近三十年中国非点源污染研究现状与未来发展方向探讨

非点源污染是我国面临的重要环境问题之一,其影响范围广,污染不易控制,因此受到研究者和管理者越来越多的关注.中国非点源污染研究呈起步晚、速度快、范围广的发展特点,近十年来相关论文发表已达到一定数量,但是现有研究多是针对非点源污染体系中某些方面进行探究,缺少从全国尺度和长时间序列角度对我国非点源污染研究现状的梳理和总结.本文从全球主要文献库中检索了1988—2018年我国非点源污染的相关文章,挑选出1354篇文章进行统计分析,对于年发文数量、研究区所属省份、研究区所属流域、研究对象和研究方法分别进行统计展示.对我国近三十年非点源污染研究现状与存在问题进行总结,其中农业非点源污染需要继续深入探究其机理,城市非点源污染研究深度不足,研究地区有较大差异,研究方法存在复杂性与实用性的矛盾.未来中国非点源污染研究仍会以农业和农村非点源为主要研究对象;城市非点源将得到进一步发展;非点源污染物的防治与利用将成为重要的研究目标和研究方向;在国家实施的长江大保护战略及黄河生态保护高质量发展战略中,非点源污染也是关键研究问题;全球变化对非点源污染的影响也将是未来研究不可忽视的问题.本文对近三十年中国非点源污染研究规律进行了总结,探究发展变化原因,并提出未来发展方向,为污染源控制以及污染管理提供科学建议和决策支持.     

乌鲁木齐市气溶胶光学厚度时空分布特征及潜在来源分析

依据2009年1月—2019年7月MODIS/AQUA C6.1 MYD04_L2 气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth, AOD）日数据,在宏观视角下对乌鲁木齐市AOD时空分布特征进行分析,利用后向轨迹模式（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory,HYSPLIT）和潜在源贡献作用分析方法（Potential Source Contribution Function, PSCF）讨论气溶胶运输的季节性变化,并揭示研究不同季节对AOD影响较为明显的潜在源空间分布.结果表明：①乌鲁木齐市AOD呈显著的季节性差异,四季均值依次为：春季（0.328） > 夏季（0.310） > 秋季（0.273） > 冬季（0.137）,AOD高值区主要集中在市区.②AOD年内呈双峰分布,峰值分别对应为4月（0.402）和8月（0.346）;10 a间AOD呈弱下降趋势,其中2014年最高（0.316）,2017年最低（0.235）,AOD均值为0. 276.③春季和冬季乌鲁木齐市气团输送主要来自中亚地区,夏季和秋季则来自于天山周边地区;AOD主要潜在源区为乌鲁木齐市及其周边地区,对乌鲁木齐市空气质量具有显著影响.     

高原高寒污水处理系统的微生物群落特征

为研究高原高寒污水处理系统活性污泥的微生物群落结构及多样性,以拉萨、云南、四川的3座高原污水厂作为实验组,同时以重庆2座非高原污水厂作为对照,采用PCR-DGGE技术对比分析了高原与非高原污水厂的微生物特性.研究表明：高原污水厂样品与非高原样品在聚类中展现出了较为疏远的关系,微生物群落区别明显.受强紫外线辐照的抑制,高原高寒污水处理系统微生物多样性的平均水平显著低于非高原污水厂,较低的微生物多样性是导致高原高寒地区污染物去除效果不佳的一项重要原因.群落构成方面,共鉴定出16个优势菌属,对应Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Verrucomicrobia 4个门.组间差异分析结果发现,高原组中丰度显著偏高的菌属只有Prosthecobacter,该菌在污水厂内分布广泛,且能够适应高原低温的条件.对于大多数活性污泥微生物而言,高原强紫外线是不利的生存条件.因此,减少高原露天污水处理系统的紫外辐照,是提升污水处理效能的一个潜在措施.     

