中国环境科学杂志

中国环境科学杂志2025年第12期

• 大气边界层理化过程对安徽省臭氧污染的影响

  孙晓芸, 石春娥, 张浩, 王状, 吴昭烨, 高方涛, 肖莎

  基于多源环境气象观测结合WRF-Chem数值模拟,全面认识安徽省典型臭氧(O3)污染的三维演变特征,量化化学生成、平流传输和湍流混合等大气物理化学过程对O3浓度变化的相对贡献,揭示主要理化过程与大气边界层垂直结构昼夜变化对近地面O3污染的共同作用机制.结果表明:2022年6月1~3日O3污染过程期间,安徽省O3浓度呈“北高南低”的分布特征,超标城市比例达3/4,局地气象条件起关键作用.安徽受“华北-长三角”双污染源叠加影响:污染前期西北气流将华北地区的O3输送至安徽北部,局地风向辐合及高温低湿的不利气象条件触发此次重污染过程;后期东南风主导,长三角地区高浓度O3向北传输,导致重污染持续.模式过程分析结果表明O3浓度净收支日变化呈双峰分布,湍流混合和水平传输过程分别主导了09:00时和17:00时O3净收支的峰值,并使O3浓度日变化峰值推迟至18:00时.O3跨区域传输的影响具有时间滞后性:白天,在边界层内500m左右的传输直接影响邻近地区的近地面O3浓度;夜间则是由1km左右的残留层传输,与边界层昼夜变化过程相互作用,进而加剧下游远距离地区的O3污染.

• 2024年初春四川盆地O3和PM2.5复合污染事件及气象成因分析

  吴林, 张郁青, 赵天良, 罗悦函, 金宇翔, 舒卓智

  特殊深盆地地形背景下,四川盆地呈现独特大气复合污染特征.基于大气污染物观测数据和ERA5气象再分析资料,探究2024年初春四川盆地一次大气复合污染特征及气象成因.结果表明:(1)以宜宾、自贡和泸州为主的川南地区为盆地大气复合污染高发区,并且在3月22~24日期间,这3个城市近地面MDA8O3和PM2.5日均值的平均浓度高达196.3μɡ/m3和66.6μɡ/m3,且一致同步变化.川南地区发生了一次以O3和PM2.5 “双高”为特征的典型大气复合污染过程.(2)相较于2021~2023年同期,2024年3月22~24日川南地区3个城市平均近地面O3和PM2.5浓度水平异常增加83.4μɡ/m3(99.6%)和26.9μɡ/m3(77.3%),属于初春罕见大气复合污染事件.(3)此次大气O3和PM2.5复合污染受到气象条件变化的显著影响.局地高温、强辐射促进O3的光化学生成和二次PM2.5增加.此外,四川盆地近地层东北风在盆地南缘的川南地区大气辐合,加剧了O3和PM2.5局地累积.此次个例观测研究揭示了四川盆地内独特的大气复合污染特征及气象成因,为区域大气复合污染联防联控提供了科学依据.

• 天津室内降尘中多环芳烃衍生物的污染特征及来源解析

  马皎璠, 姬亚芹, 肖扬, 石婧雯, 许文举, 申瑞星

  硝基多环芳烃(NPAHs)和氧化多环芳烃(OPAHs)是两种重要的多环芳烃(PAHs)衍生物.本研究于2023年4~5月采集天津市住宅室内降尘样品,利用GC-MS分析18种NPAHs和5种OPAHs浓度,探讨了目标物的浓度特征并进行来源解析.结果显示:天津室内降尘中∑18NPAHs和∑5OPAHs浓度中位值分别为37.95和248.82ng/g. 市区∑18NPAHs和∑5OPAHs浓度中位值略高于环城区,市区和环城区∑18NPAHs和∑5OPAHs的浓度不存在显著性差异.从不同影响因素来看,吸烟习惯和能源类型对室内降尘中部分NPAHs和OPAHs的单体浓度的影响差异有统计学意义.特征比值法结果显示,天津室内降尘中NPAHs主要来自燃烧源一次排放和汽车尾气排放,还有部分以OH·催化反应为主的二次生成.

• 基于实测的生物柴油农业机械碳质组分排放特征

  崔敏, 史富强, 张帆, 陈颖军

  生物柴油作为一种碳中和燃料,其应用如何影响柴油机械尾气中关键碳质组分的排放,目前尚不清晰.为探究生物柴油对农业机械碳质组分排放的影响,本研究通过实测手段,系统分析了生物柴油混合比例(B0、B5、B20)、排放标准(国Ⅱ、国Ⅲ)、机械类型及运行工况等多因素对尾气中有机碳(OC)与元素碳(EC)化学组分(OC1-OC4、EC1-EC3)的排放影响.结果表明:(1)生物柴油掺混可显著降低OC与EC的排放因子(EFOC和EFEC),其中B20较B0农业机械的EFOC与EFEC分别下降44.6%与24.3%,其主要原因为燃料含氧量与燃烧效率提高;(2)燃料性质与燃烧温度共同影响OC与EC各组分的生成.相对于B0机械，B5机械排放的OC1,OC2占比下降,而EC2比例上升;(3)基于排放因子估算,2022年中国农业机械OC与EC排放总量分别为10608t与2507t,占道路移动源排放的27.6%与9.4%;若推广B5与B20燃油,农业机械总有机碳排放量可较B0基准分别降低35.8%与44.2%.

• 热带气旋–热浪复合事件对珠三角暖季臭氧污染的影响

  刘雨林, 黎梓欣, 吴燕星, 刘润

  基于2015~2023年暖季(6~9月)珠三角臭氧(O3)每小时浓度数据、热带气旋数据和气象再分析数据,对比分析其他事件、单独热浪事件(HW)、单独热带气旋事件(TC)和热带气旋-热浪复合事件(TC–HW)对珠三角O3的影响以及与O3污染事件的年际变化关系.结果表明,TC–HW复合事件发生时,珠三角O3浓度为(143.8±41.7) μg/m3,O3浓度的平均增长率为21.4%,O3超标率为36.8%.相比于其他事件、单独HW事件和单独TC事件,TC–HW复合事件使整个珠三角区域O3浓度提高了38.3 μg/m3.TC–HW复合事件与珠三角O3污染事件的年际变化呈现显著的正相关关系,其相关系数为0.68(P<0.05).TC–HW复合事件期间低云量、低湿度、低风速和强太阳辐射是导致珠三角O3污染事件发生的关键气象因素.

• 淮河流域区域背景臭氧时空变化及驱动因素分析

  刘晓咏, 颜俊, 苏方成, 姚丹, 李洪瑞, 郜彗, 魏巍

  为了解淮河流域近年来臭氧(O3)污染变化趋势及区域背景的贡献,基于2014~2024年中国大气成分近实时追踪数据集(TAP)和ERA5_Land气象再分析数据集,利用主成分分析(PCA)法和美国德克萨斯州环境质量委员会(TCEQ)提出的区域背景估算方法,计算淮河流域区域背景(没有前体物排放时的O3浓度)对O3的贡献率,并结合极端梯度提升模型(XGBoost)和沙普利加和解释模型(SHAP)探讨气象因子对区域背景O3的影响.结果表明,2014~2024年,淮河流域O3日最大8h滑动平均(O3-8h)浓度以2.87μg/(m3·a)的速度增长.PCA法和TCEQ法估算的区域背景O3具有高度相关性(R2= 0.89,P<0.01),但PCA法的结果比TCEQ略高,在暖季结果差异显著降低.经估算,区域背景对淮河流域2014~2024年r(O3-8h)的平均贡献率为85.8%,对4个区域核心城市郑州、合肥、青岛和徐州的贡献率为71.1%~86.0%.2014~2024年淮河流域区域背景贡献率平均升高11.5%,区域传输的加剧是导致地表O3浓度升高的重要原因之一.区域背景O3受多种气象因子的非线性影响,春季和秋季的主控因子为地表太阳向下辐射,夏季为地表2m温度,冬季为地表2m温度和地表太阳向下辐射.总体上,高湿度、强地表向下热辐射、高气压、强西风和强北风会抑制淮河流域区域背景O3浓度.

• TROPOMI和地面监测的京津冀臭氧前体物及生成敏感性分析

  王新辉, 沈秀娥, 姜磊, 张健, 孙爽, 李磊, 宋小可

  基于TROPOMI卫星遥感数据与地面监测数据,分析了京津冀2019至2023年O3及其前体物HCHO、NO2的时空变化特征及相关关系,进一步探讨了O3生成敏感性、O3-NOx-VOCs控制区的演变趋势及影响因素.结果表明:京津冀O3浓度整体呈南高北低、先降后升的时空分布特征,污染天数下降约30%;O3浓度与气温呈显著正相关(Pearson系数r=0.85,P<0.001).HCHO与NO2柱浓度高值区集中在京津廊/京津唐及石家庄-邯郸-邢台城市群,研究期间HCHO柱浓度下降约3%.NO2柱浓度下降约12%.HCHO受气温影响明显,NO2则主要受人类活动驱动.基于5~9月臭氧污染高发季(OPHF)的逐日数据,O3浓度与HCHO、NO2柱浓度的非线性关系符合O3-NOx-VOCs化学反应机制模型,京津冀整体O3浓度在HCHO/NO2柱浓度比(FNR)为4.0时达到峰值,过渡状态对应的FNR范围为3.2~4.9;年度O3浓度峰值时对应FNR呈下降趋势.不同城市, O3浓度与FNR拟合曲线存在差异,但相关系数均高于0.65.2019~2023年OPHF季O3-NOx-VOCs控制区总体由协同控制区向VOCs控制区转变,VOCs控制区面积增长约23%,表明未来降低O3浓度应重点关注VOCs减排.臭氧生成敏感性受人类活动影响明显,FNR与NO2、CO、HCHO柱浓度的相关系数分别为-0.86、-0.67、0.14(P<0.001).气象因素中气温和湿度对FNR影响显著,其相关系数分别为0.88和0.41(p<0.001).

