环境科学研究

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洪韫韬, 肖融, 杨文源, 方超, 楚文海

2022, 35(12): 2639-2646. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.11.04

摘要(799) HTML (102) PDF(161)

摘要:
含氯消毒剂在我国污水处理过程中普遍使用，其在灭活病原微生物的同时会增加出水余氯浓度，对生态环境造成影响. 新冠肺炎疫情防控期间，含氯消毒剂的使用量大幅增加，余氯问题更加凸显. 为对我国水污染物排放标准中余氯限值的制定和修订提出可参考的建议，比较了国内外现有各类水污染物排放标准中的余氯限值，并总结分析余氯监测及控制方法的研究进展. 结果表明：①我国多项水污染物排放标准包含出水中余氯限值规定，如《医疗机构水污染物排放标准》规定采用氯化消毒的医院污水直接排放总余氯浓度应低于0.5 mg/L，北京、上海等地的地方污水综合排放标准规定直接排放的污水总余氯浓度应低于0.5 mg/L，但我国城镇污水处理厂消毒尾水中的余氯至今仍缺乏标准管控. ②我国余氯测定标准中规定的余氯监测方法为N,N-二乙基-1,4-苯二胺(DPD)滴定法和分光光度法，近年来余氯的仪器分析法和传感器法也得到迅速发展. ③余氯控制方法包括以二氧化硫和亚硫酸盐为脱氯剂的化学脱氯法、活性炭脱氯法和还原性金属材料脱氯法等. 因此，建议我国在未来城镇污水处理厂排放标准中考虑纳入余氯限值规定，并关注余氯监测及控制方法的发展与规范制定.

污水新型冠状病毒监测研究进展及启示

侯敏, 谢玉为, 毛怡心, 张晓, 张良, 王园媛, 郑和辉, 顾雯, 雒月云, 周海健, 姚孝元, 张岚, 唐宋

2022, 35(12): 2647-2656. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.16

摘要(441) HTML (121) PDF(89)

摘要:
新冠肺炎疫情暴发以来，全球多个国家和地区频繁在污水中检测出新型冠状病毒核酸. 开展基于污水流行病学的污水新型冠状病毒监测，可作为人群新冠肺炎监测的重要补充，获得的核酸浓度数据和序列突变分析结果，可为新冠肺炎疫情早期预警、早期发现无症状感染者、评估感染规模、监测人群流行趋势、开展病毒溯源调查、制定防控政策等提供科学依据. 鉴于此，本文系统介绍了国内外污水中新型冠状病毒的来源及影响病毒存活的主要因素，归纳了常用的污水新型冠状病毒富集浓缩和核酸检测方法，概括了全球已开展的监测项目、进展及现存科学问题，指出了现有研究的局限性，包括缺乏污水中新型冠状病毒的分布特征及感染性研究、预测预警模型开发与应用不足等. 为我国下一阶段新冠肺炎疫情或者未来可能出现的突发重大疫情的精准防控提供借鉴与参考，提升我国应对传染病及非传染病的预测预警、流行规模评估及精准施策的能力.

我国大气O₃污染成因及影响因素综述

张涵, 姜华, 高健, 李红

2022, 35(12): 2657-2665. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.01

摘要(1013) HTML (164) PDF(368)

摘要:
近年来我国O₃污染现象频发，制约着我国环境空气质量优良天数比例的提高，弄清O₃污染成因及影响因素对科学防治O₃污染具有重要意义. 本文在整理分析大量已有研究基础上，梳理关于对流层O₃污染形成机理方面的认识，将O₃污染成因按影响程度大小分为主要内在原因、关键外在因子和重要影响因素，其中，前体物排放处于高位及高反应活性前体物的化学转化是O₃污染形成的主要内在原因，环境因子及气候条件是关键外在因子，三维立体传输(平流层输入、垂直混合及水平传输)是重要影响因素. 未来我国需要从以下几个方面继续深入研究：① 加强PM_2.5与O₃复合污染成因机理和协同控制机制的科学研究；② 深化O₃污染成因与来源的科学研究及应对措施研究；③ 科学优化大气O₃评价指标；④ 持续推进O₃污染防控措施实施.

河南省近地表O₃污染特征及其与气象因素之间的关系

全澍, 刘淼晗, 陈博轩, 黄月华, 马清霞, 韩艳

2022, 35(12): 2666-2676. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.30

摘要(333) HTML (64) PDF(201)

