中国环境科学杂志

中国环境科学杂志2026年第3期

• 陆海气团交互过程对深圳市臭氧污染的影响

  陈晶, 刘雨晨, 付晓

  为深入认识陆海交互过程对深圳市臭氧(O3)的作用机制,基于深圳市10a间O3浓度与气象观测数据、气象再分析资料及HYSPLIT后向轨迹模式,分析长距离气团输送和海陆风循环两类典型过程的时空特征及其对O3浓度的影响.结果表明,影响深圳市的长距离输送气团按路径特征可归纳为海洋型、内陆型和沿海型3类,对应的O3浓度平均值分别为(45.5±26.1),(68.4±30.6),(71.3±33.7)μg/m3.其中,沿海型气团的O3污染水平最高,发生频率为39%,尤其在秋季具备较强的输送潜势,是导致深圳市O3污染的重要输送来源.此外,海陆风循环进一步影响了深圳市的O3浓度.深圳市10a间海陆风年均发生频率为18.8%,春、夏季最为常见.海陆风日的低风速、局地逆温和再输送条件均有利于污染物的积聚与回流,其O3浓度显著高于非海陆风日,年均差值可达9.6%.其中秋季差异最为突出,O3平均浓度高出12.28μg/m3,主要与秋季晴朗干燥、背景风速较低、以及海陆风环流更容易建立等条件有关.综合来看,深圳市O3污染受陆海气团交互过程显著调控,秋季应作为重点防控时段.

• 基于SOM方法的珠三角秋季臭氧污染天气型特征分析

  李韵唯, 吴燕星, 张靖雯, 刘润

  基于珠三角地区臭氧(O3)污染事件呈秋季高发的特征,结合近年来客观天气分型方法在城市群污染分析中的应用,利用自组织映射神经网络(SOM)方法对珠三角海平面气压场进行客观天气分型,并探讨不同天气型对O3严重污染的影响.结果表明,基于海平面气压场划分的15种天气型可按照O3污染程度归为4类(重污染型、中污染型、轻污染型和清洁型),其中重污染与中污染天气型具有显著的季节分布特征.弱冷高压叠加台风副高型(T12)(O3平均浓度为118.2μg/m3,O3超标率为22.4%)对应最严重的O3污染.秋季O3超标日对应的重污染天气型通常伴随高太阳辐射(较均值高554.1kJ/m2)、高温(较均值高3.1℃)和低湿(较均值低9.2%)等气象条件,极有利于O3生成.以秋季出现O3超标天下的重污染天气型环流场为基准进行识别发现,2015~2024年有利于发生O3超标的识别日数与秋季O3浓度呈显著正相关,且1995~2060年类似基准场下有利于发生O3超标的识别日数呈显著上升趋势(年均增加0.14d).

• 临近热带气旋引发粤港澳大湾区臭氧污染的气象成因分析及预报模型构建

  王俊彬, 李婷苑, 陈靖扬, 龚宇, 沈劲

  基于2014~2024年热带气旋资料、再分析资料和臭氧监测数据,分析了临近热带气旋引发粤港澳大湾区臭氧污染的气象成因,并借助Spearman秩相关系数和随机森林回归方法构建了预报模型.结果表明:引发粤港澳大湾区臭氧污染的临近热带气旋主要分布在距离270~1758km的范围内,并且在台湾岛和吕宋岛一线的东西两侧呈现明显的强度差异,东侧的气旋强度均在台风级以上,而西侧的气旋强度在热带低压到强台风级之间.临近气旋通过外围高层的下沉气流,导致粤港澳大湾区云量减少,向下短波辐射增强,地面气温偏高,而相对湿度、降水和风速偏低,进而引发臭氧污染. SOM聚类分析发现,临近热带气旋在粤港澳大湾区会引发西南角污染型、大范围污染型、西部污染型和东北部污染型四种臭氧浓度分布,各种浓度分布与不同地面风场的传输和辐合作用有关.粤港澳大湾区11个地市的臭氧浓度与热带气旋的特征(七级风圈半径和临近率)有较好的相关性,此外还与地面气象要素(海陆风向差和海陆经向风速差等)和高空气象要素(200hPa垂直速度、700hPa经向风、700hPa比湿和925hPa纬向风等)显著相关.基于热带气旋特征及地面和高空气象要素共18个因子构建的预报模型具有较高的泛化性和准确性,模型预报值与实际监测值的平均相关系数达到0.811,平均均方根误差为30.2μg/m3,平均臭氧等级TS评分为0.668.

• 政策驱动下中国城市O3与PM2.5复合污染的时空分异及主导因素演变

  张湘雪, 徐成东, 程昌秀, 孔少杰, 余杰

  为评估大气污染防治政策对O3和PM2.5时空演变的影响,基于贝叶斯时空层次模型分析了2014~2024年中国331个城市O3和PM2.5污染的时空分异特征,并利用地理探测器量化了《大气污染防治行动计划》、《打赢蓝天保卫战三年行动计划》和《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》政策实施期间气象、社会经济及其他污染物因素对夏季O3和冬季PM2.5污染的主导作用.结果表明,O3浓度呈现增速由快到慢的变化趋势,热点区主要分布在华北和长三角地区;PM2.5浓度则持续下降,高值区收缩并集中在华北、长三角和成渝地区.O3和PM2.5在南方及东北湿润地区多呈正相关,在西北半干旱地区多呈负相关.尽管O3和PM2.5的主导因素随政策阶段演变,但不同因素间的交互作用对O3和PM2.5的解释力始终强于单一因素的作用.2014~2017年,O3主要受最高温度(Geo_q = 0.24)、工业产值(Geo_q = 0.22)、PM10(Geo_q = 0.60)影响; PM2.5主要受最高温度(Geo_q = 0.41)、人口密度(Geo_q = 0.40)、PM10(Geo_q = 0.88)影响.2018~2020年,O3主导因素转变为降水、人口密度、PM10; PM2.5主导因素转变为平均温度、人口密度、PM10.2021~2024年二者主导因素转变为平均温度、人口密度和PM10,但解释力有明显差异.研究揭示了政策驱动下O3与PM2.5污染时空格局的动态演变,强调了多因素交互作用在复合污染形成过程中的主导作用,为制定分区、分阶段的O3与PM2.5协同控制策略提供了依据.

• 中国东部沿海近地表大气CH4和CO2浓度及碳同位素空间分布

  卞天雨, 段晓勇, 仝港, 李雪, 印萍, 曹珂, 陈彬, 张大海

  利用车载移动测量方法研究了中国东部沿海的甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)浓度及其碳同位素组成(δ13C-CH4、δ13C-CO2).结果表明:CH4浓度变化范围为(1.84~2.94)×10-6,平均浓度为2.09×10-6,最高值在广东江门(2.32×10-6);最低值在福建漳州(1.94×10-6).CO2浓度变化范围为(420.51~857.33 )×10-6,平均浓度为525.70×10-6,最高值在广东深圳(599.08×10-6);最低值在江苏南通(477.42×10-6).研究区CH4和CO2含量超于大气背景值.δ13C-CH4变化范围为-62.62‰~-29.70‰,平均值为-43.65‰,最高值在山东青岛(-40.24‰);最低值在福建漳州(-48.25‰). δ13C-CO2变化范围为-28.64‰~-9.19‰,平均值为-17.53‰,最高值在江苏南通(-14.45‰);最低值在广东深圳(-19.13‰).研究区CH4浓度和碳同位素呈正相关,CO2浓度和碳同位素呈负相关.人均GDP、民用汽车拥有量、牲畜存栏量、水稻面积与CH4浓度及碳同位素呈正相关,森林覆盖率与CH4浓度及碳同位素呈负相关.利用δ13C(CO2)示踪山东、江苏、上海、浙江、福建、广东的沿海大气CO2源汇特征,其δ13Cs分别为:-37.90‰、-37.67‰、-41.24‰、-34.12‰、-33.99‰、-32.39‰,指示石油与天然气的燃烧是研究区CO2排放的主要贡献源.

• 青藏高原大气黑碳时空特征及MERRA-2和TAP数据集验证

  赖静, 谢民生, 王亚强, 康世昌, 陈鹏飞, 万欣, 丛志远

  为评估MERRA-2和TAP数据集在高原的适用性,基于珠峰、纳木错和瓦里关三站地面观测数据,验证两数据集大气黑碳(BC)的准确性.观测数据显示,纳木错站年均大气BC浓度最低(0.04μg/m3),珠峰(0.26μg/m3)和瓦里关较高(0.28μg/m3),呈现明显的冬春高、夏季低的季节模式.MERRA-2能较好捕捉大气BC季节和趋势特征;TAP在高原存在系统性高估,部分年份误差高达4倍,准确性低于MERRA-2.2021年3月南亚黑碳跨境输送事件中,MERRA-2再现能力较好,为明确南亚大气污染物向青藏高原跨境传输提供了直接科学证据.

