全国空气资源评估及其与空气质量相关性分析

利用WRF耦合CALMET模式对大气环境系统进行解析,计算全国范围36 km×36 km分辨率通风扩散系数分布,作为空气资源禀赋评估的依据.评估结果表明,全国区域空气资源禀赋整体呈现东低西高,南低北高,内陆闭塞区低,沿海平原地区高的分布趋势.同时,存在三大空气资源禀赋优质区,一是位于河北与山西交界处的太行山脉和东北三省的长白山区域,二是位于西北部青海、新疆和西藏三省交界的昆仑山脉和唐古拉山脉区域,三是位于山东半岛、长三角和珠三角区域的沿海蓝色经济带区域.在此基础上,采用CALPUFF模型,结合观测数据,选取重点城市定量测算空气资源禀赋空间分布的差异性对城市空气质量的影响.以北京为参照,空气资源禀赋对成都、上海、青岛、郑州、广州等各城市群空气质量改善的相对影响程度分别为0.2%、13.2%、25.9%、29.1%和39.4%.     

基于网格化的区域突发环境事件风险分区研究

为开展区域环境风险分区研究,文章基于环境统计和基础地理数据,引入地理空间分析法和人口空间离散化方法,充分考虑水系级别及水质的影响,以1 km×1 km网格为基础单元,对石化产业密集型区域的环境风险进行评估。结果表明:(1)研究区环境风险场呈现以石化区为高值中心,向外辐射递减态势,环境风险受体敏感区与环境风险受体分布保持一致。(2)研究区以低风险区为主,其次为中风险区和较高风险区,其中较高风险区面积为4.87 km2,占研究区总面积的1.7%;中风险区面积为42.64 km~2,占研究区总面积的14.6%;低风险区面积为244.52 km~2,占研究区总面积的83.7%,不同等级环境风险呈现以风险源和受体集中区为中心,向周围辐射递减趋势,且在下级行政单元的分布存在差异。(3)研究区环境风险管控的优先次序为Sr24(石化区)、Sr19、Sr20、Sr16、Sr17和Sr10,其中,Sr24和Sr19为较高风险区,属重点优先管控区域。文章旨在优化网格化环境风险分析法,为区域环境风险评估的宏观决策和环境风险分区分级管理提供科学依据。     

湖北空气负氧离子浓度等级划分及适应性研究

采用湖北省17个观测环境一致的国家气象观测站布设的FLZ1自动负氧离子观测设备,通过对比国内外负氧离子浓度等级划分方法,结合湖北省空气负氧离子浓度时空分布特征,利用概率拟合方法对湖北省空气负氧离子浓度进行等级划分并开展其适应性分析,为空气负氧离子浓度监测、评估和服务提供参考。结果表明:当湖北省空气负氧离子浓度参考界限值分别为100、300、500、1 200个/cm~3,即Ⅴ级~Ⅰ级5级划分对湖北及全国有较好的区分适应能力。验证结果显示全国负氧离子分布特征与湖北较为一致,其浓度等级分布频次基本与湖北负氧离子浓度等级分布相对应,等级划分具有可比性。此外,湖北及全国等级分布特征表明春夏季高等级比例高于秋冬季,植被覆盖较高地区空气负氧离子浓度等级明显高于植被覆盖较低地区。     

工业城市防护绿色空间布局适宜性评价——以内蒙古包头市为例

城市绿色空间是城市生态系统的重要组成部分,与其他类型的城市相比,工业城市生态环境问题相对突显,应更加重视防护型绿色空间网络化布局与建设。2000—2017年间,工业城市包头市区高质量的绿色空间大量被城市建设占用,城市绿色空间破碎化程度加剧,片状和带状绿色空间分布减少,尚未形成绿色空间生态网络体系;随着工业化、城镇化进一步发展,现状绿色空间承担着比以往更大的生态保护和修复压力。根据包头市工业城市防护型绿色空间建设需求性特征,基于隔离/保护理念、弹性理论、GIS空间分析技术等,评估包头市防护绿色空间布局适宜性,进一步结合2017年绿色空间分布特征,对防护绿色空间建设进行优先级分区。结果表明：（1）研究区防护绿色空间布局适宜区449.59 km2,占研究区总面积（629.59 km2）的71.41%,与现状绿色空间覆盖率（44.71%）相比,可增加26.7%的绿色空间覆盖率;（2）适宜区面积内存在较大面积的无绿色空间和低质量绿色空间,分别约占适宜区面积的25.73%、47.64%,防护绿色空间网络化程度低;（3）根据防护绿色空间布局建设分区结果,41.02 km2的区域可考虑优先建设绿地面积。结果可为包头市及同类型城市防护绿色空间布局与建设提供理论和实践参考。     