• 电场辅助膜分离处理含油废水过程中膜污染减缓机理

  唐佳伟, 郭强, 刘兆峰, 李小端, 闫祖喻, 张锁, 李井峰, 张春晖, 何绪文

  构建了导电陶瓷膜(CCM)为阴极、钛钌铱电极为阳极的一体化电化学耦合膜反应系统,开展了电场辅助膜分离处理含油废水实验及膜污染减缓机制研究.结果表明,以喷雾热解-原位沉淀法制备的CCM电极表面稳定附着了Sb-SnO2导电涂层,膜表面平均粗糙度约为324nm,比改性前降低了32%.在-1.0V电化学条件下,CCM电极阻抗值约38 Ω·cm2,腐蚀电位为-0.36V,具备良好的电极稳定性和抗腐蚀性.在处理含油废水实验中,当施加电场强度为0.6~9.8V/cm时,CCM膜通量衰减幅度均表现出随电场强度增加膜通量衰减幅度逐步减缓的趋势.当电场强度达到4.2V/cm时,膜通量衰减速率逐步稳定,以水力反冲洗方式循环处理0.1g/L和0.5g/L的含油废水5次后,CCM膜通量较无电场条件可提高15%~17%,具备更长的膜应用周期.膜污染分析表征显示,CCM电极相比改性前具备更好的亲水性和表面电负性,在电场辅助膜分离过程中,与油滴(Zeta电位为-35.2~-16.7mV)会发生明显的斥力作用.膜污染堵塞模型揭示电场作用显著改善了膜污染的不可逆情况,可将膜污染过程由标准堵塞模型转化为完全堵塞模型,进一步证实了电场作用对减缓膜污染的支撑作用.

• 氧环境对自生动态膜污染行为及处理效果影响机制研究

  何非凡, 王宇鹏, 姜伟兵, 丁乐晗, 苗瑞, 王磊

  本研究构建了两组A2/O-自生动态膜反应器(膜组件内曝气与无曝气对照组),系统考察了动态膜结构、膜污染及处理性能的差异.结果表明:运行初期两组动态膜的渗透通量及处理效果相近;随着运行时间延长,对照组逐渐形成以缺氧/厌氧污泥为主的动态层,而曝气组动态层则为好氧-缺氧-好氧相间状.相较于对照组,曝气组中以丝状菌属为优势的好氧污泥在基材表面形成了网状多孔动态层,从而显著提升了渗透通量,并将系统运行周期延长了约40%.同时,对照组动态膜内大范围缺/厌氧环境导致好氧微生物死亡并释放有机氮、磷,致使出水氨氮和总磷浓度持续上升;而曝气组凭借好氧-缺氧-好氧交替的活性污泥层维持了较高微生物活性,实现了同步硝化反硝化,出水氨氮和总磷浓度显著降低.

• 胞外聚合物在吸磷/释磷过程中的作用机制

  毕贞, 宋歌, 黄勇

  尽管生物除磷系统和生物膜磷富集系统的长期研究结果已证实了胞外聚合物(EPS)的重要作用,然而对其在吸磷/释磷过程中的作用机制,尤其是围绕EPS是否具有独立于细胞吸磷/释磷的能力,以及EPS中是发生生物化学反应还是物理化学沉淀作用这两方面尚存在争议. 本文综述了现有EPS吸磷/释磷作用机制相关研究的主要成果,并基于磷及其化合物在环境中的迁移转化特性,结合近年来在序批式生物膜去除富集磷系统中所观察到的重要现象,对EPS吸磷/释磷作用机制提出了新的假说:即氧化还原条件调控下,磷的结合/固定与离解/迁移的物理化学过程,是EPS在生物吸磷/释磷过程中的主导性作用机制,而磷在EPS与溶液间的迁移过程主要受扩散的支配.利用新假说,可以清晰地描述磷在EPS与溶液间的迁移转化过程,澄清文献中的相关争议和质疑,为阐释生物除磷过程中EPS的作用提供了新的理论视角.

• 异养硝化好氧反硝化菌的研究方法及脱氮增强策略研究进展

  车向前, 林娜, 金新民, 杨乾罡, 梁胜娜, 冯芳, 秦粉菊, 张文超

  随着水体氮污染问题日益严峻,异养硝化好氧反硝化(HN-AD)菌因其能实现同步硝化反硝化而备受关注.该技术突破了传统分段处理限制,兼具高效、适应性强等优势,但实际应用仍面临脱氮不稳定、菌群稳定性差及代谢机制不明等挑战.本文系统梳理了HN-AD菌的研究方法现状,包括功能菌的分离筛选及脱氮影响因素的研究手段,探讨了现代组学技术在揭示其代谢途径中的应用潜力.重点评述了6种关键强化脱氮的技术:细菌固定化,多菌种共培养,高效菌株选育,中间产物调控,电子传递优化及群体感应干预,阐明了其提升脱氮效率的作用机制.最后,对HN-AD菌的未来研究方向进行了展望,以期为该技术从实验室研究向工程化应用的转化提供一定参考.

• 低氨氮浓度下PD/A系统快速启动与脱氮性能驱动机制研究

  王娜, 张佩云, 郭思嘉, 吕恺, 彭党聪

  部分反硝化厌氧氨氧化(PD/A)系统的快速启动和稳定运行是限制其在污水脱氮工程化应用的主要问题.本研究采用接种好氧池生物膜,并在低基质浓度(NH4+-N<50mg/L, NO3--N<30mg/L)及C/N(2.86)的条件下,同时富集厌氧氨氧化菌(AnAOB)和部分反硝化菌(PDB),经过100d运行成功启动PD/A反应器.系统稳定运行后(第Ⅳ阶段末期),总氮去除率(Re.TN)和氮去除速率(NRR)达(78.42±3.78)%和(2554.58±132.78) mgTN/(m2·d).PDB活性始终高于AnAOB活性,并最终分别稳定在(6459.85±627.61)和(3093.15±43.91) mgN/(m2·d).高通量测序结果显示,PDB(Thauera、Denitratisoma)和AnAOB(Ca.Brocadia、Ca.Jettenia)均得到富集,其相对丰度分别为5.33%、8.32%和13.57%、0.29%.荧光原位杂交(FISH)分析显示,AnAOB主要分布于生物膜外侧,表现出“趋化性定殖”特征.偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析表明,操作条件可直接影响微生物群落的演替,并通过调控微生物组成间接影响系统的脱氮性能.本研究为PD/A系统的快速启动与稳定运行提供了理论支持和工程参考.

• 包气带裂隙中滞留水对轻非水相液体迁移行为的影响

  薛松, 候梦瑶, 杨志兵, 卢斌, 李彪

  包气带裂隙中轻非水相液体(LNAPL)迁移及滞留是一个复杂的多相渗流过程,涉及到LNAPL、水、气三相流体的相互作用.采用透明裂隙模型开展了干燥/存水状态下LNAPL迁移试验,并结合图像采集与处理技术获取了LNAPL动态迁移过程与滞留特征,揭示了裂隙存水对LNAPL迁移及滞留行为的影响.结果表明:LNAPL在干燥裂隙(两相渗流)中表现为指进流形态,而在存水裂隙(三相渗流)中则以膜状流形态沿水滴边缘流动.与指进流相比,膜状流模式下LNAPL的流动通道更曲折、扩展范围更广,导致裂隙中的滞留量更大.膜状流影响的强弱依赖于裂隙存水量及其分布特征,与裂隙倾斜角度密切相关;当裂隙趋于水平时LNAPL迁移范围最广、滞留量最大,而趋于垂直时这种影响则最弱.此外,发现干燥/存水裂隙中LNAPL滞留区的裂隙隙宽均服从正态分布特征,但存水状态下LNAPL滞留的裂隙隙宽大于干燥状态,主要集中在0.3~0.4mm.

• 有机物电催化氧化协同CO2原位还原机理研究

  殷明明, 陈冲, 孙浩然, 向俊威, 王硕, 王智敬, 王立章

  本研究通过电化学测试、气相色谱测试(GC)和有机物氧化协同CO2原位还原实验评估了有机物氧化与阳极气还原的电化学性能,分析了各因素对协同系统的影响机理.电化学测试结果表明,Pt电极在0.1mol/L Na2SO4中对甘油(C3H8O3)催化活性最强,且其氧化产生的CO2可在阴极被还原.协同实验结果表明,Na2SO4浓度为0.1mol/L、阴极电位为-1.8V(vs.SCE)时,阳极氧化产生的CO2能最大程度被还原为甲酸,C利用率(Uc)高达79.24%,协同系统产甲酸电耗降低了45.6%,相较于C3H8O3电催化氧化与CO2还原单独处理系统整体可节省能耗65%.通过分析测试和实验结果发现,各因素通过影响电流密度及CO2和H+的供应进而影响阴阳极反应的选择性.