摘要:
气象因素对臭氧(O₃)浓度有着重要影响，为探索近地面O₃污染特征及与气象因素的关系，利用2014—2020年河南省环境空气质量监测站数据和国家基本地面气象站数据，研究了河南省O₃污染时空特征、O₃与前体物以及与气象因素之间的关系，探究了夏季河南省O₃的潜在来源. 结果表明：①时间特征上，2014—2020年河南省O₃污染程度总体减轻，O₃日最大8 h滑动平均值(简称“O₃-8 h浓度”)变化趋势呈现“M”型，O₃-8 h浓度在季节上呈夏季>春季>秋季>冬季的特征，且6月O₃-8 h浓度及超标天数均达到峰值；空间特征上，O₃-8 h浓度呈北低南高、西低东高的空间分布情况，高值区集中于豫南地区. ②O₃-8 h浓度与前体物NO₂、CO浓度均呈显著负相关. ③从气象因素角度来看，O₃-8 h浓度与气温呈正相关，与相对湿度呈负相关，气温$ \geqslant $26 ℃或相对湿度$ \leqslant $40%有利于O₃-8 h浓度升高. 受秋冬季盛行北风的影响，河南省O₃-8 h浓度在秋、冬两季呈北低南高的空间分布，夏季盛行的南风有利于河南省O₃污染的形成和维持. ④2019年夏季O₃浓度最大，由内源性转向外源性. 受周边城市以及地形条件影响，河南省夏季O₃会出现局部累积. 研究显示，河南省近地表O₃污染具有显著的时空分布特征，污染程度总体减轻，O₃前体物与气象因素(气温、相对湿度、风)对O₃影响显著，夏季O₃传输路径及潜在源随时间发生变化.

丹江口水库淅川库区大气降水中无机离子特征及来源解析

张清淼, 郭晓明, 金超, 徐小涛

2022, 35(12): 2677-2684. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.24

摘要(292) HTML (110) PDF(75)

摘要:
大气降水中水化学组成深刻影响着地表水体水质和水生态系统的物质循环. 为探究丹江口水库降水中无机离子的化学组分和来源贡献，以丹江口水库淅川库区为研究区，通过野外调查、原位观测和室内分析，研究了降水中无机离子(F⁻、Cl⁻、NO₃⁻、SO₄²⁻、Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺)的浓度特征. 结果表明：丹江口水库淅川库区降水中无机离子浓度大小表现为NH₄⁺(170.0 μeq/L)>Ca²⁺(115.4 μeq/L)>SO₄²⁻(112.9 μeq/L)>NO₃⁻(94.2 μeq/L)>Na⁺(61.1 μeq/L)>Mg²⁺(25.9 μeq/L)>F⁻(12.2 μeq/L)>K⁺(11.8 μeq/L)>Cl⁻(10.3 μeq/L)，其中NH₄⁺、Ca²⁺、SO₄²⁻、NO₃⁻和Na⁺浓度占总离子浓度的90.2%；相关性分析表明不同无机离子浓度之间存在显著相关性(P<0.05)，富集因子分析表明陆源人类活动对无机离子浓度的影响较大；正定矩阵因子分析表明，农业源、工业燃煤、土壤扬尘、化石燃料燃烧和生物质燃烧是无机离子的重要来源，其中NH₄⁺和SO₄²⁻的主要来源分别为农业源(56.3%)和化石燃料燃烧(78.7%). 研究显示，丹江口水库淅川库区降水中无机离子组分以NH₄⁺、Ca²⁺、SO₄²⁻、NO₃⁻为主，其主要受陆源人类活动(农业活动和化石燃料燃烧)的影响.

基于多通道长短期记忆网络的PM_2.5小时浓度预报

张鑫磊, 张冬峰, 刘伟, 杨倩, 郭媛媛, 任玉欢, 范志宣

2022, 35(12): 2685-2692. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.12

摘要(312) HTML (100) PDF(96)

摘要:
PM_2.5作为主要的大气污染物之一，严重影响空气质量和人体健康. 基于深度学习的PM_2.5小时预报研究中，不同输入要素的历史时间序列对PM_2.5预报结果的响应情况存在差异. 因此，基于太原市2019—2020年空气质量监测站、气象观测站的数据，提出一种多通道长短期记忆网络(Multi-Channels Long Short Term Memory，MULTI-LSTM)模型对PM_2.5浓度进行预报. 首先使用独立的长短期记忆网络(LSTM)学习每个输入要素，然后将每个模型的学习结果进行融合，最终获得未来多小时的PM_2.5浓度预报结果. 将单通道LSTM模型(BASE-LSTM)和LSTM扩展模型(LSTME)作为对照模型，与MULTI-LSTM模型的预报精度进行对比. 结果表明：不同观测窗与预报时效下，MULTI-LSTM模型在测试集上的预报精度明显高于其他2个对照模型. 其中，MULTI-LSTM模型在8 h观测窗和6 h预报时效组合下，均方根误差(RMSE)、平均绝对百分误差(MAPE)以及拟合指数(IA)分别为20.26 μg/m³、51%、0.91. 对未来逐6 h的预报中，观测窗宽度从8 h增至32 h，MULTI-LSTM模型的预报精度无明显变化，观测窗宽度为40和48 h时，RMSE比8 h观测窗下分别下降了2%和3%. 此外，增加LSTM层深度不会提升模型的预报精度. 研究显示，利用MULTI-LSTM模型作为PM_2.5浓度小时预报模型，通过选取合适的观测窗宽度与气象要素，可获得精度较高的预报结果.