基于禀赋与压力的城市环境综合分区理论与方法研究

环境综合分区是城市环境总体规划的主要任务和落实资源合理利用与生态环境保护空间约束的重要手段.基于资源环境禀赋和压力的环境综合分区理论与方法,在生态功能分区和大气环境、水环境、水资源、土地资源分区基础上,提出城市环境综合分区二级区划方案,以大连市为例进行实证研究.根据综合分区方案,针对资源环境问题和发展现状,细化生态保护红线及产业空间准入线,引导城市资源利用与环境保护,更好地指导城市建设与产业发展.     

岸线资源评估、空间管控分区的理论与方法——以长江岸线资源为例

岸线资源由于其所处水陆交互带的特殊地理位置,成为国土空间和国土资源的重要组成部分,逐步引起各界的重视和关注。而依托于长江黄金水道长江岸线资源发挥着重要的经济价值,随着长江大保护战略实施其生态价值愈加凸显。从岸线资源的概念内涵和特征分类出发,构建岸线资源价值评估的理论框架和指标体系,以长江岸线为例开展岸线资源经济功能价值和生态功能价值评价,并探索岸线资源分区管控方案,提出空间管控分区对策建议,以期丰富和拓展自然资源理论体系及研究范例,为长江经济带及全国其他地区岸线资源调查评估及管控分区提供参考借鉴。     

国土空间规划体系下的全域环境空间管控研究——以苏州市为例

立足新时期国土空间规划体系强化全域环境空间管控,推动各类环境要素管控分区降尺度与融合化,实现环境污染源头管控与精准落地,是系统应对当前高强度、复合型环境问题的有效途径.构建基于国土空间规划的全覆盖、多层级环境功能分区管控体系,在单要素人为污染物排放量和综合排放强度评价基础上,提出环境功能分区的管控等级集成评价模型,探索分区管理和分级施策的全域环境空间管控途径,并以高度工业化和城市化的苏州市为案例开展应用研究.结果表明：①基于国土空间规划体系的"三区三线"与现行环境要素管控分区的空间耦合性,建立由8个一级分区和21个二级分区构成的环境功能分区管控体系;②按照"三区三线"管控属性和综合排放强度,可进一步将环境功能分区的管控等级由高至低划分为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ及○级;③苏州市人为污染物排放量总体偏大,城镇空间内的工矿业生产空间及城乡居住空间、农业空间内的生产养殖空间的综合排放强度较高,主要分布于姑苏、虎丘等中心城区及昆山、常熟等工业集聚区;④苏州市Ⅴ级和Ⅳ级管控区以工矿业生产空间、城乡居住空间和特殊生产空间为主,Ⅲ级管控区以混合空间为主,Ⅱ级以农业种植空间和生产养殖空间为主,Ⅰ级和○级管控区主要包括一般生态空间和生态保护红线.案例应用表明,国土空间规划体系下的全域环境空间管控可操作性强,可实现环境规制精准落实到污染源空间;建议以环境功能分区分级管控体系为基础,将环境空间管控全面融入国土空间规划体系,建立综合施策的环境协同管理机制.     

武定县大气环境和水环境空间管控研究

以武定县作为研究区域,开展了大气环境和水环境空间管控划定工作,明确了大气环境管控分区和水环境管控分区。划定结果表明,武定县大气环境优先保护区、重点管控区、一般管控区面积占国土面积比例分别为3. 6%、22. 41%和73. 99%;水环境优先保护区、重点管控区、一般管控区面积占国土面积比例分别为0. 6%、12. 62%和86. 78%。根据大气环境、水环境管控分区特点,有针对性的提出分区管控策略和产业布局调控建议,为武定县基于大气环境保护和水环境保护要求的产业布局和规模提供参考依据。     

长江三角洲城市群人为热排放特征研究

基于常规可获取的能源、交通、人口等统计资料,利用“自上而下”的能源清单法,研究了2010年长江三角洲(以下简称“长三角”)城市群地区各类人为热排放量及其时空分布特征.结果表明:该地区人为热排放总量为1.4′1019J/a,其中工业、交通、建筑、新陈代谢分别占75.1%、12.5%、9.9%和2.5%.上海、苏州、无锡、杭州和南京五个城市的人为热排放总量约占研究区域总量的71%.长三角城市群的人为热年平均排放通量为5.3W/m2,大部分地区介于5~30W/m2,城市高值区一般介于20~70W/m2,上海明显高于其他城市.为方便有关环境气候模式的输入,本文提供了人为热排放的网格化空间分布和简单的时间变化廓线.     