• 关中六类典型工业园PM2.5源谱特征及氧化潜势

  刘栎妍, 杨梦云, 徐红梅, 张宁宁, 王启元, 沈振兴

  采集了陕西关中地区6类工业园区(水泥混凝土、砖厂建材、锻造冶金、热电、化学品生产和玻璃陶瓷)的PM2.5样品,分析了其碳组分、水溶性离子、金属元素和氧化潜势,探究不同工业源的排放特征及PM2.5各化学组分与氧化潜势的关系.结果表明,不同工业园区PM2.5浓度差异显著,砖厂建材最高(95.2μg/m3);砖厂建材的OC/EC(有机碳/无机碳)比值(5.5)高于其他行业;水泥混凝土Ca2+浓度高于其他行业;锻造冶金行业V占比突出; PM2.5中无机离子(SO42-、NO3-、NH4+)及部分金属元素(Ca、Al、Cd、Cu)与氧化潜势呈显著正相关.本研究为确定常见工业行业PM2.5标识物及其对大气氧化性和人体健康的影响提供了依据.

• 基于园区排放增减平衡的PM2.5最大允许排放增量衡算研究

  陆成伟, 鲁惠, 杨欣悦, 宋丹林, 祝义平, 鲍文毅, 佘睿, 张子健, 黄兰熠, 赵彬

  为探索园区大气污染物排放量与环境质量挂钩,实现以环境质量底线为约束的精细化管控,提出了一种基于园区周边缓冲区减排及园区内增排造成的PM2.5浓度影响动态平衡的园区最大允许排放增量衡算方法, 通过园区周边缓冲区减排为园区产业落地提供空间,并以成都市天府园区、双流园区和龙泉园区为例开展探索研究.结果表明,园区缓冲区减排造成的园区PM2.5浓度下降分别为2.6,1.7及2.1μg/m3;结合园区站现状浓度和目标浓度,计算园区站浓度升高上限分别为1.9,1.5及2.3μg/m3.模拟园区单位面积排放序列增加造成的PM2.5浓度升高,拟合园区排放—浓度复合响应函数,对浓度升高上限对应的排放进行求解,园区最大允许排放增量分别为21.5,73.7和200.1t.经增减平衡验算,园区最大允许排放增量造成3个园区控制站的浓度变化分别为-0.18,-0.44和-2.50μg/m3,均未造成控制站空气质量恶化.提出的方法为园区精细化管控提供了新的思路,可在不造成环境质量恶化的前提下,实现园区周边减排支撑园区产业落地,为园区发展提供空间.

• 2013~2023年华北平原秸秆焚烧时空变化及空气质量影响

  王新辉, 沈秀娥, 姜磊, 张健, 李令军, 宋小可

  基于2013~2023年VIIRS/NPP卫星热异常监测数据及农业统计数据,系统分析华北平原露天秸秆焚烧(以下简称秸秆焚烧)的时空演变特征,估算2013~2022年大气污染物排放量,并评估夏收季秸秆焚烧对PM2.5的影响.结果表明:研究区秸秆焚烧火点空间分布呈显著集聚性特征,主要形成豫南-皖北和环渤海两处高密度区;研究期间火点数量显著下降,区域南部降幅高于北部;年内变化与农事活动高度吻合,峰值出现在夏收与秋收期间.排放清单显示,2013~2022年污染物排放量下降均超50%,在经历2013~2016年快速下降后趋于平稳;排放峰值呈夏秋向冬春季迁移的趋势;高排放区空间分布呈碎片化趋势;主要作物秸秆焚烧排放贡献结构显示玉米占比升高并超过小麦.夏收期间,豫、鲁、苏、皖四省秸秆焚烧PM2.5排放量与近地面PM2.5浓度在年尺度上呈显著正相关(r=0.70~0.91);日尺度分析表明,豫南-皖北地区2013~2016年期间秸秆焚烧对PM2.5浓度贡献显著(r=0.68),2017年后影响减弱,环渤海地区整体影响不显著;但聚焦具体个例,局地集中焚烧可导致PM2.5浓度显著上升,因此应避免多地同步集中焚烧以免引发区域污染事件.

• 基于网络模型的地铁系统PM2.5浓度模拟研究

  王春旺, 李晓锋, 佟林全, 张忠彬, 樊晶光, 金龙哲

  本文依据质量守恒原理建立了地铁系统PM2.5浓度的网络模型,并建立了列车在隧道内运行阶段的PM2.5产尘量模型,从而模拟地铁系统各区域的PM2.5浓度变化.应用该模型对中国南方某典型地铁线路进行了模拟分析,并开展现场实验进行了验证.结果表明,模拟结果误差在10%以内.定量分析了发车对数及室外浓度对地铁站PM2.5浓度的影响:地铁站PM2.5浓度随着发车对数的增加呈现非线性增加趋势,当发车对数增加78%,车站PM2.5浓度增加约86%;地铁站PM2.5浓度与室外PM2.5在一定范围内浓度差值为一定值,与室外PM2.5浓度成线性叠加关系.对于高峰期发车对数达到24对/h以上的地铁线路,即使室外浓度达到WHO推荐值(24h均值15μg/m3),地铁站运营期间PM2.5浓度仍难以达到室内空气质量标准的要求(24h均值50μg/m3).

• 基于AI的大气二氧化碳数据填补与重构算法研究

  顾桃峰, 岳海燕, 熊梓立, 梁建平, 吴艳玲, 刘立新

  针对大气CO2浓度部分观测数据缺失的挑战,利用龙凤山区域大气本底站(简称龙凤山站)2009年1月～2022年6月30m(L1层)与80m(L2层)高度层的CO2浓度观测数据,评估12种主流机器学习算法在数据填补中的性能,提出以K近邻-距离加权(KNeighborsDist)算法为核心框架的优化组合机器学习方法.该方法利用同址不同高度站点均有数据记录重建了缺失数据.经对重建数据集数据测试分析验证,数据集重建效果优异(R2³0.98),充分表明使用测试数据集重建的温室气体数据与实际测量数据之间具有良好的相关性,验证了所构建模型在温室气体数据重建任务上的有效性和准确性.利用该方法成功填补了龙凤山站原始数据缺失部分,构建了逐5min连续的CO2数据集,填补后,龙凤山站数据完整率达到100%,填补方法在保留CO2长期趋势/季节/月/日变化规律上表现良好.本研究提出的AI数据重构算法可在其他本底站应用推广,并可为区域气候变化特征分析、碳排放核算评估及反演研究提供高质量数据支持.

• 基于大气浓度观测的区域尺度稻田CH4排放量反演

  杨文武, 彭婷, 吴莹, 王玉祥, 朱俊, 赵美玲, 张艺凡, 史雪静, 肖薇, 胡诚

  选取我国水稻主产区之一的江苏为研究区域,在位于江苏中部的泰州市建立50m高度的高精度大气CH4浓度观测系统,并选取覆盖当地水稻种植期的2023年5月20日~10月31日为研究时段,通过耦合大气传输模型和优化的反演方法,在10d(旬)尺度上开展了稻田CH4通量反演.结果表明,(1)基于自下而上方法的EDGAR先验排放清单没有明显的稻田CH4通量时间变化特征,且不存在CH4排放峰值,这与江苏省稻田CH4排放在7~8月分蘖-孕穗期达到峰值不符,需要基于CH4浓度观测进行订正和反演.(2)基于高塔浓度观测的反演结果表明,无论是泰州市还是江苏省,在8月上、中旬CH4排放出现了峰值,之后逐渐下降,且其峰值分别达到了(966.6±104.6)和(1182.9±128.0) mg/(m2·d),是反演前排放清单的(3.27±0.35)倍.(3)从5月下旬~10月下旬整个研究时段内,泰州市和江苏省稻田CH4的后验平均CH4通量分别为(307.3±40.5)和(376.7±49.7)mg CH4/(m2·d),是先验清单的(1.37±0.18)倍,以上反演结果表明先验排放清单无论从时间变化还是总量上存在明显偏差.

• 蔗糖衍生炭原位改性粗效纤维及其过滤性能研究

  韩武望, 周昊, 姚庆东, 楚化强, 闾荔, 钱付平, 徐俊超

  利用蔗糖衍生炭(SDC)原位改性粗效聚酯纤维(PET),在其表面构筑了厚度约1.15μm的炭薄层(仅占PET纤维孔隙的10-3),显著改善了纤维的介电性能.结果表明,所得复合过滤材料对0.3μm颗粒的过滤效率高达98.10%,并始终维持低阻特性,其综合质量因子(CQF)显著优于原PET纤维.此外,微米炭薄层与PET纤维结合牢固,复合材料表现出良好的长期稳定性,可满足重复使用需求.