基于多机器学习算法耦合的空气质量数值预报订正方法研究及应用

肖宇

2022, 35(12): 2693-2701. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.04

摘要(334) HTML (70) PDF(94)

摘要:
应用多种机器学习算法进行时空耦合从而建立一种新的多模式集合预报订正算法(简称“ET-BPNN算法”)，对4种常规污染物(NO₂、O₃、PM_2.5和PM₁₀)的空气质量模型预报结果进行订正. 订正方法分为两步，第一步中利用随机森林、极端随机树和梯度提升回归树3种机器学习算法，采用4个空气质量数值预报模式(CMAQ、CAMx、NAQPMS和WRFChem)的多尺度污染物浓度预报数据、中尺度天气模式(WRF)的气象因子预报数据(包括2 m温度、2 m相对湿度、10 m风速、10 m风向、气压和小时累计降水量)以及污染物浓度观测数据作为训练集，训练结果进入基于均方根误差的择优选择器，选取3种机器学习算法中优化效果最好的算法；在第二步中利用了BP神经网络算法，通过加权平均获得集合模式订正预报结果. 结果表明：①与模式集合平均算法相比，ET-BPNN算法使NO₂、O₃、PM_2.5和PM₁₀浓度预报值与观测值之间的均方根误差分别减小了30.4%、18.9%、43.3%和38.1%. ②ET-BPNN算法的优化效果较随机森林、极端随机树和梯度提升回归树3个机器学习算法有明显提升，与极端随机树算法相比，ET-BPNN算法使NO₂、O₃、PM_2.5和PM₁₀浓度预报值与观测值之间的均方根误差分别降低了42.7%、20.1%、19.7%和9.7%. ③在易发生污染的秋冬季，ET-BPNN算法对PM_2.5浓度的预报具有明显的优化效果，此外该算法明显缩小了不同站点预报和不同预报时效之间的偏差，具有较好的鲁棒性. ④对O₃和PM_2.5浓度预报而言，经ET-BPNN算法优化后的预报结果能够更好地把握污染过程，对污染物峰值浓度的预报也较模式集合平均算法更准确. 研究显示，ET-BPNN算法提高了空气质量模式对污染物浓度的预报效果.

分层湖库温跃层溶解氧极值现象研究进展

董飞, 马冰, 彭文启, 刘晓波

2022, 35(12): 2702-2715. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.09

摘要(353) HTML (85) PDF(104)

摘要:
分层湖库温跃层溶解氧(DO)极值现象包括温跃层DO极小(metalimnetic oxygen minimum, MOM)和温跃层DO极大(metalimnetic oxygen maximum)两类. 本文通过系统调研国内外文献，详细梳理了两类极值现象的研究历程、形成原因、研究方法，及其对生态环境造成的影响，比较分析了两类极值现象的异同. 结果表明：①成因方面. MOM的主要成因为浮游生物呼吸耗氧、有机物分解耗氧、边坡沉积物耗氧、DO垂向输移等自然因素，以及温跃层或温跃层下部取水、混合层或滞温层人工增氧等人为因素；温跃层DO极大现象的主要成因为浮游植物的生物作用. ②研究方法方面. 两类现象的研究方法主要为试验方法和模型方法. ③对生态环境的影响方面. MOM会降低捕食者的捕食效率、阻碍水生生物垂向迁移、改变温室气体的垂向分布和释放过程等；温跃层DO极大现象会导致鱼类等水生动物患气泡病甚至死亡. 基于当前研究进展，认为未来研究方法上应强化三维水动力-生物地球化学耦合数学模型的应用，研究内容上应进一步从多维度(垂向和水平)研究分层湖库DO的动力学过程，探究气候变化、极端天气、复合型极端气候事件对DO分层结构变化的影响.

巢湖水体中微塑料组成及分布特征

陈馨, 张仲伟, 刘运钊, 李静, 蒋忠冠

2022, 35(12): 2716-2721. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.10

摘要(384) HTML (73) PDF(115)

摘要:
为研究淡水湖泊中微塑料的污染现状，以安徽省巢湖为例，在2020年11月对水体中微塑料丰度分布进行了系统的调查，并分析了巢湖微塑料的形状、粒径范围、颜色和聚合物类型. 结果表明：①巢湖水体中微塑料的丰度平均值为(1.30±0.68)个/L，其中东部湖区略低于其他区域. ②巢湖水体中微塑料的形状包括纤维状、碎片状、颗粒状、薄膜状和微珠状，其中纤维状(65.8%)是最常见的微塑料形状. ③巢湖水体中微塑料的颜色包括透明、黑色、白色和彩色，其中黑色和彩色占主要优势，分别占总数的44.33%和26.58%. ④巢湖水体中微塑料以小尺寸(粒径50 μm~2 mm)微塑料为主，占总数的88.65%. ⑤巢湖水体中微塑料聚合物类型包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)，其中PP(57.52%)和PET(21.17%)是主要的聚合物类型. 研究显示，巢湖水体中有微塑料的赋存，渔业活动和生活污水排放是其主要的污染来源，建议后续进一步追溯其污染源头，为巢湖微塑料的污染防治提供理论指导.

