Ozone pollution characteristics and sensitivity analysis using an observation-based model in Nanjing, Yangtze River Delta Region of China

Ground-level ozone (O₃) has become a critical pollutant impeding air quality improvement in Yangtze River Delta region of China. In this study, we present O₃ pollution characteristics based on one-year online measurements during 2016 at an urban site in Nanjing, Jiangsu Province. Then, the sensitivity of O₃ to its precursors during 2 O₃ pollution episodes in August was analyzed using a box model based on observation (OBM). The relative incremental reactivity (RIR) of hydrocarbons was larger than other precursors, suggesting that hydrocarbons played the dominant role in O₃ formation. The RIR values for NO_X ranged from –0.41%/% to 0.19%/%. The O₃ sensitivity was also analyzed based on relationship of simulated O₃ production rates with reductions of VOC and NO_X derived from scenario analyses. Simulation results illustrate that O₃ formation was between VOCs-limited and transition regime. Xylenes and light alkenes were found to be key species in O₃ formation according to RIR values, and their sources were determined using the Positive Matrix Factorization (PMF) model. Paints and solvent use was the largest contributor to xylenes (54%), while petrochemical industry was the most important source to propene (82%). Discussions on VOCs and NO_X reduction schemes suggest that the 5% O₃ control goal can be achieved by reducing VOCs by 20%. To obtain 10% O₃ control goal, VOCs need to be reduced by 30% with VOCs/NO_X larger than 3:1.     

餐厨垃圾生物有机肥对贫瘠黄褐土改良的研究

为了阐明餐厨垃圾生物有机肥改良贫瘠土壤的作用机制,以贫瘠黄褐土为研究对象,通过不施肥、长期（>5 a）施用化肥、中长期（5 a）施用少量餐厨垃圾生物有机肥和短期（1 a）施用大量餐厨垃圾生物有机肥4种施肥方式,分别记为CK组、CF组、LOF-5组和MOF-1组,对比分析不同施肥方式对土壤OM（有机质）、活性有机碳、营养元素和团聚体等的影响.结果表明:①施用餐厨垃圾生物有机肥可显著提高土壤OM、活性有机碳含量,其中,MOF-1组提高效果最显著,与CK组相比,w（OM）可提高173.29%,w（ROC）（ROC为易氧化有机碳）增加了39.17%,w（POC）（POC为颗粒有机碳）和w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）分别是CK组的13.85和10.32倍.②中长期（5 a）施用少量餐厨垃圾生物有机肥可增加土壤中较大粒径团聚体的占比,且更有利于提高土壤团粒结构的稳定性,LOF-5组>2 mm粒级的团聚体占比是CK组的4.68倍;与CK组相比,LOF-5组MWD（平均重量直径）增加了100.00%,GMD（几何平均直径）增加了82.98%,>0.25 mm水稳定性团聚体质量占比（DR_0.25）增加了27.20%.③中长期（5 a）施用少量餐厨垃圾生物有机肥可增加土壤中w（TN）（TN为全氮）和w（AN）（AN为速效氮）,与CK组相比,LOF-5组w（TN）和w（AN）分别增加了77.42%和20.82%.施用餐厨垃圾有机肥也可同时增加土壤中w（AP）（AP为速效磷）和w（AK）（AK为速效钾）,MOF-1组增加效果较佳,w（AP）和w（AK）分别是CK组的9.43和3.39倍.研究显示,中长期（5 a）施用少量餐厨垃圾生物有机肥可提升土壤固碳能力,提高土壤养分利用的有效性,从而提升耕地土壤质量,减少化肥施用量,是我国贫瘠黄褐土改良的有效施肥模式.      

长沙市近郊莲花镇土壤重金属生态风险评价

选择长沙市近郊的莲花镇作为研究对象,采集了镇域范围内54个土壤样品,运用综合的生态风险评价方法对Hg、Cd、As、Pb、Cr 5种土壤重金属元素污染程度及对人体的健康危害程度进行评价。结果表明:1)5种重金属元素的污染程度排序为Cd > Hg > Pb > As > Cr,Cd呈现重度污染;Cd和Pb空间变异显著,其来源受人为干扰程度高。2)5种重金属元素的潜在生态危害排序为Cd > Hg > As > Pb > Cr,Cd和Hg处于强生态危害程度,是研究区域土壤重金属污染的主要因子;研究区域综合潜在生态风险达到强生态危害等级。3)"手-口"摄入是土壤重金属暴露的主要途径,儿童的非致癌暴露剂量远大于成人。5种重金属对儿童和成人所产生的非致癌风险商和非致癌风险指数均<1,不存在非致癌健康风险。4)Cr的致癌风险指数>10-4,具有极高的致癌风险;Cd和As的致癌风险指数为10-6~10-4,处于可以接受的风险范围。Cr、As的污染有不断加剧的趋势,成为影响人体健康的主要因子,应引起关注。     