• Co-ZnO气敏材料对丙酮的响应特性及废气检测

  杨佳丽, 党小庆, 王赫

  采用水热法制备了Co掺杂的ZnO气敏材料,研究了不同Co掺杂浓度对其气敏性能的影响,并围绕橡胶硫化过程多组分VOCs中丙酮的排放特征,探讨气敏材料对其的实时检测以实现吸附系统达标条件下的低成本运行.结果表明,Co-ZnO-2%在240°C下对260mg/m3丙酮的响应值达1146.8,响应/恢复时间分别为16s和8s,且对丙酮具有良好的选择性、重复性及长期稳定性.将Co-ZnO-2%应用于吸附净化VOCs模拟实验,实验验证其响应值可有效反映吸附剂的穿透与饱和状态.在多组分吸附条件下,将丙酮作为代表性指标,通过引入预警阈值及浓度预测模型X丙酮=(Y -16.89)/4.47进行VOCs浓度推断,实现了吸附过程的在线检测与排放状态评估.

• 基于脱水污泥预造粒的好氧颗粒污泥系统除磷效能提升与机制

  杨浩生, 李惠平, 王星博, 陈广, 王丽花, 吕燕, 庞维海, 谢丽, 杨殿海

  采用脱水污泥预造粒作为种子污泥,成功培养出高效除磷的好氧颗粒污泥(AGS),并持续运行了120d.结果表明,接种预造粒能够跳过初始成粒步骤,并在第42d实现生物除磷功能构建,稳定期平均总磷(TP)去除率达到(94.4±3.7)%,优于对照组的(85.9±5.1)%.同时,稳定期的预造粒AGS粒径达到1100~1300μm,污泥体积指数(SVI30)为50~80mL/g,化学需氧量(COD)和总氮(TN)的平均去除率分别达到(94.5±2.9)%和(79.3±6.4)%.扫描电镜结合能谱分析(SEM-EDS)表明,预造粒AGS富含铁元素(3.87% vs. 0.24%),且均匀分布在颗粒内部.进一步结合高通量测序,发现预造粒AGS中富集了Candidatus_Competibacter(10.9% vs. 5.0%)等具有胞外聚合物(EPS)分泌潜能的微生物.机制分析揭示,区别于对照组典型的生物驱动模式,预造粒AGS构建了化学-生物协同的高效除磷模式.运行初期,EPS与脱水污泥预造粒残留Fe3+络合,强化化学吸附除磷,并作为结构骨架增强颗粒稳定性.运行后期,该结构有助于微生物保留(混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS: 4.3g/L vs.3.1g/L),使系统中聚磷菌(PAOs)在相对丰度与对照组相近(0.48% vs. 0.47%)的情况下,具有更高的生物量;同时稳定的结构亦可能有助于PAOs保持代谢活性,表现为多聚磷酸盐激酶(ppk1, 0.42‰ vs. 0.34‰)等功能基因更高的相对丰度.

• 长期5℃低温生活污水纯膜MBBR启动及脱氮性能

  韩文杰, 赵忠富, 周家中, 赵彦若, 杨忠启, 梁瑜海

  针对我国西南高寒地区污水温度低,传统活性污泥法脱氮效率差、抗冲击能力弱等问题,通过纯膜MBBR(移动床生物膜反应器)中试,系统探究了其在长周期超低温环境下的启动特性、脱氮效能及抗冲击机制.结果表明,纯膜MBBR在(6.14±1.06)℃水温下,25d启动成功;在长达245d,(5.45±1.29)℃水温下,实际HRT仅为同厂活性污泥20%基础上可达到更优出水水质;纯膜MBBR停机1个月,仅需14d即完全恢复处理能力.纯膜MBBR一级硝化区实现COD等抑制物去除与初步硝化,二级为主硝化区,三级保障出水稳定;反硝化区采用单级工艺,根据缺氧区硝氮残留灵活调控回流比以强化脱氮.在脱氮潜力上,当面临进水水质冲击时,好氧区提高溶解氧(DO)强化传质传氧,可进一步提高系统硝化负荷25%以上,同时带动脱氮能力提升10%以上.纯膜MBBR抗低温,一方面源于生物膜强化了脱氮功能菌,特别是Flavobacterium与Dechloromonas等耐低温脱氮菌的富集能力,另一方面则源于生物膜致密的结构和复杂的生物相,为保温性能提供了支撑.纯膜MBBR设计需同步考虑功能菌强化富集和较高的有效生物量,从而使其具备更高的处理负荷.

• 高锰酸钾-聚合氯化铝对水体锰离子及消毒副产物的协同调控

  骆隽辰, 倪茂飞, 傅成诚, 张润宇, 罗小勇, 王志康

  本研究通过高锰酸钾(KMnO4)预氧化耦合聚合氯化铝(PAC)混凝联用工艺,模拟喀斯特水体不同水文季节锰离子浓度动态变化,以小球藻(Chlorella sp.)和伪鱼腥藻(Pseudoanabaena sp.)的藻源有机物(AOM)为研究对象,探究联用工艺对Mn(II)的氧化去除、AOM降解转化和消毒副产物(DBPs)的调控机制.结果表明:KMnO4将Mn(II)氧化生成MnO2,PAC通过吸附架桥促进MnO2与AOM共沉淀;同时TEM表征证实了MnO2被PAC包裹并富集于AOM絮体中.FTIR和ICP-MS表征验证了藻类表面多糖及蛋白质官能团通过配位作用增强对Mn(II)的吸附.联用工艺使含碳消毒副产物(C-DBPs)和含氮消毒副产物(N-DBPs)生成量分别降低16%和18.5%;其中三氯甲烷(TCM)的生成量降低达51%,揭示KMnO4-PAC联用工艺能有效抑制C-DBPs生成.同时,相较投加KMnO4,联用工艺仅使小球藻体系的N-DBPs生成量降低0.6%,而伪鱼腥藻体系降幅达27%;这一现象反映不同藻种体系AOM组分转化对DBPs路径的差异化调控.

• 二沉出水驱动摩擦纳米发电降解甲基橙废水实验研究

  马红梅, 胡佳杰, 席北斗, 陈永志, 罗杰, 张永辉

  以二沉出水驱动氧化铟锡(ITO)、聚四氟乙烯(PTFE)和导电铝胶带制备的摩擦纳米发电机(TENG)发电,用其产生的电能降解甲基橙废水.结果表明,TENG单元输出电压最高达23.52V,电流最高达2.15μA.采用铝、铁、铜和不锈钢作电极降解40mg/L的甲基橙废水,其脱色率分别为83.21%,82.88%,75.27%和51.38%.用铝电极降解甲基橙废水时,当其浓度小于60mg/L时,脱色率大于80%,当其浓度大于60mg/L时,脱色率逐渐降低,当甲基橙浓度增加到150mg/L时,其脱色率仅为27.85%.TENG单元数量增加可提高脱色率,其单元数量从1个增加到6个时,甲基橙脱色率从85.05%升高至91.05%.甲基橙废水降解过程符合一级动力学方程:ln(C0/Ct)=0.027t-0.0815.

• 煤矿矿井水中Fe2+、Mn2+在冷冻条件下的迁移规律及植物毒性

  王悦, 段蓉宇, 桑楠, 李广科

  含有高浓度的Fe2+、Mn2+等重金属离子的酸性煤矿矿井水(AMD)利用冰晶净化效应的冷冻法来处理.AMD通过单因素与正交实验,优化了冷冻法去除模拟AMD中Fe2+与Mn2+的工艺参数,并确定了其最佳条件(Fe2+:冷冻温度为-12℃、初始浓度为0.9mg/L、冷冻半径为4.25cm; Mn2+:冷冻温度-6℃、初始浓度1.2mg/L、冷冻半径5.00cm),将优化工艺应用于实际AMD处理.结果表明,实际AMD中Fe2+和Mn2+的去除率分别达到60%和59%,证实了该技术的有效性.此外,我们使用大麦种子和幼苗作为模型植物,对处理前后AMD的植物毒性进行了评估.结果表明,与未处理的AMD相比,处理后的AMD未抑制大麦种子的发芽和大麦幼苗的生长.本研究证实,冷冻法不仅能有效去除AMD中的重金属污染物,还能显著消减其生物毒性.

• 过硫酸盐缓释材料修复岩溶水燃油污染效能

  李炜轩, 陈余道, 邓日添, 汤东博, 杨威

  针对传统的原位化学氧化和增强生物修复技术在岩溶地下水中的应用效果受限问题,本文基于石蜡和混凝土两种粘合剂制备缓释体,通过开展模拟岩溶水环境的柱实验,研究缓释材料的缓释性能及其对典型燃油污染物(苯系物)的去除效能.结果表明:石蜡类缓释体表现出了显著的介质特异性释放行为,但其过硫酸盐的突释现象会导致非目标消耗增加;混凝土类缓释体缓释平稳,缓释修复体系中硝酸盐利用率高;亚铁盐缓释活化虽能够提升过硫酸盐的氧化效率,但仍然面临活化持续时间短(<72h)、空间范围有限及亚铁离子利用率低(形成氢氧化铁沉淀)的问题;岩溶动水中,缓释投注方式的苯系物浓度下降期准一级衰减速率常数(0.154d-1)高于连续投注方式(0.044d-1), 缓释投注方式的去除效率更高,其中石灰岩介质中出现的pH值缓冲作用延缓了过硫酸盐的衰减,而砂质介质则更利于富集功能菌增强生物修复效果.