• 湖泊底泥藻积层特性及其内源污染风险影响研究

  古倩倩, 李杨, 蔡健霞, 谢冬, 童丞飞, 古小治, 潘继征, 陈开宁, 范成新

  通过对夏秋季节滇池湖滨藻积层全面系统调研以及湖区底泥内源释放通量研究,旨在厘清滇池藻类沉积特性及其对内源污染负荷贡献.基于全湖24个断面,96个剖面特征系统调研,发现滇池底泥藻类生物量续存由北向南逐步减轻,外海东部湖区贮存量远高于西部,其演变趋势与多年来滇池蓝藻水华空间分布异质特性相一致.全湖湖滨水域整体分布格局为:外海中部(577.92ng/g)>外海北部(521.32ng/g)>草海(276.55ng/g)>外海南部(240.05ng/g).滇池藻积层厚度范围基本维持在5~10cm,其中深度0~10cm富集区域(即新鲜藻碎屑沉降富集区)占比约27%,而集中在深度10~15cm富集区占比25%以上.草海和外海北部表、中、下层叶绿素a含量没有明显差异,这与草海表层浮泥再悬浮过程以及外海北部常年风浪扰动下底泥再悬浮密切相关.经初步核算,草海底泥藻类生物量3.65g/m2,贡献了底泥藻源性氮磷分别为26.4t和2.5t.外海6.43g/m2,贡献了底泥藻源性氮磷分别为46.6和4.5t.底泥-上覆水界面处SRP平均释放速率为2.45mg/(m2·d),NH4+-N平均释放速率为138.21mg/(m2·d),均以释放为主.外海北部、中部湖滨水域的SRP和NH4+-N释放速率高于草海、外海南部,这与藻积层分布特性高度吻合,这可能是滇池藻源性氮磷在更深程度上影响底泥氮磷释放主要证据之一.另外进一步分析发现滇池底泥Chla含量与SRP、NH4+-N释放速率呈显著正相关.滇池底泥内源释放风险呈现北高南低的空间差异,外海北部(藻类沉积量高及强扰动作用)和外海中部(藻类沉积量高)属内源氮磷释放高风险区,水域水质整体相对较差,底泥埋藏藻源性氮磷释放影响是其主要原因之一.草海及外海南部当前风险较低,但仍需加强管控监测.藻积层治理作为内源污染控制的关键环节,底泥藻源性氮磷富集与释放风险管控是今后滇池内源治理重点方向之一.

• 市政尾水中典型痕量有机物形态效应对纳滤膜截留选择性的影响

  王亚楠, 赵俊浩, 蒋祖琼, 李晓品, 李铁梅, 邓楠, 蒋凯, 宋跃飞

  通过定量解析市政尾水中常量级多类别显性共存组分,开展对照实验,考察在有/无溶质-溶质亲和交互作用影响下, 自制的非均质聚酰胺纳滤膜对3种典型痕量药物活性化合物(PhACs)的截留选择性行为差异.在此基础上,深入探究目标PhACs在市政尾水复杂环境背景下的存在形态及其分配特征,揭示结合态PhACs的尺寸和亲/疏水效应.结果表明,共存组分对哌啶掺杂纳滤膜的水/双氯芬酸选择性实现了1.15个数量级的强化提升.表观水动力直径、吸光度比值及荧光光谱表征均有力地佐证目标PhACs与显性共存组分之间发生了溶质-溶质微界面亲和交互作用.目标PhACs的结合态含量占比为71.2%~96.3%.溶解性有机物结合态PhACs的分子量大小与其自身的疏水性呈正相关, 且优势疏水性组分表达与PhACs在环境水体中的解离倾向和强度密切相关.

• 微纳米气泡产ROS规律及其对藻灭活机理分析

  周鹏宇, 黄亮, 檀鑫泽, 李耀华, 罗俊, 陈红凤

  本研究分析了不同环境条件下微纳米气泡(MNBs)生成活性氧(ROS)的规律与影响因素,并进一步研究了ROS在小球藻失活中的作用机制.结果表明,较高气流量、长曝气时间和较大水深条件下更有利于ROS的产生,其中羟基自由基(·OH)是MNBs主要的活性物种.灭活实验表明,与常规臭氧气泡(O3)相比,O3-MNBs产生更多的ROS可进一步诱导小球藻细胞膜氧化损伤,加速胞内蛋白和核酸泄漏,最终导致藻体裂解.ROS抑制实验进一步证实·OH是小球藻细胞膜损伤的关键驱动力.本研究揭示了MNBs产ROS的规律及影响因素,并阐明了MNBs对藻的灭活效能及机理,为富营养化水体治理提供了理论支持.

• 面向高固厌氧消化的参数化CFD搅拌优化框架建立与应用

  郭上榜, 李蕾, 叶文杰, 韩林沛, 徐鹏, 彭绪亚

  采用计算流体动力学(CFD)模拟技术,建立了一套参数化搅拌优化框架,系统探究了机械-气动协同搅拌对高固厌氧消化反应器混合传质特性的影响及机制.该框架整合描述物料流变行为的幂律模型、多相流模型及定量优化准则,以典型高固体浓度(TS=15%)为具体应用对象,先后建立单相流及多相流数值模型,定量评估了4种桨型结构(二折叶桨式/圆盘涡轮式/锚式/单螺带式)、3级转速梯度(20.00, 60.00, 100.00r/min)下的流场分布特征.结果表明,单螺带桨在60.00r/min工况下可减少81.49%死区体积,且液相平均剪切应力(4.42Pa)低于微生物絮体破坏阈值(5.00Pa).耦合气体倾斜射流搅拌后,采用30°喷嘴倾角可使气含率提升至24.20%(较垂直喷射提高4.27倍);将喷嘴孔径优化至10.00mm可实现液相高速区占比与气泡数密度的协同控制.最终构建的底部对称双喷嘴-单螺带桨协同搅拌系统,可使混合均匀度指数提升14.75%、能耗降低28.95%.基于上述针对TS=15%体系的成功应用与流场分析,本研究建立了微生物活性维持与流体力学优化的定量匹配准则.该参数化CFD框架可通过输入特定物料的实测流变参数,推广应用于评估不同含固率体系下的搅拌效果,为高固厌氧消化反应器设计提供了普适性的参数化优化方法和理论依据.

• 水热处理前后市政污泥中重金属及磷形态分布研究

  赵元, 张静, 马军

  以市政污泥为研究对象开展水热处理,分析固/液相中重金属与磷的赋存特性.通过改进的欧共体标准物质局(BCR)连续提取法与浸出毒性检测分析重金属迁移规律及生态风险;采用改进Hedley法解析水热炭中磷形态转化.结果表明,经过水热处理后,污泥中绝大多数重金属富集在水热炭中,并向更加稳定的形态转化,生态风险指数降至30%以下.磷在水热炭中富集率达90%以上,其形态主要由NaOH溶解态(NaOH-P)转化为HCl溶解态(HCl-P)和残渣态(Res-P),稳定性增强.总而言之,水热处理将重金属和磷富集在水热炭中,同步降低重金属生态风险与磷流失风险.

• 基于人工智能的危险废物(医疗废物)智能识别:多源数据驱动的研究进展与未来方向

  邹惠煌, 何品晶, 吕凡, 彭伟, 章骅

  系统综述了数据驱动下的危险废物(医疗废物)智能识别技术, 涵盖基于人工智能和光谱数据建模的一般准则, 解析了数据采集、标签不平衡、模型泛化与可解释性等关键挑战.提出了未来研究的方向, 包括人工智能辅助光谱建模、迁移学习、多模态融合方法、以及基于机器学习的光谱-结构-性质关系建模等.旨在为危险废物(医疗废物)的智能识别与管理提供系统性参考, 推动其在处理处置、资源化利用和智能监测中的实用化进程.

• 黑水虻协同处理城镇污泥效能及其对氮素转化的影响

  颉延东, 田维平, 王周强, 孙海钊, 简于玲, 刘媛

  为探究黑水虻协同处理城镇污泥的效能及其对氮素转化的影响,以不同麦麸添加比例(0%、10%、30%)的污泥混合底物构建处理组(T2~T4),无黑水虻处理(T1)作为对照,系统评估了黑水虻在污泥处理过程中的生长性能、生物转化效果及氮素转化特征.结果表明,黑水虻联合麦麸处理显著提高了黑水虻幼虫(BSFL)的生物转化效率(20.13%~35.24%)以及虫体粗脂肪(19.69%~26.77%)与蛋白质含量(16.26%~24.26%),其中麦麸添加比例为30%的处理组(T4)在生长性能和营养积累方面最佳.黑水虻处理显著降低了底物含水率(7.49%~7.65%),有机质(16.33%~28.50%)和溶解性有机碳(DOC)(25.53%~47.06%),同时提高了pH值(8.42~8.63)和电导率(EC)(635~1110μS/cm).氮素形态分析显示,黑水虻能够有效加速底物有机氮组分的降解,进而推动了氨化进程;处理结束后,污泥总氮(TN)含量下降36.45%~51.09%、NH4+-N显著升高,而NO3--N含量始终维持在较低水平.冗余分析(RDA)结果表明,脲酶活性与NH4+-N、EC及pH值呈正相关,黑水虻可通过调控脲酶和脱氢酶活性促进底物有机氮向无机氮的转化过程,同时蛋白酶活性与有机质含量密切相关,且在底物可利用性降低过程中逐渐减弱.表明黑水虻可通过影响关键水解酶活性,提高污泥的碳氮代谢能力,进而优化其中氮素的转化路径.