SBR活性污泥系统去除模拟废水中Pb²⁺的研究

袁俊莉, 刘国华, 唐湘南, 齐鲁, 王洪臣, 叶正芳, 赵泉林

2022, 35(12): 2722-2731. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.04

摘要(164) HTML (26) PDF(39)

摘要:
为了考察不同Pb²⁺浓度(3、5、10 mg/L)下，SBR活性污泥系统对模拟含铅废水中Pb²⁺的去除效果，分析了活性污泥去除Pb²⁺的影响因素，并采用动力学模型、红外光谱及X射线能谱对活性污泥吸附Pb²⁺的机理进行了研究. 结果表明：①Pb²⁺浓度分别为3和5 mg/L时，SBR活性污泥系统对模拟含铅废水中Pb²⁺的去除率均在98%以上，该系统中活性污泥的Pb²⁺吸附量为6.2 mg/g；Pb²⁺浓度为10 mg/L时，SBR活性污泥系统运行后期Pb²⁺的去除率有所下降，这与该系统Pb²⁺累积量(351.6 mg)过高有关. ②在Pb²⁺长期作用下，SBR活性污泥系统各试验阶段的MLSS均会经历先下降再恢复的过程，且该系统中生物多样性和物种丰富度明显下降，可逐渐筛选出对Pb²⁺耐受性较强的微生物. ③SBR活性污泥系统去除Pb²⁺的适宜pH范围为6~7，最佳温度为25 ℃. ④活性污泥对Pb²⁺的吸附机理主要表现为化学吸附作用，包含表面有机络合、离子交换等过程. 研究显示，SBR活性污泥系统更适用于处理低浓度(3、5 mg/L)的含Pb²⁺废水.

负载纳米零价铁的铁碳材料制备及其降解抗生素性能研究

权衡, 牛琳, 时迪, 汪霞, 梁为纲, 赵晓丽

2022, 35(12): 2732-2747. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.17

摘要(278) HTML (52) PDF(51)

摘要:
近年来，基于纳米零价铁(nano zero-valent iron，nZVI)的非均相Fenton氧化技术成为了抗生素废水研究领域的热点，但是nZVI易迁移和易团聚的缺点限制了其进一步应用. 为了解决该问题，本文选择含氮有机物乙二胺四乙酸(EDTA)和三聚氰胺(MA)作为配体，含有机碳的醋酸亚铁作为铁源，采用机械球磨法-高温裂解相结合的方法制备了负载nZVI的铁碳材料，并以磺胺噻唑(sulfathiazole，STZ)为目标污染物，探讨了Fe@EDTA (醋酸亚铁@乙二胺四乙酸)和Fe@MA (醋酸亚铁@三聚氰胺)2种铁碳复合材料激发过氧化氢(H₂O₂)的非均相Fenton催化体系(Fe@C-H₂O₂体系)的影响因素及其作用机制. 结果表明：①Fe@EDTA材料中纳米铁粒子的直径约为4 nm，在碳层中均匀分布，这种结构使得其具有较强的催化能力，而Fe@MA材料中的nZVI则聚集成直径约为400 nm的大颗粒，被100 nm碳层包覆. ②Fe@EDTA材料的最佳铁碳比(醋酸亚铁与有机配体的质量比)为2∶1，Fe@MA材料的最佳铁碳比为3∶1，2种铁碳复合材料的最佳试验条件均为初始pH =3、H₂O₂投加量25 mmol/L、铁碳复合材料投加量0.2 g/L、STZ初始浓度20 mg/L. 在最优条件下，2种铁碳复合材料的Fe@C-H₂O₂体系均可在30 min内完全降解STZ. ③STZ的降解以及羟基自由基(∙OH)的产生均符合伪一级动力学模型. ④连续运行300 min后，Fe@EDTA-H₂O₂体系对STZ的降解率仍高达82%，而Fe@MA-H₂O₂体系对STZ的降解率约为48%. ⑤基于∙OH猝灭试验，推测铁碳复合材料与H₂O₂的非均相Fenton催化体系的机理是nZVI诱导的非均相Fenton氧化，其中∙OH和超氧自由基(∙O₂⁻)在氧化降解有机污染物过程中起到关键作用. 研究显示，nZVI颗粒粒径更小的Fe@EDTA材料具有更加优异的催化性能以及更好的重复利用性和稳定性，能够高效降解水中的STZ.