• 紫外老化对微塑料吸附双氯芬酸的影响

  刘义青, 邹清华, 张又中, 胡虹, 陈传曾

  以在环境中被检出最多的聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)3种微塑料(MPs)为研究对象,探究3种MPs的紫外老化以及老化MPs与双氯芬酸(DCF)的环境行为.结果表明,经紫外老化后3种MPs表面粗糙度增大,比表面积和平均孔径增大,接触角和零点电荷均减小.此外,紫外老化将使MPs的O元素含量上升,含氧官能团羰基、羟基含量显著增加.吸附实验结果表明,不同MPs对DCF的吸附能力略微不同,PS表现出更强的吸附能力,吸附容量为0.5626mg/g;紫外老化后的PE、PVC和PS对DCF的吸附容量分别为0.4884, 0.6077, 0.6382mg/g,其吸附能力均比原始MPs更强.老化前后MPs对DCF的吸附量均随着pH值的升高和盐度、腐殖酸浓度的增大而减小.MPs对DCF的吸附过程均分为液膜扩散、颗粒内扩散、吸附平衡3个阶段,吸附机理主要是疏水作用、范德华力、氢键、静电作用为主的物理吸附.

• NaClO-铁氧化细菌耦合作用下的给水管网腐蚀特征与机制

  朱净昱, 张卉, 刘沙沙, 冯永嘉, 贾培馨, 纪怡梦

  建立了静态模拟实验系统,以次氯酸钠(NaClO)和铁氧化细菌(IOB) LSS-1分别作为代表性消毒剂和腐蚀性微生物,研究了两者耦合作用下的总铁浓度、腐蚀速率、腐蚀过程中的电化学特性及腐蚀产物理化特征.结果表明,NaClO和LSS-1耦合作用下会促进铸铁挂片的腐蚀,LSS-1+4.00mg/L NaClO条件下较无LSS-1+0mg/L NaClO条件下30d的腐蚀速率增大0.06mm/a,总铁浓度平均值升高5.76mg/L;耦合条件下自腐蚀电位(E0)负移,电流密度(I0)增大.此外,耦合条件下产生的腐蚀产物主要有α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH、Fe2O3、Fe3O4和CaCO3.

• 酸性条件下配体态Fe(II)与细胞色素c反应动力学

  殷云璐, 程宽, 王莹, 刘同旭, 李晓敏

  细胞色素c(c-Cyts)是微生物驱动亚铁氧化的关键蛋白,然而,酸性条件下配体态亚铁与c-Cyts的反应过程及影响因素尚不明确.本文选取Fe(II)-EDTA和c-Cyts为配体态亚铁和铁氧化蛋白的模式反应物,设置厌氧/好氧、不同pH值和初始亚铁浓度等条件,运用停留光谱仪研究c-Cyts还原动力学,表征亚铁的电化学特性和物种组成.结果发现,厌氧条件下,c-Cyts还原速率随pH值升高和Fe(II)-EDTA浓度增加而提高.20μmol/LFe(II)-EDTA浓度下,pH 3.5和5.0时c-Cyts还原的表观速率常数(kapp)分别是0.841和6.802s-1.pH 5.0,Fe(II)-EDTA浓度增加至80μmol/L时,kapp增至13.028s-1.升高pH值或Fe(II)-EDTA浓度后,配体态FeEDTA2-占比增加,亚铁氧化还原峰信号增强,表明亚铁活性增强,导致c-Cyts还原速率增加.相较于厌氧条件,好氧条件下c-Cyts还原受到抑制,且氧气的抑制作用随pH值增加而减弱.pH 3.5和4.0时c-Cyts还原被完全抑制;pH 4.5时kapp由厌氧的5.402s-1降至1.658s-1;pH 5.0时, kapp仅由厌氧的6.802s-1下降至6.454s-1.这是因为在酸性条件下,pH值越低,Fe(II)-EDTA与c-Cyts的反应越慢,但其与氧气的反应却越快,不仅更有利于氧气与Fe(II)-EDTA反应,其产生的活性氧物种还能进一步加速还原态c-Cyts的重新氧化.研究阐明了配体态亚铁与c-Cyts反应的关键机制,并从分子层面加深对微生物亚铁氧化过程的理解.

• 柠檬酸钠协同高锰酸钾促进剩余污泥产短链脂肪酸及机制

  栾惠琳, 王正江, 梁康, 刘拓宏, 罗有林, 文思婧, 李振轮

  探究柠檬酸钠(CA)联合高锰酸钾(PM)预处理策略对剩余污泥(WAS)厌氧发酵产酸效能的影响,并探讨CA协同PM显著提升短链脂肪酸(SCFAs)积累的促进机制.结果表明, CA协同PM预处理后的SCFAs产量在第6d达到峰值15777.54mg COD/L,相较于对照组和PM组,分别提高了6.41倍和3.18倍.同时,乙酸在SCFAs中的比例也显著提升;其原因是CA协同PM预处理强化了污泥胞外聚合物(EPS)结构的破坏,释放大量可溶性有机物,为微生物代谢提供了更丰富的底物;微生物群落分析进一步揭示,预处理降低了微生物群落的总体多样性,显著富集了与水解和产酸相关的功能菌群,抑制了SCFAs消耗菌群.

• 固体废物遥感监测评估研究进展

  韩志龙, 王一飞, 李平, 李连伟, 殷守敬

  基于Web of Science核心数据库中相关文献,对全球各国固废遥感领域的研究文献数量、内容及其变化进行分析.并从应用维度出发将固废遥感研究划分为固废堆场识别、堆场选址及其适宜性评估、堆场环境影响监测等3个方面,对研究进展和趋势进行系统梳理.分析发现,当前堆场识别中基于低分辨率影像多采用GIS分析与指数构建,基于高分辨率影像多采用深度学习(目标识别、语义分割)方式进行;在选址及适宜性评估方面,多基于GIS平台采用多准则决策分析等方法对遥感指数(NDVI、NDWI等)、地形要素(道路、水体、居民区等)等多种要素进行综合分析;在环境检测中主要集中在植被胁迫、地表热异常、甲烷排放方面.当前固废遥感研究还存在着遥感识别业务化应用受限、选址标准通用性不强、环境影响监测要素有限等问题和不足,在此基础上,结合固废环境管理需求对固废遥感研究的发展提出建议,给出具体建议.

• 土壤重金属源汇定量解析与风险可持续管控

  陈伟胜, 石晴, 张智珂, 刘瑞平, 张健, 宋易南, 张婧卓, 杨洋, 张昊, 赵彬

  针对当前土壤重金属源头防控技术存在精准性与系统性不足等问题,研究了国内外土壤重金属源汇定量解析方法,分析其历史沿革、类型特征、基础原理及优劣势,揭示其在源头识别和通量解析中的角色及内在关联.结果表明,经过数10a探索迭代,以数理统计、受体数学模型、物理化学特征指纹为代表的源解析已成为土壤重金属源头阻控的基础,但随着土壤污染防治理念由传统调查修复向源汇可持续风险管理转变,通量精准核算对管控成效的重要性日益凸显.鉴于此,本文提出一套针对“源-汇-端”“三位一体”风险管控体系:以科学“源”诊断为基础,以通量“汇”干预为核心,以受体“端”验证为保障,践行“预防为主、修复为辅”理念,推动粮食安全与土壤资源永续利用.

• 基于可解释性机器学习的PFAS土壤中分配机制

  刘冰, 邹可可, 刘辉, 时凯歌, 陈燕敏, 卢鑫, 韩帅军, 古励

  基于机器学习(ML)模型预测全氟和多氟烷基物质(PFAS)的土壤-水分配系数(Kd),并阐释其在土壤中的分配行为.数据集涵盖47种PFAS共1227个样本,采用16个PFAS物化性质及土壤理化参数作为特征.结果表明: lgKd范围为-1.40~3.95;当CF2官能团数>5且分子量(MW)>400g/mol时,lgKd与CF2数及MW呈显著线性关系(R2分别为0.96和0.94);土壤特性对PFAS吸附的影响因类型而异:非两性离子PFAS主要受有机碳质量分数和粉砂质量分数影响,而两性离子PFAS则主要受粉砂与砂质量分数影响;经参数优化,ML模型预测性能良好,R2为0.85,RMSE为0.35,MAE为0.26;其中MW,有机碳质量分数,水溶性(lgS)和净电荷密度为关键特征,贡献率分别为31.6%,29.8%,19.7%和10.0%.三维相互作用分析表明,高有机碳含量,高阳离子交换能力(CEC)及低pH值土壤与大MW PFAS结合时,lgKd>0.40,吸附性强;反之,当CEC<8.00cmol/kg,有机质含量<1.00%,MW<380g/mol时,lgKd<0.40,吸附能力较弱,环境迁移潜力较高.研究结果为预测PFAS吸附行为提供了可靠工具.