• 粪源溶解性有机质对高有机质土壤中兽药吸附与迁移的影响

  晏浩, 肖慧芸, 陈卓, 吕玉娟, 唐翔宇, 胡锦昇, 程建华

  以坡脚旱地雷竹林表层和亚表层土壤为对象,研究猪粪DOM及其亲水和疏水组分对强力霉素、恩诺沙星、氟苯尼考和磺胺二甲基嘧啶吸附、迁移与滞留的影响.从猪粪中提取总DOM,并用XAD-8树脂柱将其进一步分离为亲水和疏水组分.批量平衡实验结果表明,加入猪粪总DOM会不同程度地降低土壤对恩诺沙星、氟苯尼考和磺胺二甲基嘧啶的吸附,但会大幅度提高对强力霉素的吸附;添加猪粪DOM的亲水组分会大幅减弱土壤对恩诺沙星和氟苯尼考的吸附,添加猪粪DOM的疏水组分则会大幅增强土壤对强力霉素的吸附,但会使对氟苯尼考的吸附明显减弱.饱和填装土柱实验结果表明,强力霉素和恩诺沙星未发生穿透;添加猪粪DOM的亲水组分在降低磺胺二甲基嘧啶穿透率上起主要作用,在表层和亚表层土壤中的降幅分别为13.6%和5.4%;而猪粪DOM的亲水和疏水组分均在提高氟苯尼考穿透率上发挥作用(仅体现在表层土壤中,升幅分别为30.7%和20.1%).猪粪DOM的添加会提高磺胺二甲基嘧啶和氟苯尼考在土柱中的滞留(表层土壤中的增幅分别为14.9 %和7.8%,亚表层土壤中的增幅分别为3.1%和10.6%),而促进恩诺沙星和强力霉素向土壤更深处再分布.土壤水相DOM的腐殖化程度和芳香性及类腐殖质和类蛋白质组分的含量及占比可能对土壤中兽药的迁移产生重要影响.

• 微生物菌肥施用下微咸水灌溉对盐碱土理化性质与细菌群落的影响

  翟杰, 杨树青, 刘月, 陈玙

  为探究微生物菌肥施用下微咸水减量灌溉对土壤盐碱化趋势、微生物群落结构与功能的影响,并提出优化灌溉策略,基于河套灌区中度盐渍土,以枸杞为指示作物,开展了微生物菌肥施用下微咸水减量灌溉(W1:180mm、W2:240mm、W3:300mm、CK:330mm)的田间试验.结果表明:相较CK处理,W2处理全盐量在果实膨大期至落叶期降低56.77%,Na+含量降低55.87%(除开花期),K+、Ca2+、Mg2+等产量形成关键期降幅达45.29%~78.28%,土壤钠吸附比(SAR)在果实膨大期和落叶期分别下降33.65%和54.23%.在生育前期W1处理使土壤pH较CK显著升高3.63%(P<0.05),但中后期各处理差异不显著(P<0.05).微生物群落以变形菌门、拟杆菌门、放线菌门和酸杆菌门为优势菌门,优势菌属为鞘氨醇单胞菌属和假单胞菌属.W2处理使酸杆菌门提升28.09%(P<0.05),新鞘氨醇菌属在果实膨大期的相对丰度较CK提升显著,且该菌属与Cl-含量(P<0.05)及SAR值(P<0.05)显著负相关.在微咸水灌溉下,W2处理显著富集了解淀粉芽孢杆菌(较CK增幅57.6%, P<0.05)并在盛果期促使胶胨样类芽孢杆菌累积.两菌均在落叶期保持富集.功能预测显示化能异养和需氧化能异养为微生物群落主要功能.微咸水减量灌溉使碳氮循环功能菌群丰度分别提升8.25%和36.31%.冗余分析(RDA)表明K+、Mg2+、Cl-、Na+是驱动菌群结构变化的关键因子.基于主成分分析(PCA)的土壤质量指数(SQI)发现,灌溉需求因枸杞生长发育阶段而异:开花期W3处理SQI提升14.46%,而果实膨大期至落叶期W2处理SQI增幅达381.11%,基于SQI—灌水量模型提出微生物菌肥协同下的适宜微咸水灌水量为240~260mm.

• PE-MPs与高效氯氟氰菊酯污染对农田土壤细菌群落的影响研究

  于皓, 黄力, 吴思瑶, 李建春, 王国洋, 汤家喜, 金德才

  选用聚乙烯微塑料(PE-MPs)与高效氯氟氰菊酯进行小白菜盆栽实验,采用Illumina NovaSeq高通量测序技术,对实验第1d和第30d的土壤细菌群落进行测序分析.结果表明,PE-MPs显著抑制小白菜根长、鲜重和株高(P<0.05),与对照相比,分别降低了39.63%、32.9%和19.54%.而高效氯氟氰菊酯则促进其生长,两者复合时高效氯氟氰菊酯可缓解PE-MPs的抑制作用.在实验第1d,高效氯氟氰菊酯与PE-MPs污染会明显影响细菌群落多样性(P<0.05),抑制一些细菌类群的生长.随着实验时间的增加,高效氯氟氰菊酯能缓解由PE-MPs污染对细菌类群产生的抑制作用.LEfSe分析发现不同时间下不同处理组的指示细菌类群均不相同.FAPROTAX功能预测分析发现,与对照组相比,在实验第1d和第30d,高效氯氟氰菊酯可能会抑制碳氢化合物降解功能类群丰度,PE-MPs可能会显著促进其丰度,而复合处理时促进作用可能会减弱.高效氯氟氰菊酯可能会显著增加人类病原体相关功能类群丰度,尤其在实验初期更为明显.对丰度排名前30的属进行互作网络分析表明,PE-MPs在实验末期(第30d)促进丰度前30属的共生协作关系,而复合污染在实验初期(第1d)显著增强此类关系.

• 钙铝基层状双金属氢氧化物对土壤中铊的钝化修复及风险评估

  陈晓晨, 官倩, 房灏宸, 余健英, 张剑宇, 韩雪平, 郭腾飞, 张起佳, 张旭钏, 徐开钦, 魏楠

  系统探究了层状双金属氢氧化物(LDH)对铊(Tl)的吸附机理.首次应用CaAl-LDH对Tl污染的红壤､黄壤和黑土进行钝化修复,并使用Tessier连续提取法和in vitro试验法,从土壤Tl的生态风险和健康风险角度对修复成效进行评估.结果表明,CaAl-LDH表面活性位点分布均匀,对Tl+吸附方式以符合Langmuir模型的单分子层为主,吸附机理包括:LDH层间阴离子交换主导的协同吸附反应;LDH层板表面和边缘部分对Tl+的表面吸附;LDH表面官能团释放后与Tl+形成络合物.在土壤质量5%的相对最优施用量下,CaAl-LDH可显著降低土壤Tl的活性系数及其所反映的生态风险及作物吸收风险,平均降幅达24.1%;亦可显著降低土壤Tl在胃和小肠阶段的生物可给性及其所反映的人体健康风险,平均降幅达30.5%和21.3%.相关成果将为Tl污染土壤钝化修复剂的研发提供科学依据和有价值的参考,对土壤环境质量改善和人群健康质量保障做出贡献.

• 县域尺度下甘南州生境质量时空演变及驱动力分析

  苏军德, 赵晓冏, 李国霞, 李栋年

  基于InVEST模型,并综合运用参数最优地理探测器和地理加权回归模型(GWR)在县域尺度下动态分析了2000~2020年甘南州生境质量的时空演变特征及其驱动机制.结果表明: 1)2000~2020年,生境质量持续退化,年均下降率为0.0016a-1,空间分布相对稳定,呈西南高,西北-东南低的分布特征,热点连片分布于玛曲县和碌曲县,冷点以带状或斑块状集中于城镇周边及路网密集区域,以建设用地和耕地为主; 2)土地利用类型相互转换对生境质量产生了消极影响,生境质量指数累计下降0.031,林地、耕地向草地以及耕地向林地是促使生境质量改善的主要转换类型,但生态用地向生活生产用地、草地向耕地的转换规模在不断扩大,年均转换面积分别为20.22和194.05km2,生境退化风险在进一步加剧; 3)高程(0.459)、年均温度(0.433)、年均降水(0.349)、年均蒸发量(0.345)、GDP(0.274)和人口数量(0.269)是生境质量分异的主要驱动因子,且各因子间呈非线性增强或双因子增强,高程与其余因子交互作用最强,贡献率均在45%以上,对生境质量空间分布具有决定性影响; 4)不同因子在空间上对生境质量的影响具有显著差异(P<0.05),年均温度、年均蒸发量、GDP和人口数量对生境质量主要产生负向作用,但高程和降水对生境质量正向效应显著,3200m以下区域,生境质量较小,维持在0.045~0.203之间,退化相对严重,在0.146~0.232之间波动,3200m以上区域,降水丰沛、生境质量较高(0.383~0.759),但此区域对气候变化较为敏感,草地连续性不高,生境以点状退化.未来在环境保护中,应严格管控建设用地扩张,严格落实耕地用途管制制度,综合考虑不同驱动因素特点,采取差异化的多元调控策略,同时关注高海拔区域气候变化对生境质量的影响,通过精细化调控人地关系和应对气候变化的策略,从整体上推动生境质量提质增效.