我国水生态系统完整性研究的重大意义、现状、挑战与主要任务

孙福红, 郭一丁, 王雨春, 夏瑞, 张远, 闫振广, 刘雪松, 吴丰昌

2022, 35(12): 2748-2757. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.11

摘要(674) HTML (77) PDF(205)

摘要:
水生态系统完整性研究是当今国际热点，维护水生态系统健康与稳定已成为世界各国水生态系统保护的目标、方向和管理策略. “十三五”以来，我国地表水环境质量改善效果显著，但部分流域或局部水生态退化问题成为突出短板，强调水生态系统整体保护、促进水生态环境质量全面改善、提高生态系统自我修复能力将是未来我国水生态环境保护的重点任务. 本文详细剖析了典型流域水生态系统保护现状和需求，阐述了我国开展水生态系统完整性研究的重大意义，系统总结了完整性研究国际进展和应用实践，深入分析了当前我国完整性研究面临的主要挑战，提出了未来发展思路与重点任务. 加快研发完整性监测与评价新技术，建立物理、化学和水生生物多要素统筹的完整性评价指标体系，创新发展多尺度完整性评价理论，持续开展典型流域完整性状况评估，摸清水生态家底及演变趋势；突破完整性退化诊断与修复调控新技术，厘清退化机制及驱动因子，阐明气候变化与人类活动复杂压力下退化水生态系统修复路径和调控策略，提升水生态系统保护修复的科学性，加快推动我国水生态环境管理制度迈上新台阶，为恢复和维持重点流域水生态系统原真性和完整性提供科技支撑.

长江流域生态系统恢复力评价及其空间异质性研究

刘孝富, 张志苗, 刘柏音, 王莹, 罗镭, 邱文婷

2022, 35(12): 2758-2767. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.01

摘要(275) HTML (47) PDF(70)

摘要:
恢复力是生态系统的固有特征，可通过系统遭受干扰后恢复到原稳定态的时间和速率来衡量. 开展长江流域生态系统恢复力研究对于掌握流域生态系统变化规律，指导长江流域大保护和高质量发展具有重要意义. 本文采用概率衰减法评估长江流域生态系统恢复力，首先获取了2001—2020年长江流域每16 d的250 m分辨率的增强型植被指数(enhanced vegetation index, EVI)数据，采用最大值合成以及重采样技术，获得年度1 000 m分辨率的EVI数据；然后，计算每个栅格2001—2010年、2001—2011年、2001—2012年直至2001—2020年共11年的EVI变化斜率；以全流域为统计单元，统计11年间EVI变化斜率持续为正和持续为负的栅格数量，采用衰减函数进行拟合，正负衰减的时间差表征生态系统恢复力；以6 767个小流域为对象，分析长江流域生态系统恢复力的空间差异性. 结果表明：20年来长江流域整体EVI在逐渐增加，空间分布差异在逐渐增大. 正、负衰减时间差为29.48 a，生态系统处于正向恢复状态. 生态系统恢复力呈上游及下游入海口低、中游地区高的特点，其与降雨量、地形(海拔和坡度)、林草覆盖率和人类活动等因素相关. 在海拔1 000~1 500 m、坡度25°~30°、林草覆盖率较大的山地区域生态系统恢复力最高；而在高海拔或低海拔地区以及植被覆盖较差的地区，生态系统一旦受到干扰或破坏则较难恢复. 研究显示：长江流域生态系统整体上呈正向演替，得益于长江大保护的政策；长三角地区因人类活动频繁，生态处于逆向演替，而上游地区如金沙江、大渡河、岷江一带生态系统恢复力较低，与水电开发、地质灾害是否相关需进一步研究.

气候变化情景下中国外来入侵植物黄顶菊潜在分布区模拟与早期预警

柳晓燕, 赵彩云, 李俊生, 李飞飞, 朱金方

2022, 35(12): 2768-2776. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.02

摘要(136) HTML (33) PDF(35)

摘要:
20世纪90年代外来植物黄顶菊(Flaveria bidentis)入侵中国，威胁我国的农业生产和生态安全，现已在河北省8个地级市、天津市、河南省6个地级市、山东省5个地级市、山西省长治市广泛分布，并呈迅速扩散蔓延趋势，预测黄顶菊在中国的潜在分布区可为阻断其传播和早期预警提供参考. 本文基于黄顶菊在南美洲原产地的分布数据和环境变量构建本土生态位模型，投影至我国并预测当前和未来气候情景下黄顶菊的潜在分布格局. 结果表明：①黄顶菊潜在分布范围涵盖华北平原、东北平原、黄土高原和云贵高原. 与黄顶菊实际分布区相比，山东省中部、北京市中南部、辽宁省南部、山西省南部、陕西省中部具有较大面积的中-高潜在适生区，黄顶菊在中国尚未达到其最大潜在分布范围，仍有可能继续扩散. ②全球变暖导致黄顶菊潜在适生区明显向北扩张、向南收缩，分布中心由华北中纬度地区向东北高纬度地区迁移. ③综合比对黄顶菊实际分布状况及其在不同气候情景下潜在分布的变化趋势，结合国家和地方的管控需求，以地级及以上城市行政区为管控单元划定重点管控区、重点监测区和重点预防区，建议在黄顶菊扩散前缘区加强监测阻截力度，逐步消除黄顶菊发生区的生态影响，重点监测其潜在适生分布，抑制其向邻近地区进一步扩散蔓延. 研究显示，黄顶菊在我国仍具有较大的潜在分布空间，全球变暖加剧其向东北高纬度地区迁移，基于黄顶菊的潜在适生区变化趋势制定分级监管策略在一定程度上可提升防控效率，以防止其进一步扩散.