滇黔桂岩溶区河漫滩土壤重金属含量、来源及潜在生态风险

利用全国地球化学基准计划在滇黔桂岩溶区35个点位采集的70件河漫滩表、深层土壤样品,分析了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属元素含量特征,探究了重金属来源、污染状况及潜在生态风险.结果表明,8种重金属元素含量大部分均高于全国土壤背景值,在滇东南地区含量最高,桂西北地区最低.表层土壤Cd、Hg明显富集,As、Cr、Cu、Ni与深层土壤含量相当;As、Cd、Hg、Pb、Zn在农田、菜地中明显高于深层土壤,Cr、Cu和Ni在各类土地中与深层土壤相当.因子分析结果显示,表层土壤中Cd、Cr、Cu、Ni受地质背景控制,As、Pb、Zn既与地质背景有关,也受人为活动影响,Hg受人为活动影响较严重;深层土壤中Cd、Cr、Cu、Ni、Cr、Zn继承了区域母岩特征,As、Hg和Pb受地质背景和人为活动双重影响.地累积指数法和富集因子法污染评价结果表明,研究区河漫滩表层土壤中Cd、Hg污染较重,As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn大部分为轻度污染或无污染.各重金属潜在生态风险指数高低顺序依次为Hg > Cd > As > Cu > Ni > Pb > Cr > Zn,Cd和Hg的生态风险指数之和占综合指数的82.43%,生态风险最高;滇东南地区重金属潜在风险综合指数最高,具重度生态风险.     

酸性紫色水稻土颗粒有机质对镉的吸附特性

采集典型的酸性紫色水稻土（APPS）,从中分离出颗粒有机质（POM）,通过批量试验研究POM及其来源土壤Cd²⁺的吸附动力学、等温吸附和热力学特征,通过扫描电镜-能谱仪、傅里叶红外光谱仪等手段及吸附前后镉的形态变化的测定,研究了POM对Cd²⁺的吸附机制.结果表明：POM对Cd²⁺的亲和力远高于其来源土壤.POM及土壤对Cd²⁺的吸附动力学最优模型均为准二级动力学.Langmuir、Freundlich方程均能较好地描述其等温吸附特征,其中对POM,以Freundlich方程更优,表明POM对Cd²⁺的吸附属于多分子层的非均质吸附.吸附热力学参数△G^θ均小于0、△H^θ和△S^θ均大于0,表明吸附属于自发吸热过程.根据△H^θ值及解吸试验判定POM对Cd²⁺的吸附以化学吸附为主,土壤对Cd²⁺的吸附过程以物理吸附为主.吸附平衡后,土壤中可交换态镉比例提高,而POM中交换态和络合态镉比例增加.综上及吸附前后POM的表征结果说明,POM对Cd²⁺的吸附机制包括含氧官能团的络合、离子交换、阳离子-π键、沉淀作用和静电吸附.     

北方湖库沉积物重金属区域特征及生态风险评价

以白洋淀、衡水湖、于桥水库、松花湖、大伙房水库和小兴凯湖沉积作为研究对象,通过对北方六湖库沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Ni等重金属元素进行分析,并与国内外其他水域重金属污染情况进行多因素比较,探讨了六湖库主要重金属污染源的差异性,区域分布特征以及与国内外其他水域污染的相似性和区别.结果表明,六湖库沉积物重金属污染处于中等偏下水平.六湖库之间主要重金属污染源存在差别.沉积物重金属含量未出现明显上升的趋势.其中Zn、Pb存在富集现象,但Pb含量与历史数据相比出现下降,Zn的含量与其他地区相比整体偏高.大伙房水库沉积物重金属污染较重,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni含量平均值分别为56.28,142.3,17.44,97.9,44.44mg/kg.小兴凯湖沉积物重金属含量最低,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni含量平均值分别为2.41,63.90,13.37,56.36,26.09mg/kg.六湖库综合风险评价结果为大伙房水库>于桥水库>白洋淀>衡水湖>松花湖>小兴凯湖,重金属整体潜在生态风险指数为低.     

稻田NO3-还原耦合As(III)氧化过程及微生物群落特征

以华南稻田土壤为研究对象通过构建微宇宙体系,研究了淹水稻田自养硝酸盐还原耦合As（III）氧化过程及其微生物群落结构组成.结果表明,NO₃^-的添加促进了稻田土壤中As（III）的氧化,在未添加NO₃^-的处理（Soil+As（III））以及灭菌处理（Sterilized soil+As（III）+NO₃^-）中As（III）未发生明显的氧化;在Soil+As（III）+NO₃^-处理中,NO₃^-有少量被还原,而在Soil+NO₃^-处理中,NO₃^-没有被还原.通过16S rRNA高通量分析在NO₃^-还原耦合As（III）氧化体系中微生物群落结构特征,在Soil+As（III）+NO₃^-处理中shannon指数相对较低为8.19,土壤微生物群落多样性降低,其中在门水平上主要优势菌群为变形菌门Proteobacteria（33%）、绿弯菌门Chloroflexi（11%）、浮霉菌门Planctomycetes（12%）;在属水平上主要的优势菌属为Gemmatimonas（7.4%）以及少量的Singulisphaera、Thermomonas、Bacillus.NO₃^-的添加能够促进稻田土壤中自养As（III）氧化,并且影响着稻田土壤中微生物群落组成.     