大气压纳秒负脉冲放电对水中大肠杆菌的灭活

采用自行研制的喷嘴-板-筒式反应器,研究了大气压纳秒负脉冲空气放电对水中大肠杆菌（Escherichia coli, E.coli）灭菌率的影响因素及规律。实验中空气自放电喷嘴电极进入反应器,气流带动放电生成的活性粒子流到达并作用于水中大肠杆菌。研究结果表明:本实验装置可有效实现对水中大肠杆菌的灭活,灭菌率随着放电电压和脉冲重复频率的增加、放电处理时间的延长而升高;随着鼓气速率的增大先增大后减小;随着喷嘴电极直径的增加先减小后增大。当采用1.30 mm喷嘴电极,在脉冲峰值电压为-32 kV、重复频率80 Hz,鼓气速率为80 mL/min时,连续放电处理12 min,灭菌率达到91%。     

博斯腾小湖最低生态水位与水量盈缺分析

近年来,博斯腾湖小湖水位大幅波动引发了湖区生态环境问题,基于最低生态水位的湖泊水量盈缺分析对小湖水量调度和生态保护有积极意义。基于1991—2019年达吾提闸实测小湖水位数据,结合湖盆DEM数据和遥感NDVI数据,分别采用年保证率设定法、湖泊地形分析法和曲线相关法计算小湖区最低生态水位;并利用其他水文、气象和农业活动和湖区水量调控数据,使用主成分分析法解析小湖缺水的主要驱动因子。结果表明:博斯腾湖小湖最低生态水位为1047.18 m,多年平均满足率为31.03%。1991—1998年、2005—2015年和2017年间博斯腾小湖区发生了生态缺水,平均缺水量为0.69×108 m3。上游来水量是小湖生态需水保证情势的主要驱动因素,农业活动和宝浪苏木水量调节活动次之,气候变化影响相对较小。2000年之前,生态缺水主要由湖区水位调控产生;2000年之后,灌区农业取水成为生态缺水主要诱因。该研究结果可以为博斯腾湖小湖水量调控和湿地生态系统恢复保护提供科学依据。     

云南兰坪铅锌矿区优势植物重金属富集特性及应用潜力

为筛选适合云南高原地区重金属污染土壤修复治理以及矿区生态复垦的植物材料,通过实地野外调查,采集云南兰坪铅锌矿区18种优势植物样品及相应根系土壤,测定其Cd、 Cr、 Cu、 Ni、 Pb和Zn含量,计算植物对重金属的富集和转运系数,通过聚类分析方法,综合评估植物的应用潜力.结果表明, 18种优势植物分属18属13科,均为草本植物.植物体内多种重金属含量均高于植物正常含量,其中,延胡索(Corydalis yanhusuo)、旱芹菜(Carum bretschneideri)和毛连菜(Picris hieracioides)地上部Cd含量分别达到62.29、 76.49和85.09 mg·kg~(-1),Cd富集系数分别为0.57、 0.58和0.66,转运系数分别为0.89、 0.45和1.48,有着较强的吸收和转移土壤重金属Cd能力,具有修复Cd污染土壤潜力.狼毒(Euphorbia fischeriana)和倒提壶(Cynoglossum amabile)地上部Cd含量分别为0.46 mg·kg~(-1)和0.23 mg·kg~(-1),富集系数均小于0.01,属于重金属低积累植物,适合在中国西南高海拔地区生长,两种植物可以考虑作为Cd污染农田安全利用经济植物.其余13种植物对矿区重金属污染有着较好的耐性,可以用作矿区植被修复.     