基于矿山生态修复的生态产品价值实现主要模式与路径

高艳妮, 王世曦, 杨春艳, 孙倩莹, 刘学, 冯朝阳

2022, 35(12): 2777-2784. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.15

摘要(303) HTML (47) PDF(81)

摘要:
生态产品价值实现是以市场化方式推进矿山生态修复与产业绿色转型发展的重要手段，是深入践行“绿水青山就是金山银山”理念的重要举措之一. 我国在该领域进行了诸多探索，积累了较为丰富的经验，但开采或废弃矿山治理恢复率仍远低于国际水平. 为了提升我国矿山生态修复与生态产品价值的转化能力，本文对国内外基于矿山生态修复的生态产品价值实现经验进行了归纳总结. 结果表明：废弃资源利用、指标权属交易、新型产业导入是价值实现的主要模式，要素整合、区域统筹、产业融合是主要路径. 各地区在实施过程中通常结合自身实际采取多模式、多路径组合的方式推进，以达到资源的多元利用与生态、社会、经济效益的多重显化. 总体而言，我国依托矿山生态修复的生态产品价值实现还处于起步阶段，应进一步加强顶层设计，不断健全成效评价标准体系和制度体系，推动修复矿山生态产品价值更加有序高效转化.

硒纳米颗粒对两种叶菜作物肥料效应的田间试验研究

刘晓飞, 刘晶, 王传洗, 王震宇

2022, 35(12): 2785-2791. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.09

摘要(168) HTML (37) PDF(31)

摘要:
为探究农田环境下施用硒纳米颗粒(Se NPs)相比于传统硒肥(亚硒酸钠)对叶菜类作物生物量和品质的影响，在无锡滨湖区和苏州昆山市两片农田分别种植小油菜和生菜两种叶菜类作物，Se NPs土施浓度为0.05 mg/kg，对比分析叶菜类作物的根系参数(根长、根表面积、根体积)、生物量、抗坏血酸(Vc)含量、代谢产物种类和丰度. 结果表明：Se NPs可以显著促进叶菜类作物根系生长，提高小油菜(108.2%)和生菜(90.9%)生物量. Se NPs可以提高小油菜对铁(Fe)的倾向性吸收(48.1%)和生菜对锰(Mn)的倾向性吸收(72.2%)，有助于提高叶菜类作物的光合作用. Se NPs处理下的小油菜和生菜可食用部位硒含量水平高于0.30 mg/kg(以干质量计). 与之相比，同浓度的亚硒酸钠对叶菜类作物的促生效果不明显. 此外，Se NPs可以提高叶菜类作物体内Vc水平，其中小油菜Vc水平提高了127.5%，生菜Vc水平提高了23.1%. 代谢组学分析发现Se NPs使小油菜氨基酸和类黄酮的相对丰度提高约22.7%和37.1%. 对农田施用Se NPs的可行性进行评估发现，相比于亚硒酸钠，Se NPs降低了土壤中硒残留量并提高了土壤氮素的利用效率. 因此，与传统硒肥相比，农田施用Se NPs可以提高叶菜类作物的生物量和品质，并减少可能存在的环境风险.

农用地土壤Cd有效态含量的安全阈值研究

陈娟, 袁贝, 任杰, 罗会龙, 张云慧, 张昊, 杜平

2022, 35(12): 2792-2800. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.17

摘要(261) HTML (55) PDF(53)

摘要:
为科学评估利用累积概率分布曲线研究土壤有效态Cd含量安全阈值的可行性，该研究参考物种敏感性分布法(SSD)的方法原理，以江西省上饶市Cd污染农田为研究对象，在统计分析区域农田土壤重金属总量、有效态含量和水稻籽粒中重金属含量的基础上，采用土壤总Cd含量-土壤有效态Cd含量线性回归方程以及基于Logistic函数分布模型的累积概率分布曲线模拟计算，分别推导土壤中有效态Cd的安全阈值并对比分析. 结果表明：研究区农用地土壤存在较大范围的Pb、Cd超标现象，点位超标率分别为54.70%和68.38%，土壤有效态Cd含量较高，平均值为0.22 mg/kg；研究区有34.98%的点位存在糙米Cd含量超标，Cd是研究区农用地土壤和糙米中的主要污染物. 通过线性回归方程和《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中的土壤筛选值，反推计算研究区农用地土壤中有效态Cd含量的阈值为0.149~0.183 mg/kg. 利用Logistic函数分布模型拟合基于有效态Cd含量的累积概率分布曲线，保护当地95%的糙米不超标的土壤有效态Cd含量的安全阈值为0.160 mg/kg. 研究显示，基于累积概率分布曲线法推定重金属有效态含量安全阈值较为科学，建议用作当地重金属污染农用地土壤钝化修复目标值，并对其他Cd污染农用地土壤的修复治理具有参考意义.