• 电极负载水铁矿强化土壤微生物电化学系统修复石油烃污染土壤性能

  于鑫, 张晓林, 曲永帅, 钟朋举, 陆佳俊, 李晓晶

  为探究水铁矿修饰电极对土壤微生物电化学系统(MES)降解石油污染土壤中有机污染物的强化作用,并揭示其协同增效机制,构建了单室土壤MES反应体系,以石油污染土壤为对象,对比原始土、常规电极组及水铁矿负载电极组中土壤的性能.通过电化学分析、土壤碳降解/转化、铁形态表征和酶活性测定评估系统效能.结果表明:电极负载水铁矿后体系电化学性能提升,累计电荷输出增加18%.体系碳降解能力增强,总碳降解率提升11%,并有效驱动腐殖质等惰性碳向易降解组分转化.水铁矿驱动了铁循环,铁离子含量增加28%,促进了Fe(II)/Fe(III)循环并耦合碳氮转化.此外,生物电场加速水铁矿相变为针铁矿和赤铁矿.水铁矿刺激微生物活性分泌降解酶,关键降解酶活性显著提升,并且根据Mantel分析,脱氢酶和多酚氧化酶成为碳矿化核心驱动力.

• 基于机器学习的香溪河库湾水华暴发主控因子识别及贡献

  杨京, 杨忠勇, 和玉芳, 熊励伟, 胡怡玲, 纪道斌

  为明确香溪河库湾水华暴发的主控环境因子,基于2024年8月9~30日的高频监测数据,以叶绿素a(Chl.a)为水华表征指标,采用随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)和偏最小二乘回归(PLS)模型识别关键驱动因子.结果表明,香溪河库湾水华过程具有显著的日内节律变化特征,夜间低扰动和热分层的稳定条件显著促进水华形成,而白昼扰动和高温环境则抑制水华积累.流速(WV)和气温(AT)是水华暴发的即时驱动因子,贡献率分别为27.1%和18.1%,电导率(SP)作为重要调节因子贡献率为17.1%,而溶解氧(DO)、pH值和水温(WT)则表现为次要的反馈性因子.此外,各因子在水华过程中表现出显著的非线性与滞后响应特征.

• 花亭湖水库坝前春夏季叶绿素a波动规律及驱动因素

  董江, 范中亚, 黄露, 李丹, 杨梦迪, 仇逸璇, 王彪, 段彬, 王文才

  本研究基于2022年4~6月花亭湖坝前连续监测数据,运用主成分分析(PCA)、多因子相关性分析及偏最小二乘结构方程模型(PLS-SEM),探究chl.a变化规律及其在浮游藻类增长和衰退阶段对水文和水质指标的响应.结果表明:监测期间花亭湖Chl.a浓度范围为6.54~65.90µg/L,平均浓度为(34.62±12.14)µg/L,呈随时间先升后降的倒“V”型变化.Chl.a在增长期与衰退期受不同水质因子主导.多元统计与相关性分析显示,增长期Chl.a主要受营养盐(TP、CODMn等)与水文过程(水文、出库流量等)的共同驱动,而衰退期则主要受pH值及部分营养盐(TN等)影响,表明不同阶段水质和水文因子的驱动作用存在显著差异.基于PLS-SEM的结果表明,水质因子在增长期和衰退期对Chl.a均具有显著正向直接作用,路径系数分别为0.729和0.941.水文因子对Chl.a的直接效应在两个时期均不显著,但可通过水质因子间接作用于Chl.a:增长期表现为负向作用(路径系数-0.780),衰退期则表现为正向作用(路径系数0.583).进一步分析显示,增长期Chl.a主要受水质因子中的CODMn和TP及水文因子中的出库流量和水位影响;衰退期则主要受pH值、TP、TN、CODMn及水位的影响.增长期chl.a浓度升高,主要源于降雨冲刷和水库调度引起的水位变化,促进氮、磷等营养盐及浮游藻类向坝前迁移、扩散和增殖.进入衰退期后,随着氮磷营养盐的消耗以及强降雨导致水位骤升和水体扰动,藻类生长受到限制,chl.a浓度逐渐下降.

• 基于FY3D/MERSI数据的蓝藻水华时序监测与预测研究

  张若琳, 王萌, 孟庆岩, 孙云晓, 原喜屯, 张琳琳, 吴晗天, 孙震辉, 王佳龙

  针对Landsat、Sentinel等遥感平台因时间分辨率较低,难以实现蓝藻水华的连续动态监测;而基于FY卫星数据的蓝藻监测与预测普遍存在监测维度单一、预测模型依赖单一类型变量等问题,基于FY3D/MERSI高时间分辨率遥感数据,构建太湖蓝藻水华多维度时序监测与预测体系;结合遥感指数与大津算法提取蓝藻水华信息,通过像元级与亚像元级双尺度计算量化面积,并从强度、频率、暴发程度等维度系统分析2019~2023年太湖蓝藻水华时空特征.同时整合气象与水质因子,构建BP神经网络模型预测水华面积.结果表明,利用FY3D/MERSI数据提取水华具有较高精度,与实测数据的决定系数R²达0.98,均方根误差为21.6km2.太湖蓝藻水华面积呈季节性双峰特征,峰值出现在5月和10月;水华等级以轻度和中度为主,重度水华全年维持低水平;西部、南部沿岸及湖心区暴发频率显著高于东部,夏秋季节暴发频率较高;年际暴发程度呈逐步减弱趋势,2023年“无蓝藻水华”占比升至89%.相关性分析显示,温度、相对湿度等因子促进水华暴发,浊度、荧光可溶性有机物等起抑制作用.BP神经网络模型验证集均方根误差为27.07km2,皮尔逊相关系数0.94,83%的样本预测误差控制在±25km2内,多项指标表明该模型能够有效捕捉蓝藻水华面积动态变化趋势.

• 草鱼养殖池塘底泥硫还原-氧化功能微生物及其垂直分布特征

  吴兆星, 田照辉, 陈燕, 潘哲

  以北方地区典型的草鱼养殖池塘为研究对象,通过原位测定、理化分析和宏基因组学测序技术系统研究草鱼养殖池塘底泥环境因子,硫还原-氧化功能基因和微生物群落的垂直分布特征.结果表明,与对照池塘相比,硫还原相关基因(sat、aprA、asrA、phsA)和功能微生物(g_NA_c_Deltaproteobacteria)在草鱼池塘底泥显著富集,但硫氧化相关基因(fccB、sqr)及功能微生物(g_Thiobacillus、g_Thioalkalivibrio和g_NA_o_Hydrogenophilales)丰度显著降低.草鱼池塘和对照池塘硫还原-氧化基因(dsrA、asrA、fccB、phsA、soxX/Z)及其优势菌属丰度均随深度增加而显著降低(P<0.05).网络分析表明,与对照池塘相比,草鱼池塘硫还原-氧化功能菌群间的互作减少.Mantel检验发现TN、ORP、NH+ 4和TOC与硫还原-氧化功能基因及微生物群落呈显著正相关(P<0.05).本实验结果表明,通过去除底泥有机质和改善底泥氧化还原条件,可能是降低草鱼养殖池塘硫化物积累和水质恶化潜在风险的有效途径.

• 矿区酸性矿山废水-沉积物界面铜同位素分馏与转化

  刘德洪, 曹开文, 廖文, 侯冬梅, 钟松雄

  本文研究了华中地区3个不同类型矿区的酸性矿山废水(AMD)体系溶液-沉积物界面Cu同位素组成及分馏特征,结合理化指标探讨影响Cu吸附和迁移的因素及机制.结果发现,丁家山金铜硫矿区、观巢铅锌矿区和桥里冲多金属矿区溶液和沉积物之间Cu同位素分馏值分别为(0.3±0.01)‰~(1.5±0.07)‰、(0.61±0.01)‰和(1.03±0.02)‰,表明不同种类矿区及同一矿区不同点位AMD体系Cu同位素分馏具有差异,且呈现沉积物铁氧化物含量升高,铁锰氧化物结合态比例增大,分馏尺度降低;硫/有机质含量升高,有机-硫化物结合态比例增大,分馏尺度放大的规律,证实矿物吸附与有机硫络合是控制Cu在AMD体系中迁移转化的关键因子.Cu稳定同位素分馏特征可为探究制约不同矿区的AMD体系中Cu迁移的关键因子提供潜在手段.