长江三角洲城市群人为热排放特征研究

基于常规可获取的能源、交通、人口等统计资料,利用“自上而下”的能源清单法,研究了2010年长江三角洲(以下简称“长三角”)城市群地区各类人为热排放量及其时空分布特征.结果表明:该地区人为热排放总量为1.4′1019J/a,其中工业、交通、建筑、新陈代谢分别占75.1%、12.5%、9.9%和2.5%.上海、苏州、无锡、杭州和南京五个城市的人为热排放总量约占研究区域总量的71%.长三角城市群的人为热年平均排放通量为5.3W/m2,大部分地区介于5~30W/m2,城市高值区一般介于20~70W/m2,上海明显高于其他城市.为方便有关环境气候模式的输入,本文提供了人为热排放的网格化空间分布和简单的时间变化廓线.     

Impacts of pollution heterogeneity on population exposure in dense urban areas using ultra-fine resolution air quality data

Traditional air quality data have a spatial resolution of 1 km or above, making it challenging to resolve detailed air pollution exposure in complex urban areas. Combining urban morphology, dynamic traffic emission, regional and local meteorology, physicochemical transformations in air quality models using big data fusion technology, an ultra-fine resolution modeling system was developed to provide air quality data down to street level. Based on one-year ultra-fine resolution data, this study investigated the effects of pollution heterogeneity on the individual and population exposure to particulate matter (PM_2.5 and PM₁₀), nitrogen dioxide (NO₂), and ozone (O₃) in Hong Kong, one of the most densely populated and urbanized cities. Sharp fine-scale variabilities in air pollution were revealed within individual city blocks. Using traditional 1 km average to represent individual exposure resulted in a positively skewed deviation of up to 200% for high-end exposure individuals. Citizens were disproportionally affected by air pollution, with annual pollutant concentrations varied by factors of 2 to 5 among 452 District Council Constituency Areas (DCCAs) in Hong Kong, indicating great environmental inequities among the population. Unfavorable city planning resulted in a positive spatial coincidence between pollution and population, which increased public exposure to air pollutants by as large as 46% among districts in Hong Kong. Our results highlight the importance of ultra-fine pollutant data in quantifying the heterogeneity in pollution exposure in the dense urban area and the critical role of smart urban planning in reducing exposure inequities.     

互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性及垂向分布

为了深入探究影响河口沼泽湿地甲烷排放空间变异的关键因素,采用PCR-RFLP技术及测序分析对闽江河口互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性及垂向分布进行了研究.系统发育分析表明,闽江河口互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性划分为3大类群:甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomirobiales)和甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales).在不同的土壤深度,产甲烷古菌的群落结构呈现出空间变异的特征.0~10 cm土层占优势的产甲烷古菌菌属为Methanoregula和Methanobacterium,分别约占46%和43%;10~20 cm土层主要菌属为Methanoregula、Methanobacterium和Methanolobus,分别约占66%、13%和12%,Methanoregula为优势菌属;20~30 cm土层主要菌属为Methanoregula、Methanobacterium和Methanogenium,分别约占65%、11%和12%,Methanoregula为优势菌属.Shannon指数(H')和Simpson多样性指数(D)计算结果表明,10~20 cm土层(H'=2.69,D=0.073)和20~30 cm土层(H'=2.47,D=0.093)产甲烷古菌的多样性明显高于0~10 cm土层(H'=1.60,D=0.292).     

象山港养殖区缢蛏和泥蚶的Cu、Cd、Pb含量及其健康风险评价

根据2010年全年4个季节象山港5个养殖区(大佳何、郭巨、咸祥、桐照、西店)两种贝类(缢蛏、泥蚶)体中的3种重金属(Cu、Cd、Pb)的检测结果,分析和比较了象山港内贝类体中的重金属含量,并应用两种评价模型进行了健康风险评价.结果为:所测得Cu、Pb、Cd在5个不同的养殖区的缢蛏和泥蚶体中的含量分别在2.89～4.99、0.24～0.39、0.12～0.22mg.kg-1和0.79～1.05、0.10～0.38、2.17～4.60mg.kg-1范围,其中大佳何的缢蛏体内的Cu、Pb含量要高于其他4个养殖区,郭巨的泥蚶体内的Cd含量高于其他4个区;其次,同一种重金属Cu、Pb、Cd在两种贝类中的含量分别为1.52～10.48和0.66～1.20mg.kg-1,0.08～0.68和0.02～1.01mg.kg-1,及0.04～0.50和0.74～4.43mg.kg-1范围,Cu在缢蛏体中的含量远远大于泥蚶,而Cd在泥蚶中的含量远远大于缢蛏;所得结论为:不同养殖区内,同一种重金属在同种贝类体内的含量存在明显的差异;同一种重金属在不同种类贝类中的含量也存在明显的差异;贝类的不同养殖规格及不同年龄间Cu、Pb、Cd的含量基本相同,无明显差异;采用USEPA和PMTDI两种健康风险评价模型得出相同的结果:除泥蚶体中Cd可能存在致癌健康风险外,其他对人体均不存在健康风险.     