富硅稻壳灰对水稻吸收砷的调控作用

李翔鸿, 陈克云, 黄荣荣, 何勋文, 王昊, 王欣, 吴珂萌, 戴宏博, 彭渤

2022, 35(12): 2801-2809. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.16

摘要(134) HTML (55) PDF(27)

摘要:
通过向土壤中添加富硅稻壳灰提高土壤溶液中Si浓度可以有效抑制水稻对As的吸收. 为了探索富硅稻壳灰对水稻吸收As的内在调控机理，于2020年在湖南省永州市道县开展了大田试验. 结果表明：富硅稻壳灰的添加使土壤孔隙水中Si浓度较对照组显著增加了866.0%，这为水稻生长提供了充足的Si，使Si在与As的竞争吸收中占据主导作用，同时富硅稻壳灰促进了土壤铁氧化物的沉淀，使孔隙水中As浓度下降了20.3%，这一过程中由于铁氧化物的还原溶解而释放的As重新被固持. 水稻根系铁膜的形成对As的截留作用是抑制As向地上部转运的关键，富硅稻壳灰通过促进通气组织的形成来增加根系氧化能力，使水稻根表铁膜铁浓度(DCB-Fe)较对照组增加了47.3%，使根表铁膜As浓度(DCB-As)较对照组增加了41.0%. 富硅稻壳灰为水稻生长供应的足量Si，通过下调水稻根系中Si转运蛋白Lsi1和Lsi2的表达，从而限制了水稻根系对As(Ⅲ)的吸收，结果显示富硅稻壳灰使精米中无机As浓度降低了29.1%，低于GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》标准限值. 该研究通过大田试验，从土壤孔隙水、水稻根表铁膜以及Si与As在水稻茎叶和稻米运输中的竞争作用三方面系统论述了低温燃烧条件下制备的富硅稻壳灰对水稻吸收As的调控作用，结果表明以0.2%的施加比例施加富硅稻壳灰有效降低了水稻籽粒中无机As 含量，为As污染土壤的水稻安全生产利用提供有效的解决途径.

焦化类污染场地堆式燃气热脱附工程示范与效果评估

盛王超, 焦文涛, 李绍华, 岳勇, 顾海林, 詹明秀, 张博, 徐旭

2022, 35(12): 2810-2818. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.14

摘要(217) HTML (46) PDF(41)

摘要:
近年来，有机污染土壤堆式燃气热脱附技术因具有二次污染可控、污染物去除率高以及修复成本低等优势得到快速发展，然而目前国内外关于该技术的工程示范与效果评估仍有待研究. 针对我国北方某退役焦化厂污染土壤，开展了2 000 m³的堆式燃气热脱附工程试验，系统分析热脱附过程中土壤的温湿度变化规律、修复效果以及能源消耗等情况，并提出堆式燃气热脱附技术的应用条件和优化方法. 结果表明：当加热运行至35 d时，堆体测温点平均温度达175 ℃，抽检的12组土壤样品中污染物浓度均远低于GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》中第一类用地筛选值，修复达标率为100%；运行至39 d时，收集水量共计310.4 m³，土壤体积含水率从25.8%降至10.3%左右；同时，该试验采用的烟气余热再利用技术将排烟温度降至300 ℃以下，使修复能耗降低约11.5%，即每修复1 m³污染土壤消耗约49.5 Nm³天然气和16 kW∙h电量；此外，采用COMSOL软件模拟堆体的温度和湿度结果与试验结果的平均相对误差分别小于7.36%和7.49%，具有较好的吻合性. 研究显示，热脱附修复过程中堆体的底层平均温度处于较低水平，需提高底层加热管温度，或铺设岩棉板进行隔热保温措施，以提高堆体底层土壤的修复效率，研究结果可为有机污染土壤堆式燃气热脱附技术应用提供技术支撑.

基于统计方法学的焦化类污染场地风险筛选决策研究

武文培, 陈梦舫, 韩璐, 顾明月, 陈雪艳, 龚泽瀚, 李婧

2022, 35(12): 2819-2829. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.07

摘要(300) HTML (48) PDF(56)