洪泽湖不同入湖河流沉积物磷形态特征及生物有效性

为揭示洪泽湖入湖河流沉积物磷形态空间差异性及影响因素,分析了洪泽湖自西北向西南7条入湖河流65个表层沉积物中不同磷（P）形态,并探讨了磷形态空间赋存特征的影响因素及环境意义.研究表明：沉积物总磷（TP）含量为488.90mg/kg~960.22mg/kg,无机磷（Pi）为主要形态,相对含量为65.81%~76.16%.西部入湖流域沉积物有机磷（Po）以非活性有机磷（NLOP）为主,汴河最高,相对含量约占Po的50.41%,生物有效态无机磷（BAP）相对含量最高,占Pi的66.84%,污染程度最高;西南和西北入湖流域Po则以中活性有机磷（MLOP）为主,Pi以钙结合态无机磷（HCl-Pi）为主.西北入湖流域由于受当地地质背景的影响,HCl-Pi所占Pi相对含量最高（43.02%）,从而减缓了磷的移动能力,污染程度最低.随着沉积物污染程度的增加,生物有效态Po含量增加,但所占Po相对含量降低;HCl-Pi含量增加,所占Pi相对含量降低,这一现象和我国其它典型地区沉积物磷形态空间分布类似.西部和西南入湖流域主要受水土流失、有机面源污染及藻类生长的影响,有机质环境较高,水交换能力弱,可被有机质降解的Po组分高于可被矿化的Po组分,大部分难降解Po组分易沉积,导致西部和西南入湖流域较高的BAP和NLOP含量,富营养化程度较高.沉积物OM是各形态磷之间相互转化的关键因素,和沉积物内源磷地球生物化学循环密切相关.洪泽湖入湖流域沉积物磷形态空间差异性主要由农业面源污染物的输入而导致内源磷负荷加剧.洪泽湖西部和西南入湖流域应重点控制农田水土流失及养殖业面源污染,建设滨岸修复带,遵循少量多次增施有机肥原则,减少农用地水土流失.健全农村养殖业废水废渣处理;划定科学养殖区;提倡铜围网箱,增加水体交换率.而对于洪泽湖西北入湖流域则应重点防止过度城镇化带来的水土流失及对生态功能保护区过高的污染负荷.     

大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO₄²-S和大气SO₂的沉降量进行监测,分析雨水中SO₄^2-、NO₃^-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO₂-S和雨水中SO₄^2--S的年均浓度分别为8.5 μg/m³和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/（hm²·a）,其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/（hm²·a）,年均干沉降量为8.6kgS/（hm²·a）.研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO₃^-/SO₄^2-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源（燃煤）.华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.     

华北地区沙尘天气垂直气溶胶直接辐射强迫

利用CALIOP数据和SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式研究了2013~2016年华北地区8d沙尘天气气溶胶及其直接辐射强迫垂直分布特征,分析了气溶胶垂直分布和光学特性对直接辐射强迫的影响.结果表明,气溶胶集中分布在地表及以上3km范围,其中纯净沙尘型和污染沙尘型气溶胶位于上层,污染大陆型气溶胶和烟雾位于下层.大气层顶、地表和大气层的日均气溶胶直接辐射强迫分别是-38.41~-88.44,-74.03~-225.86,9.06~137.42W/m².0~8km高度范围气溶胶直接辐射强迫是负值,且随着高度的增加绝对值逐渐减小.气溶胶垂直分布对大气层顶、地表和大气层的直接辐射强迫影响较小,但对直接辐射强迫垂直分布影响较大,由气溶胶廓线差异造成的同一高度层气溶胶直接辐射强迫最大差值能达到31.18W/m².气溶胶光学厚度和单次散射反照率对直接辐射强迫影响明显.消光能力相同时,吸收性气溶胶对短波太阳光的衰减作用大于散射性气溶胶,后向散射比例大的气溶胶大于后向散射比例小的气溶胶.     

3种重金属对蛋白核小球藻的联合毒性及机理

重金属污染日益严重,对人类具有潜在威胁。该文以绿藻蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)为受试生物,3种典型重金属污染物镉(Cd)、铜(Cu)和铬(Cr)为研究对象,采用均匀设计射线法设计重金属三元混合物体系(Cd-Cu-Cr),应用时间毒性微板分析法系统考察3种重金属对蛋白核小球藻的单一毒性及联合毒性,并通过分析绿藻中叶绿素和蛋白质含量探讨3种重金属及其混合物的可能的毒性作用机理。结果表明:3种重金属对蛋白核小球藻的毒性均随着暴露时间的延长逐渐增强,呈现明显的时间依赖性;重金属处理后的蛋白核小球藻中叶绿素含量随暴露时间的延长不断减少,如在24～72 h时,Cd处理的蛋白核小球藻中的叶绿素减少率增长较快,后趋于稳定,而Cr和Cu处理后的绿藻在整个暴露时间内叶绿素减少率均增加;Cd和Cr处理后绿藻的蛋白质含量减少率随着暴露时间的延长快速增加,而Cu处理后的绿藻中蛋白质减少率在24～72 h趋于平缓,之后减少率迅速增加;5条混合物射线的毒性均为加和作用,即组分间没有发生明显的毒性相互作用;三元混合物在低浓度时对蛋白核小球藻具有促进生长作用,在高浓度时抑制其生长,即Hormesis现象;三元混合体系处理后的绿藻中叶绿素及蛋白质的含量与单一Cu处理后的变化规律相似,这表明混合物的毒性机制受单一组分的影响。