• 基于耦合模型的白洋淀流域磷负荷削减模拟

  高宇昂, 李双江, 郑子帅, 王浩加, 李晓宁, 李子琼, 杜兆楠, 崔建升, 张璐璐

  本研究选取白洋淀流域为研究区,通过构建SWAT(Soil and Water Assessment Tool)与LSTM-MLP(Long Short-Term Memory-Multilayer Perceptron)混合模型,模拟白洋淀流域磷通量时空分异规律,识别白洋淀流域磷通量的主要影响因素,预测不同泥沙削减情景下磷通量削减效果.总体而言,SWAT模型模拟结果表明:(1)2019~2023年白洋淀流域年均磷输入量为717.3t/a,单位面积磷负荷为57.6kg/(km2·a),其中有机磷占比78.8%,且磷通量呈逐年上升趋势,2023年尤为显著;(2)磷通量呈显著季节性变化,汛期(6~9月)负荷占全年磷通量的85.57%(49.28kg/km2),其与降雨量、径流量及泥沙量呈显著正相关(P<0.01);(3)就不同区域而言,府-漕-瀑河区域(79.3kg/km2)和白沟引河区域(66.6kg/km2)磷负荷最高,其贡献率分别为32.09%和26.96%.此外,为弥补SWAT模型对非线性时序变化的不足,运用LSTM-MLP混合模型提升磷负荷预测精度,预测结果表明:(1)LSTM-MLP混合模型的NSE>0.9、RMSE<4kg/km2,均优于传统LSTM模型(NSE>0.8、RMSE<7kg/km2),能更精确捕捉峰值变化;(2)在模拟不同泥沙削减情景中,白沟引河区域在削减60%泥沙量的情况下,TP负荷削减率为35.29%,显著优于其他区域.

• 水体中含氮有机物的分布特征及来源解析——以汾河水库上游流域为例

  孙晖, 张峰, 杨晓宇, 王岩, 王朝旭, 李红艳, 崔晓波, 毛立波

  通过水质指标、三维荧光光谱(3DEEM)与傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)联合分析,揭示了流域内溶解性有机氮(DON)的时空分布及来源特征.结果表明:流域各县四季DON浓度占总溶解态氮浓度的比例在15%~20%之间,整体DON水平较低,而下游两县干流断面的DON/TN比值明显高于上游.3DEEM显示溶解性有机物(DOM)以陆源腐殖质为主,夏秋季类蛋白组分活性增强,荧光指数表明农业输入主导外源污染.FT-ICR MS检测到含氮有机物以木质素类为主,引黄水(YH)输入使下游稠合芳香物占比提升11.4%,高家舍村(G9)相比秋季,夏季水体含氮有机物数量较低,揭示了陆源腐殖质输入的影响.汾河流域溶解性有机氮的转化受外源输入、生物降解与光解协同驱动,形成多机制作用下的DON来源特征,研究建议优先管控支流难降解有机物输入以提升治理效能.

• 南洞庭湖水体重金属污染源解析与健康风险评价

  吴鑫, 欧阳舟, 汪驰恒, 周施阳, 彭毅, 李高, 杨帆, 向奎, 郑杰, 赵兵

  为探究南洞庭湖水体中重金属元素的污染来源及健康风险状况,对其精准防控重金属污染和公众健康管理提供数据与方法支撑,于该区域采集地表水样24份及地下水样16份,采用绝对主成分-多元线性回归受体模型(APCS-MLR)和健康风险评价模型(HRA)对南洞庭湖水体中8种重金属(As、Co、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd)的污染来源及其健康风险进行了解析评估.结果表明:南洞庭湖水体中重金属浓度差异显著,其中地表水仅Cr超标,超标率为33.33%,均值超标4.70倍,地下水Cr和Mn超标,超标率为25.00%、31.25%,均值超标1.32和3.07倍,其余元素均符合相应质量标准;大多重金属空间分布差异大,Cr在各水体的重金属总浓度中占比最高.根据单因子和内梅罗污染指数,Cr于地表水中为重度污染水平,Mn、Cr于地下水中分别为重度及中度污染水平;区域水体污染程度整体相对较轻,水质良好.污染源解析表明,农业因子(29.76%)、工业因子(26.78%)、自然地质因子(23.57%)及交通因子(19.90%)是南洞庭湖水体重金属的4个主要来源.健康风险评价表明,通过饮用途径导致的健康风险高于皮肤接触,且成人面临的风险较儿童更为严重,成人的非致癌综合健康风险主要源于饮用暴露途径下的Cr、Zn,而Cr的致癌风险在饮用途径下对两群体均有潜在威胁,且工业和农业来源的Cr是成人和儿童致癌风险的主要贡献者.因此,为保障南洞庭湖水体环境安全,应强化监管,优先防控工业活动和农业生产导致的水体重金属污染.

• 克氏针茅草原植被物候变化及其对气温的响应

  王进, 周广胜, 何奇瑾, 周莉, 买买提艾力·买买提依明, 孙帅, 王豫

  基于2000~2024年MODIS NDVI遥感数据与地面物候观测资料,以内蒙古克氏针茅草原为研究对象,采用HANTS方法重建NDVI时间序列,并结合动态阈值法提取植被物候始期(SOS)与末期(EOS),评估并确定最优阈值,同时探讨其与平均最高和最低气温因子的关系.结果表明:(1)在50%和65%阈值下提取SOS和EOS的提取误差最小,RMSE分别为8和11d;(2)2000~2024年间,SOS以0.32d/10a的速率提前,EOS以0.12d/10a的速率推迟,表明草地生长季呈延长趋势;(3)EOS对气温变化的敏感性高于SOS,其中日间平均最高气温对EOS的提前作用明显强于夜间平均最低气温.该研究探索了遥感监测克氏针茅草原植被物候的最优阈值,揭示了气温主导下草地物候的变化规律,为气候变化背景下草地植被生产指导提供了依据.

• 基于生态足迹模型的中原城市群生态安全评价及驱动因素分析

  李涛, 蒋琼, 杨亚琳, 黄雅婷

  基于生态足迹模型,分析了2010~2021年中原城市群自然资本利用特征和综合生态安全状况.运用加权Voronoi图进行生态安全分区,并利用偏最小二乘回归法分析主要驱动因素.结果表明:(1)中原城市群人均生态足迹不断增加(增幅11.27%),人均生态承载力相对稳定.人均生态足迹广度分布在0.289~0.300hm2/人之间,生态足迹深度分布在2.595~2.928之间且呈上升趋势.(2)生态压力指数、生态协调指数、存量流量利用比、生态足迹多样性指数表明生态安全状况逐渐恶化,生态利用效率的提高有效遏制生态恶化趋势,综合生态安全指数总体处于“中度不安全”状态.(3)基于加权Voronoi图将中原城市群划分为中部核心发展区、西部转型发展区、北部优化发展区、东部保护发展区和南部绿色发展区.(4)第一产业产值占比和能源消费总量在大多地区属于重要的正向驱动因素,其他因素在不同地区对生态安全的影响程度存在明显差异.

• 径流输入对分层型水库水质影响及其调控研究

  张轩, 黄廷林, 李凯, 张海涵, 邵承宗, 尚元琪, 杨永强

  为探究径流输入对分层型水库水质的影响以及人工调控径流潜流位置以实现优质取水的条件,以秦岭北麓李家河水库为例,对春季融雪径流和夏季暴雨径流水质指标进行高频及全断面原位监测,分析不同径流污染特征、潜流位置及库区水质响应规律.结果表明:①径流中的氮磷浓度显著升高,其中融雪径流中的氮磷均以溶解态为主,暴雨径流中的氮以溶解态为主,而磷以颗粒态为主,且因流量差异暴雨径流中的氮磷浓度显著大于融雪径流;②三场径流均可忽略悬浮颗粒物(SS<1kg/m3)对水体密度的影响,水温成为影响径流潜流层的主要因素.融雪径流水温普遍大于水库表底层水温,形成表层流,导致水库在分层初期表层水体藻类迅速繁殖,极易诱发水华现象;③径流输入前,扬水曝气强制混合可通过改变库区水温垂向分布调控暴雨径流潜流位置,7月暴雨径流入库前扬水曝气系统间歇运行,暴雨径流水温[(18.46±0.76)℃]高于水库底部水温(16.67℃),形成中部潜流(837.9~815.6m),9月暴雨径流入库前扬水曝气系统持续运行,有效提高水库底部水温至19℃,高于径流水温[(12.35±0.59)℃],形成底层潜流800~828.2m;④径流入库导致潜流层水体氮磷浓度显著升高,扬水曝气诱导形成的底层流可使潜流层位置位于取水口高程832m以下,有效避免了高污染负荷径流对供水水质的直接影响,同时压缩径流潜流层厚度,缩短其对水库水质的影响周期.本研究为水库供水安全提供了实际工程借鉴经验,建议在水库分层初期即开始运行扬水曝气系统,一方面解决分层初期融雪径流诱发的表层水体水华问题,另一方面提高水库底部水温大于径流水温以诱导暴雨径流形成底部潜流,实现蓄水期"中层优质取水”与洪峰期"排浊蓄清”.