摘要:
利用统计方法学估算场地污染物平均浓度能更客观地反映实际污染程度，这对污染场地风险评估和管理决策具有重要意义. 本研究以某焦化场地中典型污染物——萘为例，分别依据英国环境署颁布的《土壤污染浓度与临界浓度比较导则》(Guidance on Comparing Soil Contamination Data with a Critical Concentration)(简称“英国CL:AIRE导则”)，以及美国环境保护署颁布的ProUCL技术导则(ProUCL Technical Guide, Statistical Software for Environmental Applications for Data Sets with and Without Nondetect Observations)(简称“美国ProUCL导则”)，基于统计方法学对场地土壤萘浓度进行描述性统计分析、数据审查、分布类型判断及真实平均浓度估算，并根据《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)第一类建设用地的筛选值对场地进行了初步风险评估. 结果表明：污染场地0~1 m土壤萘的真实平均浓度小于GB 36600—2018第一类建设用地筛选值，但1~2 m和2~4 m土壤萘的真实平均浓度大于筛选值；在不同土壤深度上，萘的空间分布特征相似，以场地中心为主要污染源，向四周逐级扩散递减，因此需对场地开展详细风险评估. 此外，通过对比英美两国导则可知，美国ProUCL导则更加严格，利用Q-Q图示法和拟合优度检验法判断场地数据的分布类型，并基于数据分布特征计算相应的95%置信上限值估算污染物的真实平均浓度；而英国CL:AIRE导则相对简单，主要基于中心极限定理通过计算双侧置信区间估算污染物浓度，同时利用空间图判断污染物空间布局，有助于评估场地污染状况. 研究显示，基于统计方法估算场地土壤污染平均浓度可降低风险评估结论的不确定性. 建议我国以英国CL:AIRE导则中的统计方法为基础估计污染物真实平均浓度，逐步融入美国ProUCL导则中的统计方法以提高风险决策水平，对实现我国污染场地精细化风险评估具有重要意义.

餐厨垃圾接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性研究

王铭, 全文洁, 尚洪磊, 龚天成, 杨天学, 席北斗

2022, 35(12): 2830-2835. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.06.24

摘要(166) HTML (70) PDF(35)

摘要:
餐厨垃圾可定向发酵产乙醇，但复杂的预处理导致处理时间长、工艺复杂度增加. 本文通过直接接种酵母菌和灭菌后接种酵母菌对比试验，分析发酵系统内乙醇、乙醇前体物还原糖、还原糖前体物淀粉的降解与产生规律，探讨餐厨垃圾直接接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性及规律. 结果表明：酵母菌的添加能够促进餐厨垃圾固体厌氧发酵产生乙醇，接种酵母菌后乙醇浓度为11.86~12.09 g/L，是空白对照的8.41~31.50倍，且高于灭菌预处理后接种的6.88~10.02 g/L；基于修正的Gompertz模型分析也证实了上述结果，接种酵母菌后，系统产乙醇潜力(P_m)和单位最大乙醇产率(R_m)也随之上升，但接种量对餐厨垃圾的P_m和R_m影响不大. 对乙醇前体物还原糖的分析表明，接种酵母菌能够在发酵初期就可以发挥作用，促使系统内还原糖在0~4 h内快速降为43.37~46.55 mg/g，从而加速了餐厨垃圾的稳定化进程，但在4~24 h内，由于次生代谢物的抑制作用，系统内还原糖未出现明显的产生和降解. 还原糖前体物淀粉的水解情况分析表明，接种酵母菌可将淀粉的水解率由19.36%提高到27.90%~37.57%，但淀粉含量在274.02~316.51 mg/g之间时已不再发生水解. 研究显示，直接接种酵母菌有助于餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇含量的提高，体系中还原糖、淀粉含量并未成为餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇量的限制性因素.

潮间带原油污染对泥蚶(Tegillarca granosa)抗氧化酶活性影响与综合生物标志物响应研究

陈帆, 潘玉英, 徐青霞, 刘铭华, 杨金生, 杨灿灿, 牟成彬, 蓝青萍

2022, 35(12): 2836-2846. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.13

摘要(137) HTML (24) PDF(24)

摘要:
随着海洋石油开发及运输的不断发展，溢油事故时有发生，给潮间带生物带来不同程度的影响. 以泥蚶(Tegillarca granosa)为研究对象，采用潮间带原油污染生物暴露室内模拟试验及数据统计检验，结合综合生物标志物响应(IBR)星状图，探讨潮间带沉积物原油污染对泥蚶鳃和消化腺中不同抗氧化酶活性的影响，筛选最优生物标志物. 结果表明：①受低浓度原油污染时超氧化物歧化酶(SOD)活性总体表现为被诱导，受高浓度原油污染时总体表现为被抑制，且其在消化腺中的平均活性(132.29 U/mg)约为鳃中(69.34 U/mg)的2倍. ②过氧化氢酶(CAT)活性在时间-效应上与SOD活性变化规律相似，但其响应时间具有滞后性. ③鳃中谷胱甘肽转硫酶(GST)活性在受污染第1天总体表现为被抑制，而消化腺中GST活性在第3、12天时被抑制的效果更明显. ④鳃中谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)活性在污染第3天较早被激发，且消化腺中GPx活性最大诱导率和抑制率都出现在低浓度(500 mg/kg)原油污染时. ⑤泥蚶鳃和消化腺的IBR值均随暴露时间的增加呈先降低后升高的趋势，且与4种酶活性变化趋势基本相同. 研究显示，4种主要抗氧化酶在消除活性氧自由基(ROS)上具有协同作用，GST可作为原油污染短期监测的生物标志物，而IBR可作为综合生物毒性评价的指标.

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2022年第35卷第12期

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