水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究

超声波辐射能够破坏蓝藻气囊,在水处理工艺中达到强化蓝藻混凝沉淀的效果.然而不适当的超声处理会进一步破坏蓝藻细胞,导致胞内毒素大量释放,加重水质污染负荷.本研究为获得水质安全的超声波强化混凝沉淀蓝藻水处理方法,采用频率40~120 k Hz的超声波辐射蓝藻水,考察处理后蓝藻混凝沉淀去除效果及藻毒素释放情况.结果表明,频率68~120 k Hz、能量密度59.1~186.4 W·L-1的静态超声波作用10~15 s后进行混凝沉淀,藻类去除率达98%以上,且频率越高效果越好;然而各频率静态超声波作用5 s以上均会导致藻细胞内藻毒素释放.采用内衬吸声棉及动态超声方式,频率120 k Hz、能量密度38.5~196.6 W·L-1超声波作用7.5~30 s后,可避免胞内藻毒素释放,且能去除水中溶解性藻毒素18.7%~30.7%,混凝沉淀后藻类去除率97.0%以上,其它有机物也降低.     

Elevated atmospheric CO2 and drought effects on leaf gas exchange properties of barley

Atmospheric CO₂ concentration (C_a) is rising, predicted to cause global warming, and alter precipitation patterns. During 1994, spring barley (Hordeum vulgare L. cv. Alexis) was grown in a strip-split-plot experimental design to determine the effects that the main plot C_a treatments [A: Ambient at 370 μmol (CO₂) mol⁻¹; E: Enriched with free-air CO₂ enrichment (FACE) at ∼550 μmol (CO₂) mol⁻¹] had on several gas exchange properties of fully expanded sunlit primary leaves. The interacting strip-split-plot irrigation treatments were Dry or Wet [50% (D) or 100% (W) replacement of potential evapotranspiration] at ample nitrogen (261 kg N ha⁻¹) and phosphorous (29 kg P ha⁻¹) fertility. Elevated C_a facilitated drought avoidance by reducing stomatal conductance (g_s) by 34% that conserved water and enabled stomata to remain open for a longer period into a drought. This resulted in a 28% reduction in drought-induced midafternoon depression in net assimilation rate (A). Elevated C_a increased A by 37% under Dry and 23% under Wet. Any reduction in A under Wet conditions occurred because of nonstomatal limitations, whereas under Dry it occurred because of stomatal limitations. Elevated C_a increased the diurnal integral of A (A′) that resulted in an increase in the seasonal-long integral of A′ (A″) for barley leaves by 12% (P = 0.14) under both Dry and Wet - 650, 730, 905 and 1020 ± 65 g (C) m⁻² y⁻¹ for AD, ED, AW and EW treatments, respectively. Elevated C_a increased season-long average dry weight (DW_S; crown, shoots) by 14% (P = 0.02), whereas deficit irrigation reduced DW_S by 7% (P = 0.06), although these values may have been affected by a short but severe pea aphid [Acyrthosiphon pisum (Harris)] infestation. Hence, an elevated-C_a-based improvement in gas exchange properties enhanced growth of a barley crop.     

Interactive response of photosynthetic characteristics in Haloxylon ammodendron and Hedysarum scoparium exposed to soil water and air vapor pressure deficits

C₄ plants possess better drought tolerance than C₃ plants. However, Hedysarum scoparium, a C₃ species, is dominant and widely distributed in the desert areas of northwestern China due to its strong drought tolerance. This study compared it with Haloxylon ammodendron, a C₄ species, regarding the interactive effects of drought stress and different leaf–air vapor pressure deficits. Variables of interest included gas exchange, the activity levels of key C₄ photosynthetic enzymes, and cellular anatomy. In both species, gas exchange parameters were more sensitive to high vapor pressure deficit than to strong water stress, and the net CO₂ assimilation rate (A_n) was enhanced as vapor pressure deficits increased. A close relationship between A_n and stomatal conductance (g_s) suggested that the species shared a similar response mechanism. In H. ammodendron, the activity levels of key C₄ enzymes were higher, including those of phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-malate enzyme (NADP-ME), whereas in H. scoparium, the activity level of nicotinamide adenine dinucleotide-malate enzyme (NAD-ME) was higher. Meanwhile, H. scoparium utilized adaptive structural features, including a larger relative vessel area and a shorter distance from vein to stomata, which facilitated the movement of water. These findings implied that some C₄ biochemical pathways were present in H. scoparium to respond to environmental challenges.     

