菌群分布比例,且对近根际土壤中菌群结构的影响最大. 施用活性污泥萃取液后,与碳循环相关的门类菌群显著增加,如变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)等;常见于胁迫环境的厚壁菌门(Firmicutes)显著减少. 研究显示,活性污泥萃取液具有农用安全性,配施高量萃取液能显著促进水稻幼苗生长,改善土壤理化性质,优化土壤菌群结构,可与有机肥施用效能相当.
玉米和小麦对城市污泥施用土壤中多氯联苯的吸收和传输特征
刘婉玉, 李珺, 王森, 袁琪
2022, 35(11): 2578-2587. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.06.06
摘要(187) HTML (41) PDF(33)
摘要:
城市污泥施用农田能够改善土壤性状及促进作物生长,但也会使农田存在重金属和有机污染物等污染风险. 多氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)作为一类持久性有机污染物,被作物吸收、累积后经食物链传递,潜在威胁着人体健康. 为探究城市污泥施用农田后PCBs在土壤和作物(玉米和小麦)中的分布特征,解析玉米和小麦对土壤PCBs的吸收和传输规律与差异,以关中地区城市污泥施用土壤为研究对象,设置不同植物种属、污泥施用量和污泥类型的土壤盆栽培养试验. 结果表明:①城市污泥施用后造成土壤、玉米和小麦的PCBs污染,土壤、植物根和地上部分以低氯代PCBs〔一氯代PCBs(mono-PCBs)~五氯代PCBs(penta-PCBs)〕为主,且百分含量呈依次增加趋势. ②与种植前相比,种植植物后土壤中更低氯代的PCBs占主导;且土壤∑PCBs消减了20.00%~79.30%,各处理对∑PCBs的消减差异表现为玉米高于小麦、单倍污泥施用量高于双倍污泥施用量、有机质含量最高的污泥施用处理∑PCBs的消减率最高. ③植物根可以吸收土壤PCBs并向地上部分传输,且吸收和传输能力与植物种属、污泥施用量和污泥类型有关,小麦对污染土壤∑PCBs及各PCBs同系物的吸收能力均强于玉米,而传输能力较弱;双倍污泥量施用下植物根对∑PCBs、一氯代PCBs(mono-PCBs)~四氯代PCBs(tetra-PCBs)和六氯代PCBs(hexa-PCBs)的吸收减弱;有机质含量最低的污泥施用下植物根对∑PCBs的吸收能力最强. 研究显示,城市污泥施用会引起土壤和作物PCBs污染,种植作物能消减污染土壤PCBs,而小麦和玉米对土壤∑PCBs及各PCBs同系物的消减和吸收传输存在种属差异.
一株稻田土壤梭状芽孢杆菌的分离及其固氮产氢能力研究
吴志宇, 周革非, 陈慧敏, 汤佳, 谢章彰, 刘芳华
2022, 35(11): 2588-2595. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.06.18
摘要(236) HTML (55) PDF(36)
摘要:
为研究水稻土壤中协同固氮产氢菌的固氮产氢特性,拓展协同固氮产氢菌菌种资源,利用厌氧微生物富集培养、亨盖特厌氧滚管等技术,从华南稻田土壤中筛选到一株同时具有产氢和固氮能力的菌株BZ-1. 经形态学观察及16S rRNA基因序列系统发育分析,鉴定菌株BZ-1属于梭状芽孢杆菌属(Clostridium sp.). 通过测定产氢量、生物量、发酵产物及固氮酶酶活等,对菌株BZ-1的产氢能力及协同固氮产氢特性进行分析. 结果表明:菌株BZ-1发酵34.55 mmol/L葡萄糖可产生42.19 mmol/L H2,主要副产物为丁酸(15.96 mmol/L)、乙酸(7.14 mmol/L)和乳酸(5.09 mmol/L);菌株BZ-1具有固氮酶活性,能够以N2为唯一氮源进行生长;菌株BZ-1固氮产氢时,相比于添加7 mmol/L氯化铵的试验组,产氢量提高了14.71%,最大生物量降低了33.33%,乙酸产量提升了61.49%. 研究显示,菌株BZ-1在协同固氮产氢条件下固氮能力的提升、生物量的降低以及核心碳代谢途径的改变可能是其产氢量提升的原因. 固氮产氢菌株BZ-1的获得将为提高土壤肥力以及缓解铅、镉等重金属对农作物的胁迫作用提供新的思路.