• 淮河流域煤粮复合区溶解性有机质组分特征及转化机制

  刘彦君, 高良敏, 武慧君, 宋涵, 开晓莉, 栾磊磊, 陈晓晴, 许婧, 庞振东

  本文以淮河流域煤粮复合区为研究对象,系统采集了煤粮复合区31个水体样品,通过耦合三维荧光光谱-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)和傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)技术,揭示了高强度人为扰动下DOM的组成特征,重点解析了淮南段DOM的分子转化路径.结果表明: (1)PARAFAC模型识别出3种荧光组分(C1:UV类腐殖质; C2:陆源胡敏酸; C3:类色氨酸),其强度分布(C1>C3>C2)及荧光参数(FI=(1.77±0.12),HIX=(0.73±0.07)),表明水体DOM来源呈现陆源输入与微生物活动共同作用的特征,印证农业支流陆源输入与城市干流微生物降解的协同作用; (2)FT-ICR MS揭示DOM分子组成呈现“上游农业-下游工业”空间梯度,上游农业区以高占比CHO和CHON为特征,下游城市化区域CHOS占比提升,且PAHs氧化开环与硫醚向磺酸基转化主导分子转化过程; (3)煤粮复合区DOM具有“富硫氮、多源耦合”的特征,农业支流CHON占比(33%~37%)对应化肥输入衍生的脱氨反应,而干流下游“煤-硫”污染物通过光-金属协同催化(Fe2+/H2O2)驱动自由基断键,形成高芳香性、低氧化态的稳定产物.研究结果揭示了煤粮复合区DOM“自然-人为”双重调控机制,为流域有机污染溯源与面源治理提供了分子层面的理论依据.

• 基于SWAT模型的盐津河流域氮磷污染关键源识别及特征解析

  毕杨, 荣易, 赵琰鑫, 陈岩, 黄凯, 王东

  通过构建SWAT模型,模拟赤水河重要支流盐津河流域2023年控制断面径流及氮磷负荷通量的变化,解析流域点、面源负荷排放的时空特征,并检验SWAT模型在西南岩溶区的适用性,结果表明: SWAT模型验证期径流量、TN、TP的模拟性能指标R²分别为0.77,0.82和0.84,Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.77,0.67,0.78,这表明模型在典型岩溶区适用性较好;总氮负荷主要排放区域分布在流域中部和西南地区,而总磷负荷主要分布在流域东部中间和西南地区,负荷排放空间差异特征反映了流域土地利用和产业活动的空间分布特征;种植业面源和城镇面源分别是流域总氮、总磷最主要贡献来源,分别占流域总氮、总磷流失量的52%和31.4%;汛期总氮、总磷的排放量可达非汛期的2.2倍和3倍,氮磷负荷流失与降雨强度之间存在显著的相关性,总磷的流失过程更易受到强降雨事件的影响.

• 湿地城市景观功能演化及其管控策略—以汨罗市为例

  曹诗怡, 胡希军, 徐栋, 刘慧

  以汨罗市为例,构建了包含四大景观功能的健康评价体系,并量化分析了汨罗市2000~2020年间景观功能健康的时空变化特征.此外,通过整合时空趋势分析、空间异质性评估以及驱动力识别方法,进一步考察景观功能的演变方向、分布特征及其背后的驱动因素.最后,采用SOM聚类算法,对汨罗市“三生空间”的时空演变特征进行了分析.研究发现,2000~2020年期间汨罗市景观功能健康整体呈小幅度下降趋势,从2000年的0.182下降到2020年的0.179,从空间分布上看,景观功能健康指数较高的区域多位于南部与东北部的林地.相比之下,城市快速扩张的地区,其景观功能健康状况相对较差.分析结果显示,景观功能健康的主导因素已由气候条件逐步转向人类活动,人类活动贡献率从2000年的18.3%上升到2020年的14.8%.从这一趋势可以看出,全球城市化进程加快的背景下,汨罗市的景观功能健康对人类活动的响应反而降低.针对汨罗市“三生空间”的分布特点及其变化规律,提出了具体的分区管控建议,包括加强生态红线管理、调整城镇扩展模式以及推动农业与生态的融合等措施.

• 水中天然有机物与微塑料的作用、危害及去除

  刘贝贝, 郭康鹰, 冯齐云, 岳钦艳, 高悦, 高宝玉

  微塑料(MPs)与天然有机物(NOM)作用后形成的MPs-NOM复合污染物的物化性质和环境风险复杂多变.截至目前,关于MPs和NOM的危害及去除策略已开展了大量研究,但重点多聚焦于各自的独立趋势,忽视了二者界面相互作用及协同危害的贡献,从而导致其环境风险可能被低估.因此,本综述系统描述了水中MPs和NOM形成的复合污染物的研究进展,重点围绕MPs和NOM之间的相互作用、MPs-NOM复合污染物的环境危害及其高效去除三个方面展开,并从机制揭示、风险评估和技术创新的角度对未来的攻关方向进行了展望.指出未来应加强MPs-NOM复合污染物的形成-归趋-去除全过程的机制研究,以期为面向新污染物治理的水处理技术升级提供科学依据.

• 改性玄武岩纤维强化人工湿地处理抗生素废水

  韩志杰, 崔育倩, 夏娜娜, 孔范龙, 李洪森, 赵洪福, 王筱彤

  将锌铁层状双金属氢氧化物改性玄武岩纤维(ZnFe-LDHs-BF)应用于垂直流人工湿地系统,探究改性玄武岩纤维基质强化人工湿地处理抗生素废水的效果及去污机理;由于四环素主要靠吸附去除,通过改变初始浓度、温度、pH值进一步探究不同环境条件对改性玄武岩纤维吸附四环素的影响;通过宏基因测序探究改性玄武岩纤维基质对微生物的影响.结果表明,四环素初始浓度为100mg/L,反应时间为24h,反应温度为25 ℃时,ZnFe-LDHs-BF对四环素的吸附容量达到最大9.19mg/g,吸附性能是传统基质的2倍以上.在人工湿地反应器中,添加ZnFe-LDHs-BF的实验组对四环素和红霉素的平均去除率分别为83.18%和79.88%,较添加传统砾石基质和添加未改性玄武岩纤维的人工湿地反应器分别提高了2~3倍,同时增强了系统对COD、NH4+-N和TP的净化能力.宏基因组结果显示,ZnFe-LDHs-BF通过富集Candidatus Promineifilum和Anaerolinea功能菌属,优化了微生物群落结构,四环素抗性基因(tetC、tetG等)和红霉素抗性基因(ermF、ermB等)的丰度提升了1~2倍,微生物对抗生素的降解能力提高了2~3倍.

• 雷诺数变化对水中微塑料瞬时速度及运动轨迹的影响

  李嘉辰, 李卫平, 郭普, 敬双怡, 殷震育, 王志超

  以雷诺数(Re)为切入点,以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)3种微塑料为研究对象.基于拉格朗日法,通过高速相机追踪和Tracker物理软件,分别研究了雷诺数范围在300~580和580~3500时,水体中微塑料纵向瞬时速度及运动轨迹的变化规律.结果表明,当雷诺数很低时,微塑料的运动轨迹近似呈水平直线,绝对误差和标准差较小;当雷诺数逐渐到达或超越临界雷诺数时(575~580),转捩及扰动使微塑料的纵向瞬时速度有更大的增长趋势,并且微塑料偏离原有的直线运动轨迹.总体上,微塑料在水中的纵向速度分布遵循正态分布,而PS更远离标准正态分布,瞬时速度变化更不均匀,其在水中运动的距离和主流方向位移之间的关系更加难以推测.此外,因水流转捩及扰动使微塑料在水中运动的总距离相较于直线增加了0.4‰~6‰.

• 河南省机动车温室气体排放特征及情景分析

  韩全康, 景雪雪, 程亚伦, 王玲玲, 张宇哲, 朱仁成, 胡京南

  为评估河南省交通领域温室气体排放水平及减排潜力,基于COPERT模型计算本地化机动车排放因子,利用ArcGIS软件构建3km × 3km网格化排放清单,系统剖析全省机动车温室气体排放的时空演变特征,并结合Gompertz函数与弹性系数法预测2025~2035年河南省机动车保有量,探究不同控制情景下的排放变化趋势.结果表明:2019~2023年,河南省机动车温室气体排放总量从1.4亿t增至1.6亿t,年均增长率为2.9%;其中,CO2占比超过98%,小型客车和重型货车是机动车碳排放的主要贡献者.城市道路系统排放占比达78.8%,排放高值区集中于郑州、洛阳等核心城市,呈现“中心集聚、外围扩散”的空间分布特征.基准情景下,2035年排放总量将升至1.7亿t;若协同推行新能源汽车推广、增加绿色通勤及老旧车辆淘汰三项措施,2035年排放量可降至0.7亿t,较基准情景下降58.1%.