• 基于稳定同位素的水库硝酸氮上游来流溯源方法

  魏健, 陈莉莉, 陈君君, 谢蓉蓉, 李家兵, 马晓丹, 吴琼瑶, 石成春

  以闽江流域水口水库(SR)及上游来流(T1~T3)为研究对象,采用贝叶斯同位素混合模型(MixSIAR),通过传统硝酸氮氮氧稳定同位素和构建的水氢氧稳定同位素-硝酸氮浓度两种方法对水库非汛期和汛期上游来流来水的硝酸氮贡献进行溯源分析,采用完全混合模型和MixSIAR的偏差信息准则(DIC)值对两种方法结果进行验证.结果表明:区域非汛期硝酸氮浓度高于汛期,上游来流沙溪T3毗邻工业区,周边建设用地比例最高,具有最大的硝酸氮污染.汛期T3和SR的δ18O-NO3-和所有点位δ18O-H2O、δD-H2O均出现降低,表明水氢氧同位素低的降雨携带低δ18O-NO3-的污染源进入水体.两种溯源方法在汛期溯源结果相当,最大误差仅为13.04%,但非汛期溯源结果存在显著差异,0分馏条件下硝酸氮氮氧稳定同位素结果为:T2(49.4%)>T3(26.1%)>T1(24.5%);水氢氧稳定同位素-硝酸氮浓度为:T3(44.8%)>T1(29.6%)>T2(25.6%).本研究构建的氢氧稳定同位素-硝酸氮浓度方法DIC均低于不同分馏条件下传统硝酸氮氮氧稳定同位素方法,并采用完全混合模型验证水库的硝酸氮浓度误差在汛期和非汛期仅为1.22%和0.89%,表明新建的溯源方法具有最高的可信度,同时该方法可推广至其他污染物的溯源分析,为流域水量、水质混合及污染物流域管控提供了一种解决方法.

• EP-BiOBr/ZnFe2O4漂浮光催化体系藻类去除机理

  胡磊, 张东源, 丁宁, 刘宏

  通过水热法成功构建了具有Ⅱ型异质结的漂浮型EP-BiOBr/ZnFe2O4(EP-BFO)光催化材料.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(XPS)及紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等表征方法,分析光催化剂的形貌结构、组成元素、化学价态.结果表明,EP-BFO具有三维多孔结构、宽光谱响应(200~700nm)和优化的能带结构(Eg = 2.08eV),其氧空位与异质结界面有效促进了光生载流子分离.研究了EP-BFO在可见光下对铜绿微囊藻的去除效果,探究了其去除机理.结果表明,EP-BFO在可见光下对铜绿微囊藻的去除率高达93.6%,反应速率常数(0.4191h-1)显著优于单组分催化剂.通过研究EP-BFO在复杂水体环境(含10mg/L腐殖酸或富里酸)的去除性能,发现其去除率仍有82%.自由基捕获实验表明,超氧自由基(·O2-)和空穴(h+)为主要活性物质.同时,在光催化过程中产生的活性物质通过氧化作用导致藻细胞膜(离子泄漏、MDA积累)及光合系统(藻胆蛋白降解)的损伤.

• 农牧交错带不同生态类型区人类活动净磷输入量及影响因素

  金盛元, 卢雨琦, 雷秋良, 杜新忠, 张天鹏, 刘欢, 侯以展, 罗加法, 刘宏斌

  为探究中国北方农牧交错带在不同生态类型区人类活动对净磷输入的影响,基于人类活动净磷输入模型(NAPI),收集了1985~2020年北方农牧交错带涉及的7省23个地级市的统计数据,分析了该区域的NAPI发展趋势.结果表明:从时间维度看,北方农牧交错带的NAPI变化整体呈先升后降趋势,1985~2015年因化肥施用和食物摄入增加而增加,2015~2020年因农业结构调整而下降,但辽宁和宁夏部分区域进行农业结构调整与整体趋势不一致;从组成结构看, NAPI组成中,磷肥输入占比最高,超过50%,食物磷次之,占30%~40%;影响因素上看,NAPI与人口密度、耕地面积比例、单位面积畜禽量呈极显著正相关(P<0.001).因此,北方农牧交错带农业结构调整切实降低了人类活动净磷输入.

• 1980~2020年西南地区陆地生态系统碳储量时空格局与演进规律

  王芳, 向首仪, 任金铜

  以我国西南地区为例,运用InVEST模型、泰尔指数、空间自相关和地理探测器等方法,研究陆地生态系统碳储量时空演变规律及驱动机制.结果表明: 1980~2020年,碳储量总体减少2.048Pg C,呈现先加速下降后回升趋势,其中1990~2000年降幅最大,空间上呈西高东低的分布特征;土地利用转移对碳储量的扰动作用在1980~2000年较强,其后20年显著减弱,其中耕地转林地是主要碳汇增益路径,草地向未利用地转化构成碳损失主渠道,建设用地侵占耕地是碳储量演变的重要压力源.碳密度演变呈现先衰减后增长特征,2000年后增长区超越衰减区成为主导;泰尔指数分析显示,区域碳密度总体差异趋缓,但省内市际及区县差异加剧;空间聚集模式动态变迁显著,川西高原由高值集聚转为低值集聚并向北迁移,西藏由高值集聚转为低值集聚,云贵交界后期(2010~2020)形成新高值集聚区.GDP是影响碳储量的核心因素,GDP、土壤类型和人口密度与其他因素的交互作用是影响碳储量区域差异及变化的主导因素组合,40年间驱动机制由空间依附型向生态胁迫型转变.

• 锰依赖的甲烷厌氧氧化研究进展

  余欣, 程呈, 刘雨楠, 王毓琪, 蔡彦博, 陶远泓, 何强

  锰依赖的甲烷厌氧氧化(Mn-AOM)是一种非传统甲烷消耗路径.综述了其提出背景、环境分布与活性、介导微生物与电子传递路径.Mn-AOM目前已在海洋缺硫沉积物、淡水体系及人工湿地中均有研究,不同生态位的反应速率和介导菌群存在差异.海洋中主要由古菌ANME-1、ANME-2介导,淡水中主要由ANME-2d介导,具体为Ca. M. manganicus,Ca. M. manganireducens,Ca. M. nitroreducens和Ca. M. sp. BLZ1 4种.Mn-AOM的电子转移机制包括多血红素c型细胞色素介导、电子穿梭体辅助及与其他细菌的共代谢,同时还有介入隐硫循环以及与NO3-共同作为电子受体的情况.Mn-AOM不仅拓展了甲烷生物地球化学循环,也在水处理工程中展现出潜在应用价值.未来应聚焦分子机制解析、生态贡献定量与工程转化研究,以推进其从机制认知走向实际应用.

• 华北地区规模化养殖场氧化塘秋冬季甲烷排放特性与机制

  张浩锐, 许华生, 张卓毅, 田彦锋, 李鑫, 林立鸿, 王悦, 朱志平

  于2024年10~11月采用动态箱法对华北地区5个典型养殖场氧化塘CH4排放通量进行监测,并结合气象、水质、微生物等数据探究CH4排放的影响因素和机制.结果表明,5个氧化塘CH4排放通量范围为4.3~99.8g/(m2·d),其中密云猪场第二级氧化塘(MY_L2)排放水平显著偏低,主要归因于污水中有机质已在畜舍水泡粪系统及前端黑膜沼气池中大量分解.CH4排放通量与乙酸浓度呈极显著正相关(r=0.74, P<0.01),与pH值呈现极显著负相关(r=-0.70, P<0.01);CH4排放通量日变化与气温呈显著正相关(r=0.83,P<0.05).塘中产甲烷菌mcrA功能基因丰度(1.9×107~4.4×108copies/mL)显著高于甲烷氧化菌pmoA丰度(4.9×104~5.1×106copies/mL),结合氧化塘的开放式贮存管理促使氧化塘具有很高的甲烷排放潜力.在5个氧化塘中,3个塘的主导产甲烷古菌群为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)与甲烷鬃菌属(Methanosaeta),二者均属乙酸营养型产甲烷菌,且此类塘富集产乙酸细菌及复杂有机物降解菌,为乙酸营养型产甲烷菌提供底物;CH4排放最高塘的主导菌群为氢营养型产甲烷菌(甲烷短芽孢杆菌属,Methanobrevibacter),塘中富集乙酸消耗菌,竞争限制乙酸营养型产甲烷菌;一塘中乙酸营养型产甲烷菌与氢营养型产甲烷菌均衡共存,由梭状芽孢杆菌属(Clostridium)同步供应乙酸与H2/CO2.塘中乙酸营养型产甲烷菌(P<0.05)与细菌(P<0.01)群落结构变化对CH4排放变化有重要影响.在关注粪污前端处理工艺如畜舍清粪技术和固液分离外,还需关注氧化塘中pH值调控技术或降低乙酸浓度等工艺的开发,以实现氧化塘CH4有效控排.