含固率和有机负荷对厨余垃圾厌氧消化性能及沼渣特性的影响
张彤, 张立秋, 封莉, 刘永泽, 杜子文, 韩绮
2022, 35(11): 2596-2607. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.06.11
摘要(189) HTML (126) PDF(45)
摘要:
为提高厨余垃圾厌氧消化性能和促进沼渣资源化利用,以底物降解效能和产甲烷量最大化为目标,分别考察不同进料总固体(TS)含量(含固率)(12%、15%、18%、25%、28%、33%)和有机负荷〔8.5、10.5、13.5 g/(L·d),以挥发性固体(VS)计〕条件下厨余垃圾的中温厌氧消化特性,并对最优进料参数下沼渣特性和资源利用潜力进行分析. 结果表明:进料TS含量是影响厨余垃圾厌氧消化效能的重要因素,调节进料TS含量至25%时可获得最大累计产甲烷量(16.81 L)和最高单位容积负荷累计产甲烷量(42.01 L/L),挥发性固体降解率达72.29%,系统运行稳定. 在进料TS含量为25%的条件下,系统累计产甲烷量随有机负荷的增加呈先升高后降低的趋势,有机负荷为10.5 g/(L·d)时,系统累计产甲烷量和挥发性固体降解率最高,分别为24.04 L和79.64%,未产生酸抑制现象. 厌氧消化过程中产生的副产物沼渣中有机质和总养分含量较高,电导率和重金属含量较低,pH适宜,满足《有机肥料》(NY 525—2021)和《绿化用有机基质》(GB/T 33891—2017)的要求. 研究显示:当进料TS含量为25%、有机负荷为10.5 g/(L·d)时,厌氧消化系统运行效能最优;沼渣营养成分较高、生物毒性较低,具有较大资源化利用潜力,后续经脱水处理并提高腐熟程度后可进行应用.
环境污染与健康
我国污染物健康风险毒性数据库构建研究
温宥越, 于云江, 孙强, 向明灯, 董辰寅, 党垚, 杨剑
2022, 35(11): 2608-2617. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.19
摘要(575) HTML (91) PDF(146)
摘要:
污染物毒性数据是开展环境健康风险评估和管控的基础. 迄今为止,我国尚未建立本土化的污染物健康风险毒性数据库. 为此,本文基于收集、整编和经本土化改造的污染物健康风险毒性数据,构建了符合我国国情的污染物健康风险毒性数据库平台,为我国环境健康风险评估、风险管控及相关研究提供了基础数据和技术支撑服务. 该平台由公众端和管理端组成,公众端为公众用户提供了便捷实用的毒性数据查询与服务系统,而管理端为系统管理人员提供了高效的数据及用户组织管理工具. 该平台集成了国内外业界广泛使用的相关信息系统优点,创新性地构建了实时交互响应、自动生成审核信息的数据审核功能,同时拟利用生态环境云服务实现统一管理、统一监控、统一运维、统一服务和统一备份,将极大地保证系统的稳定性和安全性.
环境经济与管理
京津冀地区NOx和VOCs协同减排成本及减排策略研究
李晓瑜, 王念, 刘慧文, 张增凯
2022, 35(11): 2618-2626. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.01
摘要(251) HTML (39) PDF(102)
摘要:
京津冀地区细颗粒物(PM2.5)浓度改善速度放缓,而臭氧(O3)污染不断加剧,PM2.5和O3的协同控制对于京津冀地区空气质量持续改善十分关键且紧迫. 通过构建京津冀地区城市层面可计算一般均衡模型(CGE),模拟了PM2.5和O3的共同前体物—NOx和VOCs的边际减排成本曲线,进而构建了京津冀地区PM2.5和O3协同控制评估模型,确定了在不同空气质量目标下减排成本最小的NOx和VOCs协同减排方案. 结果表明:减排成本最小的情景下,京津冀各城市PM2.5和O3浓度达到《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)二级标准限值时;NOx和VOCs的排放量需较2017年分别降低25%~67%和22%~60%,需要投入的总减排成本为992.9×108元. 研究显示,基于京津冀地区城市政策仿真平台构建的PM2.5和O3协同控制评估模型,可为京津冀地区PM2.5和O3协同控制方案的制定提供参考.
基于准自然实验的生态转移支付政策环境效应评价
曹俐, 王梦瑶, 雷岁江, 董战峰
2022, 35(11): 2627-2638. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.04
摘要(169) HTML (32) PDF(36)
摘要:
生态转移支付政策的完善是深化生态补偿制度改革的重要组成部分. 为解决生态转移支付政策尚未充分改善环境质量这一现实问题,基于地方政府环境治理决策机理提出相应假设,选取山西省96个县域的环境和社会经济相关数据,运用倾向得分匹配-双重差分法评估生态转移支付政策的环境效应. 结果表明:生态转移支付政策的实施总体上在1%的显著性水平下改善了国家重点生态功能区所在县域的环境质量,但随着时间的推移,其环境效应逐渐变差. 生态转移支付资金规模的扩大进一步改善了环境质量,每增加1 000元生态转移支付资金,环境质量就得到2.285个百分点的改善,且生态转移支付政策的环境效应呈现出功能区类型、民族聚集程度的差异化特征. 进一步研究发现,贫困程度是导致不同地区生态转移支付政策环境效应存在差异的重要因素. 基于此,建议坚持实施生态转移支付政策,逐步扩大生态转移支付规模,强化生态转移支付资金分配的导向性和差异性,完善生态转移支付政策的市场化,多元化投入机制和完善补偿资金考核机制等,从多角度完善生态转移支付政策.