• 气象和人类活动对长江经济带植被固碳的影响

  沈园, 康平, 刘琰琰, 冯浩鹏, 李路丹, 秦文霜, 修蒙

  基于2001~2020年的植被遥感数据和气象数据,利用趋势分析、变异系数、二阶偏相关等方法对长江经济带植被固碳能力(CSC)的时空变化特征及影响因子进行了分析,并结合偏导数方法定量评估具体气象因子(气温、降水、辐射)及人类活动对长江经济带不同区域CSC的贡献量.结果表明:①近20年来长江经济带多年平均CSC为2505.4gCO2/m2,CSC整体呈波动上升趋势,多年平均增长趋势为8.9gCO2/(m2·a),其中极显著增长区域(P<0.01)的面积占比25.6%.②长江经济带气温和降水均在16.0%以上的区域表现为显著增加趋势,与CSC的关系主要为正偏相关性;辐射则在6.3%的区域表现为显著减少趋势,且辐射与CSC的关系主要为负偏相关性.③气象因子和人类活动在整体上对CSC均表现为正贡献(使CSC增加),其中人类活动的贡献量最大,达到了+16.35gCO2/(m2·a) (86.7%);其次是降水的贡献(+1.28gCO2/(m2·a),6.77%),在上游省份均表现为正贡献,在中、下游省份则更多表现为负贡献;辐射与气温对于CSC的贡献均较少,辐射在贵州与上海两省表现为负贡献,气温则在所有省份均表现为正贡献.

• 生活源固体废物处理减碳路径分析——以成都市为例

  张婧怡, 李金惠, 张妮妮, 刘丽丽

  本研究基于成都市生活源固废处理现状,模拟量化不同策略下的碳减排潜力,提出协同减碳的路径优化机制.当前成都市固废处理面临前端分类效能低、源头减量缺位,中端资(能)源化利用率不足,后端高能耗工艺推高系统碳排放的问题.研究设置八大情景模拟不同策略协同减碳效果:资源化率提升(S4)在短期内减排效果最显著,源头减量(S2)具备长期“滚雪球”效应,综合路径(S7)在多数固废类型中表现最优,验证“全链条协同治理”的系统优势.不同策略在不同时期主导减排:短期(2020~2027年),“全量焚烧”策略降低碳排放量从4169ktCO2-eq降至1314.7ktCO2-eq,贡献同期95.4%的减排量;中期(2028~2035年)源头减量策略持续发力,实现碳排放稳步下降;长期(2035年后)通过优化焚烧工艺、污泥协同处理和高值化资源利用,实现深度脱碳和碳汇增效.此外,研究还识别了不同固废类型的策略敏感性差异,提出分类精准施策的城市固废低碳转型路径建议.

• 冻融循环对盐渍土孔隙水理化性质的影响及CO2排放响应

  章泽炜, 吴雷, 李泽昕, 张博, 陈俊英, 胡亚鲜, 栗现文

  为探究不同冻融循环次数对盐渍土孔隙结构和孔隙水溶质再分布的影响,揭示冻融环境土壤CO2排放的响应机制,本研究以内蒙古河套灌区中度盐渍土为对象,分别进行0, 1, 3, 5, 7, 9次冻融循环处理(记为CK,FT1,FT3,FT5,FT7,FT9),每日监测CO2释放速率,并通过高速冷冻离心法分别获取并测定8个吸力段孔隙水含量和主要离子浓度.结果表明:1)盐渍土小孔径段(0.3~3.5μm)持水能力显著高于大、中等孔径段(3.5~34μm);经历冻融作用并随着冻融循环次数的增加,土壤持水能力显著降低,FT5组低吸力段(0~1053cm)含水量降至18.9%,较CK组下降5.4%;小孔径段孔隙水总可溶性盐(TDS)含量达75673mg/L(FT3组),而大、中等孔径段TDS含量仅为46955mg/L(FT5组).且多次冻融循环对CO2释放速率有显著推动作用.2)低吸力段,各处理间孔隙平均含水率变化范围在19.97%~18.9%;在高吸力段,各处理间含水率变化范围为6.992%~5.402%;3)低次冻融循环(FT1~FT3)显著提高孔隙水离子浓度,Na+在FT3组达峰值7353.8mg/L,较CK组(初始值)提高64.2%;经历5次冻融后,Na+骤降至3881.5mg/L,随后在FT7~FT9组回升至初始值的92.1%.4)盐渍土在经历各次冻融循环期间CO2释放速率增加,FT9组碳排放是FT1排放的2.94倍.冻融循环结束后培养阶段,所有处理碳排放速率开始下降,均降至非冻融组相似水平.

• 沉湖湿地生态系统CO2通量贡献区分布特征

  张雅, 刘力, 罗华, 刘万亮, 李朋, 王伟, 邢新丽, 尹猛

  通量贡献区分析是基于涡度相关法进行生态系统碳水热通量交换研究的重要内容之一.本研究利用FFP(Flux Footprint Prediction)通量足迹模型,对湖北沉湖湿地生态系统2022年全年的观测数据进行分析,探究该区域涡度相关系统在不同时间、不同大气稳定度条件下的通量贡献区变化.结果表明:不同时间沉湖湿地生态系统CO2通量贡献区存在差异,通量贡献区分布与各时期主风向相对应,生长季通量贡献区范围大于非生长季,夜间通量贡献区范围大于白天;90%通量贡献区的最远距离为1300m.在该通量贡献区范围内,全年通量贡献从大到小依次为沼泽地(56.01%)、坑塘水面(20.44%)、湖泊水面(9.83%)、水工建筑用地(3.05%)、内陆滩涂(0.42%)、其他草地(0.24%),芦苇沼泽和水体对观测数据的贡献大于80%,观测数据具有代表性.

• 气温与PM2.5、O3交互作用对天津市慢性阻塞性肺疾病住院人数的影响

  王晓佳, 丁净, 姚青, 韩素芹

  不适气温与空气污染都会增加慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)的健康风险,为评价气温、PM2.5和O3的单效应影响,以及气温与PM2.5(或O3)交互作用、PM2.5与O3交互作用的影响,采用广义相加模型,收集2014~2019年天津市居民慢阻肺住院数据,进行定量分析.结果表明,气温对天津市慢阻肺住院人数有着显著影响,低温效应明显强于高温效应,且低温对女性及老年人群影响更大.在最大滞后效应下,PM2.5和O3每增加10µg/m3,慢阻肺住院风险增加1.23%(95%CI:0.79%,1.67%)和0.90%(95%CI:0.58%,1.23%).交互作用结果分析显示,低温与高浓度PM2.5存在协同加强效应,高温与高浓度O3存在协同加强效应,且高温时,随着PM2.5浓度的升高,O3暴露带来的慢阻肺住院风险会增强.极端天气频发,应加强关注不适气温与空气污染对慢阻肺健康风险的影响,采取措施做好早期预警和提前干预.

• 血液与头发中PFAS暴露特征及关联性研究

  李丽, 赵祖兰, 黄璐璐, 曹雪, 秦瑞欣, 张释义, 谢春, 廖其龙, 郑晶

  本文以24名电子垃圾拆解女工为研究对象,通过间隔3个月的两次血液和头发配对采样,分析了血液和头发中PFAS的浓度水平、组成特征及关联性,并评估了该职业人群的暴露特征及头发作为非侵入性生物标志物的可行性.结果显示,女工血清中共检测到27种PFAS,总浓度范围为42.8~228ng/mL,中值为108ng/mL;头发中共检测到13种PFAS,总浓度范围为2.92~37.1ng/g,中值为6.53ng/g;全氟辛酸(PFOA)是血清与头发中含量最高的PFAS,占比分别为47.0%和39.5%.在同一采样时间节点,配对血清与头发样本中PFOA、全氟壬酸(PFNA)、全氟十一酸(PFUdA)、全氟辛烷磺酸(PFOS)、6:2氯代全氟醚磺酸(6:2Cl-PFESA)呈剂量依赖性相关,当上述PFAS血清浓度分别处于第75百分位数时,与血清浓度处于第10百分位数相比,头发中浓度分别上升299.88%、522.14%、166.98%、276.97%和323.34%个标准差,暂未观察到头发中PFAS浓度与采样节点前3个月血清PFAS浓度之间的关联.Spearman和Mann-Whitney U分析表明工作年限和工作场所对PFAS浓度无显著影响.本研究揭示了头发在表征PFAS人体内负荷的价值,为PFAS环境暴露风险评估和非侵入性监测方法的开发提供了科学依据.