• 水生植物附着生物膜对水体氮转化和N2O释放的影响及机制

  张官杰, 周英萍, 肖琳

  为提高水体氮污染的生态修复效果的同时降低氧化亚氮(N2O)的释放,研究了高氨氮胁迫对不同类型沉水植物的附着生物膜氮转化和N2O释放的影响和机制.结果表明,高氨氮条件下苦草和金鱼藻附着生物膜的硝化作用潜势分别提高了27.1和10.2倍;但反硝化作用受到抑制,造成水体中氮的积累.高氨氮促进了由硝化菌参与的N2O释放,但硝化过程中N2O的释放速率最高约为反硝化过程的1.28%,反硝化是N2O释放的主要途径.细菌群落结构和氮转化功能基因丰度分析表明,高氨氮胁迫下硝化功能细菌和基因丰度增加,反硝化菌和基因丰度下降,同时N2O的释放潜势(nirS/nosZ和nirK/nosZ)分别上升90%和59%,是导致氮转化活性变化与N2O释放量增加的主要原因.在3种附着生物膜中,人工水草附着生物膜具有最强的硝化和反硝化潜力,但苦草生物膜的N2O释放量仅为金鱼藻和人工水草的68.89%~78.46%和65.92%~82.76%,这可能是由于氮转化活性受到功能群丰度和微环境双重调控.

• 基于环式电子传递的微藻光合碳代谢机理研究进展

  刘亚琪, 郑梦启, 朱鸿运, 汪韦, 高宇航, 谢冰涵, 徐鹏, 胡真虎

  环境胁迫导致的光合电子传递失衡会引发碳同化受阻,进而激发光呼吸等释放二氧化碳的代谢,从而导致净碳排放加剧,严重削弱了微藻的碳汇功能.作为应对环境胁迫的能量分配平衡手段,环式电子传递(CET)通过独立调控ATP合成,补偿线性电子传递(LET)的供给能量比率,以保护光合系统并维持其功能.本文阐述了CET在微藻响应高光营养缺乏、CO₂限制和重金属、有机污染物及新兴污染物等毒性环境等胁迫中的激活机制与光保护作用.论述了CET通过动态提升ATP/NADPH比率,调控卡尔文循环效率和碳代谢流向,从而协同光保护与碳固定.最后,展望了通过调控CET来提升环境胁迫下微藻固碳能力的研究前景,旨在为增强微藻碳汇能力、碳中和水体修复等环境工程实践提供参考.

• 五氯苯硫酚与稀有鮈鲫运甲状腺素蛋白相互作用研究

  赵嵩山, 张嘉伟, 张政, 刘会会, 杨先海

  以五氯苯硫酚(PCTP)和稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)运甲状腺素蛋白为研究对象,测定了五氯苯硫酚与该蛋白的亲和力数据,辨析了五氯苯硫酚与该蛋白的分子识别机制,结合本研究及文献中关于有机新污染物与稀有鮈鲫运甲状腺素蛋白间的干扰效应数据,构建了可预测苯硫酚等新污染物潜在稀有鮈鲫运甲状腺素蛋白干扰效应的二元分类预测模型.结果表明:五氯苯硫酚的水溶解度值为(0.636 ± 0.0871) mg/L (25 ℃);五氯苯硫酚与稀有鮈鲫运甲状腺素蛋白结合的相对结合势(logRP)值为(0.0200 ± 0.0533),表明其属于具有目标蛋白高结合能力的新污染物;五氯苯硫酚与蛋白间主要存在卤氢键、卤键、疏水相互作用等非键相互作用;成功构建了三个最优二元分类模型(即k-最邻近模型、随机森林模型、决策树模型),三个模型预测准确性(Q)等统计参数值均为1,说明模型具有较好的预测能力;基于最优预测模型,更新了运甲状腺素蛋白干扰物识别工具”TTR Profiler”,使该工具相关预测模型应用域涵盖了苯硫酚类物质.

• 虾青素对砷致HT-22细胞线粒体损伤的保护作用及机制

  陈峣, 于漫, 刘映洁, 张艺馨, 任航, 王梅

  探究虾青素(AST)对环境污染物砷诱导小鼠海马神经元细胞(HT-22)线粒体途径依赖性凋亡的保护机制;通过建立HT-22细胞NaAsO2暴露模型(0, 4, 6, 8, 10μmol/L)并设置虾青素(2μmol/L)单独处理组及虾青素干预组(2μmol/L AST + 10μmol/L NaAsO2),评价虾青素对砷致神经细胞损伤的干预效果;利用二氯荧光素(DCFH-DA)检测活性氧(ROS)水平,ATP试剂盒评估线粒体能量代谢功能,并结合免疫印迹(Western blot)技术分析了PGAM5信号通路、线粒体动力学(分裂/融合)、自噬及凋亡关键蛋白的表达变化.结果表明,NaAsO2暴露显著诱导HT-22细胞ROS过量生成(P<0.05),导致ATP合成减少(P<0.05),并激活PGAM5,促进Drp1-Ser616磷酸化,抑制Drp1-Ser637磷酸化及融合蛋白(OPA1, MFN1)表达,引发线粒体过度分裂.虾青素干预可有效逆转上述损伤(P<0.05),显著抑制PGAM5介导的线粒体分裂,减轻氧化应激并改善能量代谢障碍.机制上,虾青素通过抑制AMPK磷酸化并恢复mTOR活性,降低自噬标志蛋白LC3II/LC3I比值,同时下调促凋亡蛋白(Bax, cleaved-caspase-3)表达并上调抗凋亡蛋白Bcl-2(P<0.05),进而调控AMPK-mTOR通路依赖性自噬与线粒体凋亡途径.本研究表明,虾青素通过靶向PGAM5调控线粒体动力学平衡,改善能量代谢,并干预AMPK-mTOR-自噬-凋亡信号级联反应,对NaAsO2诱导的神经细胞线粒体途径依赖性凋亡发挥关键保护作用.

• 大气生物气溶胶典型菌种的氧化潜势及其影响因素研究

  石浩柯, 赵金鹏, 李彦鹏

  采用二硫苏糖醇(DTT)方法评估大气环境中常见细菌和真菌气溶胶的氧化潜势及其关键影响因素.结果显示,生物气溶胶诱导活性氧(ROS)的生成能力随微生物类型、种类和浓度而变化.真菌的氧化潜势整体高于细菌,约为其2~3倍.在最高测试浓度(105CFU/mL)下,金黄色葡萄球菌[(0.41 ± 0.06) nmol/(min·mL)]和青霉菌[(1.32 ± 0.11) nmol/(min·mL)]的氧化能力最强,平均高出其他细菌和真菌约1.5倍.生物气溶胶的氧化潜势还受其活性和化学组分的显著影响.微生物活性是调控其氧化潜势的关键因素,失活处理可使其氧化潜势最高降低40%.生物组分(金黄色葡萄球菌/青霉菌)与化学组分(Cu/1,4-萘醌)在混合体系中的DTT消耗速率低于单一组分加和值,这表明组分之间存在相互作用抑制了DTT消耗反应.

• 新污染物与慢性病关联性的研究进展

  郭雨倩, 高雅, 郭昌胜, 吴荣山, 樊境朴, 张艳, 徐建

  基于文献计量学,通过CiteSpace软件对Web of Science核心合集中2005~2025年发表的相关文献开展可视化分析,揭示新污染物与慢性病研究领域的发展态势与前沿趋势.结果表明:近20a来该研究领域的发文量呈显著增长趋势,2014年后增速显著提高,与《斯德哥尔摩公约》新增污染物管控政策有较强关联.加利福尼亚大学、美国国立卫生研究院和中国科学院是发文量最多的研究机构,研究结果多发表在《Environmental Health Perspectives》、《Environmental Science & Technology》等国际期刊.环境科学、毒理学及公共健康构成核心学科网络,公共健康是连接环境暴露与疾病机制的关键枢纽.研究初期主要关注内分泌干扰物、消毒副产物与癌症之间的关联性,现已逐步转向全氟和多氟烷基物质、纳米颗粒等新污染物引发的代谢紊乱效应,肠道微生物群与炎症等跨机制研究.未来需进一步深化毒性机制探索并构建多组学联动的慢性病致病机制模型.

• 宏基因组学在海洋抗生素耐药性污染研究中的应用和展望

  马剑桥, 蔡仪威, 李桂英, 安太成

  综述了宏基因组学在海洋抗生素耐药性污染研究中的应用与展望.结果表明,通过宏基因组分析,能够全面解析海洋微生物群落的基因组成,特别是抗生素耐药基因(ARGs)在海洋环境中的分布、多样性以及它们在时间和空间上的动态变化.分析发现:ARGs在海洋水体、沉积物和生物体中广泛存在,且受污染源、环境条件和人为活动等多重因素的影响.宏基因组学不仅能够揭示ARGs的传播机制,还可以为生态风险评估和ARGs污染治理提供科学依据,但在功能验证及环境驱动机制解析等方面仍存在局限.未来可进一步利用多组学整合分析、第三代测序技术和生物信息学工具等提升对海洋环境中ARGs污染的研究深度与精度.同时结合大数据、机器学习和人工智能技术,使得宏基因组学在海洋抗生素耐药性污染研究中具有不可替代的作用,以期更好应对全球抗生素耐药性危机.