预氯化对铝盐混凝铜绿微囊藻过程中溶解性有机物和残余铝的影响

以铜绿微囊藻为对象,研究了预氯化过程中藻胞内代谢物释放及铝盐混凝除藻过程中残留铝的变化规律.结果表明,氯投量对胞内物质释放量和释放有机物特征有重要影响.与未投加氯的对照体系相比,在较低氯投量时(1~2 mg·L-1),水中有机物浓度升高26%~31%,UV254值升高46%~49%,且有机物主要为中等分子量(2191、2830和3168 Da)和高芳香度的有机物.增大氯投量至3~4 mg·L-1,水中有机物浓度和UV254值有所下降;就不同分子量有机物而言,大分子量有机物(16304 Da)浓度升高而中等分子量有机物(2830、3168和6163 Da)浓度下降,且出现少量小分子量有机物(180 Da).分子量较大或芳香度较高的溶解性有机物在铝盐混凝中可被优先去除.释放到水中的蛋白质能与铝盐形成可溶性蛋白质-混凝剂复合物,从而导致出水铝浓度升高,但增大铝投量可在一定程度上降低残留铝浓度.     

模拟自然水体中藻-溞-草间的相互作用研究

为了解氮磷浓度对生物操纵效果及同时恢复水生植被的影响,以小球藻、大型溞和金鱼藻分别作为浮游植物、浮游动物和大型沉水植物的代表,模拟自然条件研究了不同氮磷浓度对三者生长和相互作用的影响.结果表明:金鱼藻和小球藻共培养时,在氮浓度介于2.92～12.60mg·L-1、磷浓度介于0.06 ～0.85 mg·L-1,金鱼藻增长不明显,甚至出现负增长;而小球藻的增长率则远高于金鱼藻.小球藻和大型溞共培养时,氮、磷浓度分别为1.26～ 10.53 mg·L-1和0.04～1.16 mg·L-1时均占据优势,对小球藻的抑制效果显著,抑藻及氮磷去除效果明显好于金鱼藻和小球藻共培养,而且磷的去除效果优于氮.三者共培养时,在氮浓度介于3.15 ～23.92 mg·L-1、磷浓度介于0.07 ～0.64 mg·L-1时,大型溞与金鱼藻的增长率都较高,而小球藻则维持在较低的增长水平,水质改善效果较好;当氮、磷浓度分别升至25.95 mg·L-1和1.18 mg·L-1时,大型潘和金鱼藻的增长率均下降,水质变差.大型溞和金鱼藻的联合控藻效果好于其单一的控制效果,该效果明显受到氮磷浓度的影响.     

贵屿某电子垃圾拆解点附近大气颗粒物中氯代/溴代二噁英、四溴双酚A污染水平研究

对贵屿某电子垃圾拆解点附近大气颗粒物中氯代二英(PCDD/Fs)、溴代二英(PBDD/Fs)、四溴双酚A(TBBPA)含量水平进行了调查研究.结果显示,大气颗粒物中17种2,3,7,8-PCDD/Fs和8种2,3,7,8-PBDD/Fs的浓度范围分别为126.54～524.78pg·m-3和376.42～566.76pg·m-3;平均毒性当量(TEQ)分别为16.29pg·m-3、91.28pg·m-3,均高出目前所报道的国内外其它部分城市大气污染水平1～4个数量级,且PBDD/Fs的污染水平远远高于PCDD/Fs.四氯至八氯代PCDD/Fs同系物呈现出明显且特别的分布规律,PCDDs和PCDFs浓度均随着氯原子取代程度增加而降低.TBBPA的浓度范围为66.01～95.04ng·m-3,大气中PBDD/Fs浓度与之显著相关r=0.69.初步的暴露风险评价表明,当地居民每日通过呼吸摄入的二英含量远远超过了世界卫生组织(WHO)规定的人体每日耐受量(TDI)1～4pg(W-TEQ)·kg-·1d-1.