• 系统转录组分析揭示三种典型全氟化合物毒性差异

  王慧东, 姜浩, 蔡佳琪, 陈璐, 丁立健, 倪安煜, 闫瑾, 丁春明, 金胜男

  本研究整合分析了公开数据库中斑马鱼暴露于三种代表性PFAS(PFHxS、PFOA、PFOS)后的转录组测序数据,并结合行为学实验系统比较其综合毒性强度与神经毒性机制.转录组学起始点(tPOD)分析显示,PFOS毒性最强(120h tPOD=0.3241μmol/L),其次为PFHxS(0.3735μmol/L)与PFOA(0.4506μmol/L),且斑马鱼对PFAS的耐受性随发育进程提升.行为学结果再分析显示,三种PFAS均可诱导“兴奋–抑制”型双相反应,即在低剂量下促进斑马鱼的游动行为,而在高剂量下表现出抑制效应.进一步通过行为驱动转录组分析发现,PFAS暴露普遍干扰代谢稳态与神经通路调控,其中PFOS在信号转导和免疫反应上展现更强扰动效应.单细胞转录组结果显示PFOS可显著影响神经元亚群组成,提示其可能通过增强兴奋性突触活动介导行为表型变化.

• 我国社会经济系统重金属镉物质流定量评估与管控策略

  白璐, 周杰甫, 许文, 周潇云, 张玥, 孙园园, 杨智临, 杨琦

  针对我国镉污染及溯源存在的来源不清、路径不明等问题,运用物质流分析方法,构建了镉元素基于资源开采到社会经济系统流动并最终排放至环境的全生命周期的镉物质流分析框架,对2010~2020年我国社会经济系统中镉的流动和存量进行了研究,并对数据进行了不确定性分析.结果表明:①国内开采与加工是我国镉的主要输入来源,与此同时国外进口镉贸易占比在逐渐上升.②由于锂电池等新能源电池的发展,镍镉电池使用量开始迅速下降,使得PVC热稳定剂成为当前国内使用量最多的含镉产品.③有色金属冶炼是主要的镉污染排放贡献来源,排放量占比达60%以上;镉排放量在2013年达到峰值,以固废形态存在的镉约占96.42%,进入大气和水体的镉分别占3.54%和0.04%.④社会经济系统中镉存量以年均增长率27.32%的速度快速增长.研究显示,我国镉产量及需求量增长趋势已经放缓,输入来源构成相对稳定.我国镉各阶段生产所造成的污染主要以固废的形式进入环境,应加大对含镉废物的管理力度;同时应加快探索含镉产品及其废弃物的清洁化、资源化回收利用技术途径,以逐步消纳快速增长的社会镉库存量.

• 基于机器学习的脱钩约束下中国省际农业用水效率时空演变及影响因素

  陈逸琛, 陈惠鑫, 何俊卿, 倪润祥, 余文梦

  基于2007~2022年我国31个省份面板数据,运用超效率(SBM)模型在经济增长与水资源消耗脱钩约束下测算农业用水效率,结合ArcGIS莫兰指数分析其时空演变特征,并采用随机森林模型识别关键影响因素及其非线性响应机制.结果表明:(1)我国农业用水效率整体呈波动上升态势,区域效率呈“东高西低,南高北低”分布格局;(2)农业用水效率总体格局呈显著空间自相关,空间集聚特征持续增强;局部格局呈明显的东南和西北分异,热点区向西部和南部扩张,冷点区由华北向东北移动;(3)经济发展水平和水资源禀赋对农业用水效率的影响高于技术投入和种植结构,其中经济发展、技术进步与资本投入的影响呈阶梯式上升,而水资源禀赋的作用则呈现“下降-上升-稳定”特征,且水稻与玉米主产区的用水效率提升潜力高于小麦主产区.基于此,建议高效区推广智慧灌溉,低效区强化节水设施与结构优化;热点区注重经验推广,冷点区加强水资源管控,优化种植结构.

• 城市矿产钢铁在用存量估算及空间异质性研究—以湖南省为例

  程霜, 陈优良, 杨学习

  以湖南省为典型案例区,集成钢铁产品数据、社会变量数据等异构数据,采用自下而上方法估算了1990~2021年建筑物、基础设施、交通工具、机械设施和耐用品五大终端部门钢铁在用存量,并创新性融合IPAT模型、LMDI模型与多元线性回归方法解析其驱动机制.结果表明,湖南省钢铁在用存量及人均在用存量在过去32a内分别增长了12倍和10倍,于2021年分别达到2.6亿t和3.6t/人;在钢铁在用存量的行业分布结构上,建筑钢铁在用存量每年的比重均达到56%以上;钢铁在用存量密度呈现出区域不均的特点,空间异质性呈现“核心-边缘”梯度分异,存量密度高值区(>24万t/km²)沿竖轴线扩展;驱动因子探测显示,人口增长、经济发展和建成区面积是城市钢铁在用存量发展变化的最主要驱动因素.建议引导产业向落后地区扩展,给予政策支持,促进产业融合与集群发展;加快产业低碳化转型,鼓励技术研发与应用,推动能源替代;落实环保相关制度与机制,加强环保宣传教育.

• 绿色技术创新对城市工业碳生产率的影响——基于空间溢出效应视角

  陈慧灵, 唐元华, 翟晓秀, 王振波

  基于2011~2021年中国288个地级市的面板数据,以绿色发明专利和绿色实用新型专利授权量衡量绿色技术创新水平,构建非期望产出超效率SBM模型测算城市工业碳生产率,并利用系统广义矩估计方法、空间杜宾模型探讨绿色技术创新对城市工业碳生产率影响及空间溢出效应.研究表明:①我国各城市间绿色技术创新水平与工业碳生产率存在显著的空间相关性,高-高类的城市分布集中且范围不断扩大.②绿色技术创新对城市工业碳生产率具有明显的正向促进作用,这种促进在西部地区、资源型城市和低经济水平城市中表现更为突出,绿色技术创新在这些区域能更有效提升城市工业碳生产率.③在不同空间矩阵下,绿色技术创新对城市工业碳生产率影响的直接效应均显著,说明绿色技术创新能够显著提升本地城市工业碳生产率;绿色技术创新传播这类依赖面对面交流的知识溢出现象,间接效应仅在反距离平方矩阵和经济距离嵌套矩阵下显著,一定程度上通过虹吸效应抑制周边城市工业碳生产率的提升;地理经济距离嵌套是作用于绿色技术创新对城市工业碳生产率影响溢出的最主要因素.据此,应破除城市“各自为政”的治理方式,构建城际绿色协同治理体系,最大程度确保研发投入资金流向最合理的地方,突破地理边界以形成工业碳减排合力.

• 绿色技术进步及其偏向性对减污降碳协同的影响研究

  马越越, 蒋思琪, 郭永帅

  为探讨绿色技术进步及其偏向性对减污降碳协同的影响,利用2007~2021年全国251个地级市面板数据,使用非期望产出EBM模型和Malmquist-Luenberger指数测度绿色技术进步并分离城市层面的有偏技术进步.结合耦合协同度模型评价碳排放和大气污染物的协同程度,实证分析了绿色技术进步及其偏向性对减污降碳协同的影响方向及作用机制.研究表明:绿色技术进步和资本增强劳动节约型技术进步显著推动减污降碳协同进程,平均影响为0.023和0.005,这一促进作用在经过多种稳健性检验和内生性处置后结论依然成立.绿色技术进步能够通过增加人力资本积累促进减污降碳协同,中介效应占比为8.7%,政府环境规制在人力资本和减污降碳协同间发挥积极的调节作用,有调节的中介指数为0.008;资本增强劳动节约型技术进步改善减污降碳协同的同时不利于城市人力资本水平提高.异质性分析发现绿色技术进步在中小城市以及“胡焕庸”线东侧对减污降碳协同的促进作用显著,特大超大城市和大城市阻碍了减污降碳协同发展,大城市的负向作用更强;资本增强劳动节约型技术进步在特大超大城市和“胡焕庸”线西侧对减污降碳协同的推动作用更为明显.

• 贸易政策稳定性的企业减排效应:基于产业纵向溢出视角

  张伟广, 冯师钰

  通过构建理论模型刻画贸易政策稳定性、产业纵向溢出与企业减排间的内在逻辑,并利用双重差分模型实证检验贸易政策不确定性变化对企业减排的溢出效应及机制.研究发现:贸易政策不确定性下降的前向溢出效应每增加1单位会使得下游企业SO2排放强度下降28%,后向溢出效应每增加1单位会使得上游企业SO2排放强度下降16%,该结论在经过系列检验后依然稳健;异质性分析发现,贸易政策不确定性下降对企业减排的溢出效应在内资企业、高污染行业和中西部地区的企业中表现更为显著;机制分析表明,贸易政策不确定性下降的前向溢出能够通过激发源头创新、改进能源结构作用于企业减排,后向溢出能够通过促进末端污染处理技术进步作用于企业减排,且前向、后向溢出均能通过优化企业要素投入结构、提升行业资源配置效率作用于企业减排.研究结论为推动新发展格局构建和高水平对外开放体制机制完善提供了经验证据和政策参考.

• LCA数据质量评价研究现状及趋势

  丁宁, 潘京津, 崔晗, 王梦思, 吕彬, 杨建新

  系统梳理了数据质量评价(DQA)发展历程.目前,国内外DQA基本都基于谱系矩阵,在数据质量指标(DQI)基础上开展定性和定量评价;但整体还存在DQI不明确、评价方法不统一、量化评价困难等问题.当前,我国需要加大DQA研究,构建适合我国碳足迹评价数据现状的DQA流程、指标和方法,同时注重数据审核、数据文档要求,建立健全DQA体系,为我国碳足迹数据库的构建及LCA的开展提供保障.