• 消费端视角下中国碳排放演变特征与驱动机制研究

  李雯晴, 何国华, 杨清海, 林绿, 严增民, 肖潺, 刘绿柳

  本研究从消费端视角出发,依托全球189个经济体的长时序投入产出数据,核算了1997~2021年中国(特指大陆地区,不含港澳台)隐含碳转移规模,识别了农业、采矿及采石业、轻工业、重工业、机械设备制造业、电力燃气和水供应业、其他行业、生活及第三产业等8个行业的消费端碳排放特征,并分析了不同时期消费端碳排放变化的关键驱动因素.研究发现,1997~2021年中国始终处于隐含碳排放的净出口状态,轻工业、重工业和机械设备制造业是隐含碳出口的主要行业,美国、日本和中国香港是隐含碳出口的主要目的地.2021年,中国消费端碳排放量为101.56亿t,比生产端碳排放偏小12.89亿t,表明消费端视角下中国的碳排放责任比生产端视角偏低11.26%.从驱动因素来看,消费规模增加是1997~2021年推动中国消费端碳排放增长的主要因素,其贡献率为159.31%,人口规模变化、能源利用效率提升、能源结构调整对消费端碳排放变化的贡献则分别为11.04%、-63.40%和-6.96%.基于研究结果,本研究讨论了生产端视角下碳排放责任认定的不公平性,分析了中国碳减排需要关注的重点环节,并论证了研究结果的可靠性.

• 我国省域碳锁定时空格局及演进特征

  胡西武, 李中昊, 张倩

  本文在以改进的碳锁定评价指标体系对2002~2022年我国省域碳锁定水平进行测度的基础上,以时空分析方法刻画了其时空格局及演进规律,并探讨其空间关联机制和演进趋势.结果显示:全国碳锁定水平在时间上呈现缓慢下降、加速解锁和平缓波动三阶段变动趋势,在空间格局上呈现“东部率先解锁、中部快速转型、西部持续跟进”分布演化特征,且离散化程度加深、区域差异扩大且多极化趋势明显;碳锁定具有显著正向空间溢出效应,固定资产投资增长率、城镇化率、劳动者报酬比重对周边地区碳锁定影响显著,前者影响为正,后二者影响为负;省际碳锁定网络互动关系呈现以胡焕庸线为界的三阶段演化趋势和“省际关联持续深化、枢纽节点极化显著、区域传导路径显化”的传导特点,以秦岭淮河线为界的南北板块功能互动演进分异特征明显;预测结果显示,碳锁定水平面临边际效益递减压力,存在局部反弹风险,破解碳锁定网络的关键点在于高中介中心度省份.

• 中国道路交通碳排放时空特征及影响因素

  杨文卓, 王远, 陈晗璐, 董战峰

  本文在核算中国31省份2003~2022年道路交通碳排放量基础上,运用slope值、泰尔指数并融合XGBoost-SHAP构建可解释的机器学习模型分析中国及东、中、西部道路交通碳排放的时间特征、空间差异及影响因素.结果表明:小微型客车与重型货车碳排放合计占比超80%,轻微型货车占比先升后稳,中型货车占比持续下降.中大型客车、公交车及出租车排放占比较低且呈下降态势.中国道路交通碳排放量呈现“快速增长—增速放缓”的阶段性特征.东部地区前期增速较快,但后期增速持续放缓;中部地区后期增速反超东部;西部地区基数低但增速最快.中国道路交通碳排放总体呈现“东扩-中升-西稳”的空间格局,东部沿海及中部腹地依次形成高排放连绵带.区域间道路交通碳排放差异逐渐降低,区域内差异显著上升.东、西部内部各省份差异显著,中部差异最小且保持稳定.全国层面,公路货运周转量为首要因素且对道路交通碳排放具有显著的推动作用,其次为人口总量与每万人机动车保有量,且各显著因素呈现协同增排效应.区域层面,东、西部地区公路货运周转量仍最为显著,但在中部地区不显著.每万人机动车拥有量与人均GDP贡献率中部较东、西部显著提升.

• 基于MVMD分解的交通运输业碳排放预测

  王庆荣, 刘心康, 朱昌锋, 王俊杰

  针对交通运输业碳排放数据序列的波动性和非线性影响预测精度的问题,提出了一种结合MVMD分解、差分多头注意力机制、改进的iTransformer和SSA改进LSTM网络的交通运输业碳排放预测模型.首先,引入多元变分模态分解,将交通碳排放特征数据序列分解为不同频率的模态分量,再利用样本熵对各分量复杂度进行量化,并根据大小划分为高低频数据,进一步弱化交通碳排放数据序列的波动性和非线性;然后,使用SSA-LSTM进行低频数据的预测,挖掘长程依赖;同时,使用LSTM加改进的iTransfoemer快速去噪拟合,避免对主体趋势的干扰;最后,通过样本熵值的大小来计算权重将高低频数据预测值进行结合.最后,采用中国交通运输业2000~2022年碳排放数据来对模型进行验证,结果表明,所提模型的均方根误差、均方误差、平均绝对百分比误差分别为10.31x106t、106.35x106t、0.97%,均优于其他对比模型,验证了所提模型的有效性.

• 基于全生命周期评价的典型废旧光伏板回收技术降碳潜力研究

  赵大明, 苗博, 武阳, 王忠强, 崔天傲, 刘哲, 吕龙义, 高文芳

  建立了一套废旧光伏板回收处理技术碳足迹核算评价体系,利用生命周期评价方法(LCA),针对光伏板中核心金属的回收利用,选取典型的碱-酸电积法,改进的反电镀-碱-酸法,改进的盐蚀刻法3种废旧光伏板回收处理技术进行环境影响评价和碳足迹核算分析.通过LCA归一化分析,3种工艺对环境的影响依次为典型的碱-酸电积法>改进的反电镀-碱-酸法>改进的盐蚀刻法.敏感性分析表明,前2种工艺中使用的氢氟酸与醋酸的量相对较小,导致其敏感性最高.通过物质流和碳流动分析表明盐蚀刻的化学废物产生量与碳排放量大幅减少.进一步的降碳潜力分析探讨了各工艺在减排方面的改进空间,得出3种工艺均在低碳能源情景下有较高的降碳潜力,其中改进的盐蚀刻法的综合降碳潜力高达82%.碳足迹分析结果表明,改进的盐蚀刻方法处理工艺的效果最好(0.83kg CO2eq).本研究精准量化了废旧光伏板回收技术的碳足迹,并指出绿色低碳发展方向,可为政府和企业对废旧光伏板回收处理技术的选择和优化提供参考.

• 长三角城市群水环境治理效率的区域差异及动态演进

  傅慧珊, 李加林, 刘永超, 曹罗丹, 朱骁, 孔江涛

  以长三角城市群26个城市为研究对象,基于2010~2023年统计数据,综合运用Super-SBM模型、Malmquist指数、Dagum基尼系数、标准差椭圆模型以及Tobit模型,系统分析了水环境治理效率的区域差异、动态演进特征以及影响因素.研究发现,长三角城市群治理效率整体呈波动上升趋势,2022年因规模效率(SE)下降水环境治理效率出现低谷,水环境治理效率均值为1.121.长三角城市群水环境治理效率的空间分布呈现“西高-东低”分化,西部城市因生态补偿与产业绿色转移效率提升显著,东部城市依赖技术创新实现效率提高.长三角城市群水环境治理效率的整体空间差异中,安徽省-浙江省水环境治理效率组间差异最大,其均值为0.067;在组内差异对比中苏沪地区内部均衡性最优,均值为0.055;超变密度贡献率对整体差异的贡献率最大,年均值为38.053.研究期内,长三角城市群水环境治理效率的标准差椭圆重心向西南迁移,空间分布向相对聚集转变.人口规模、城镇化水平和产业结构对长三角城市群水环境治理效率呈现显著负向关联,创新水平、环境管理、对外开放程度和工业规模对长三角城市群水环境治理效率起到推动作用.

• 生态产品价值实现研究综述

  刘国波, 刘桂环, 王夏晖

  针对我国生态产品价值实现理论研究和实践仍然存在概念内涵界定不清晰、价值实现机理不明确、价值核算方法不完善、市场化和产业化滞后、价值实现机制不健全等问题,采用文献综述方法对我国生态产品概念内涵、基本属性、实现机理、评价体系、路径模式、政策制度进行系统回顾和归纳总结.从制定生态产品评价标准、完善生态产品总值核算方法、深化生态产品总值核算结果应用、加强生态资源确权发展生态产业等方面,提出以下对策建议:综合考虑生态产品的自然本源、产地环境属性、产品最终使用、惠益充分识别、核算避免重复等方面制定科学、统一、可操作的生态产品界定、分类与评价国家标准. 从核算方法科学性、核算过程数智化、核算结果可比性、政策制度适用性等角度优化完善现有生态产品价值核算方法和核算框架.深化生态产品总值核算结果在生态文明建设和高质量经济发展等领域多元制度化应用,实现从“算出来”到“用起来”的根本转变.基于生态产品基本特征和多重价值属性,加强生态资产确权、生态产品价值和供需匹配评价,大力发展生态产业,综合运用政府调节和市场机制两种方式推动生态产品价值实现.