2018年春节期间京津冀地区污染过程分析

为了解2018年春节期间京津冀地区空气污染情况,利用近地面污染物浓度数据、激光雷达组网观测数据,结合WRF气象要素、颗粒物输送通量和HYSPLIT气团轨迹综合分析污染过程.结果表明,春节期间出现3次污染过程.春节前一次污染过程,各站点PM_2.5浓度均未超过200μg/m³;除夕夜,廊坊站点PM_2.5峰值浓度达到504μg/m³,是清洁天气的26倍;年初二~初五,各站点PM_2.5始终高于120μg/m³,且污染主要聚集在500m高度以下,北京地区存在高空传输,800m处最大输送通量达939μg/（m³·s）,此次重污染过程为一次典型的区域累积和传输过程.京津冀地区处于严格管控状态时,燃放烟花爆竹期间PM_2.5峰值浓度可达无燃放时PM_2.5峰值的3.2倍.为防止春节期间重污染现象的发生,需对静稳天气下燃放烟花炮竹采取预防对策.     

Identification of potential electrotrophic microbial community in paddy soils by enrichment of microbial electrolysis cell biocathodes

Electrotrophs are microbes that can receive electrons directly from cathode in a microbial electrolysis cell (MEC). They not only participate in organic biosynthesis, but also be crucial in cathode-based bioremediation. However, little is known about the electrotrophic community in paddy soils. Here, the putative electrotrophs were enriched by cathodes of MECs constructed from five paddy soils with various properties using bicarbonate as an electron acceptor, and identified by 16S rRNA-gene based Illumina sequencing. The electrons were gradually consumed on the cathodes, and 25%–45% of which were recovered to reduce bicarbonate to acetic acid during MEC operation. Firmicutes was the dominant bacterial phylum on the cathodes, and Bacillus genus within this phylum was greatly enriched and was the most abundant population among the detected putative electrotrophs for almost all soils. Furthermore, several other members of Firmicutes and Proteobacteria may also participate in electrotrophic process in different soils. Soil pH, amorphous iron and electrical conductivity significantly influenced the putative electrotrophic bacterial community, which explained about 33.5% of the community structural variation. This study provides a basis for understanding the microbial diversity of putative electrotrophs in paddy soils, and highlights the importance of soil properties in shaping the community of putative electrotrophs.     

Preparation of solar-enhanced AlZnO@carbon nano-substrates for remediation of textile wastewaters

Photoactive aluminum doped ZnO(AlZnO) was synthesized by sol-gel method.After that,AlZnO photocatalyst was deposited on five carbon-based materials(CBMs) using ultrasonic route followed by solid-state mixing using ball mill.The CBMs used were poly aniline(PANI),carbon nitride(CN),carbon nanotubes(CNT),graphene(G),and carbon nanofibers(CNF).The crystal phases,elemental compositions,morphological,and optical properties of the AlZnO@CBMs composites were investigated.Experimental results revealed that two of AlZnO@CBMs composites exhibited superior bleaching efficiency(100% removal) and photocatalytic stability(three cycles) for 50 μmol/L Methylene Blue(MB) contaminated water after 60 min irradiation in visible light at pH 6.5,0.7% H_2O_2,and 5 g/L inorganic salts.Under optimum conditions,AlZnO@CBMs nanocomposites were employed for the treatment of mixed dyestuffs composed of MB,Methyl Orange(MO),Astrazone Blue FRR(BB 69),and Rhodamine B(RhB) dyes under dark,ultraviolet,visible,and direct sunlight.For mixed dyestuffs,the AlZnO@G achieved the highest dye sorption capacity(60.91 μmol dye stuffs/g) with kinetic rate 8.22 × 10~(-3) min~(-1) in 90 min via multi-layer physisorption(Freundlich isotherm) on graphene sheet.In additions,AlZnO@CN offered the highest photo-kinetic rate(K_(photo)) of～54.1 × 10~(-3) min~(-1)(93.8% after 60 min) under direct sunlight.Furthermore,the selective radical trapping experiment confirmed that the holes and oxidative superoxide radicals are crucial on dyes photodegradation pathway.Owing to their superior performance,AlZnO@G and AlZnO@CN nanocomposites can offer an effective in-situ solar-assisted adsorption/photocatalytic remediation of textile wastewater effluents.