人类活动对河流沉积物中反硝化厌氧甲烷氧化菌群落特征的影响

河流生态系统是陆地生态系统输出营养盐和有机质的主要接收器,是水-气界面CO2和CH4全球碳循环的重要环节.人类活动导致大量未经处理的硝酸盐和有机物质汇入河流,影响了N-DAMO(N-DAMO,Nitrate/nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,反硝化厌氧甲烷氧化菌)细菌的群落特征.本文选取北运河作为研究区域,通过对比分析北运河中游和下游沉积物理化参数和N-DAMO细菌群落特征的差异性,探究由于人类活动的影响,河流沉积物中N-DAMO细菌的群落组成结构特征,及其与沉积物中NH+4-N、NO-3-N的响应关系.结果表明,北运河沉积物中NH+4-N为中游和下游氮素的主要形态,且下游NH+4-N浓度显著高于中游;人类活动对N-DAMO细菌16S rRNA和pmo A功能基因群落分布有影响,16S rRNA和pmo A功能基因均分别聚为中游和下游两类;系统发育树分析显示,人类活动影响北运河N-DAMO细菌高同源性菌群的来源,其高同源性菌群来源与北运河主要污染物氨氮的来源一致;RDA分析显示,人类活动影响N-DAMO细菌相关环境因子,沉积物中高浓度的NH+4-N、NO-3-N与16S rRNA和pmo A功能基因有显著的响应关系.沉积物N-DAMO细菌16S rRNA和pmo A功能基因的共生关系分析显示,北运河下游沉积物中N-DAMO细菌彼此之间的共存关系更强,细菌群落形成的模块化程度较高,其对环境变化的敏感程度更高,受人类活动的影响更大.     

春季沙尘过程北京市不同粒径大气气溶胶污染特征及来源分析

为了解沙尘气溶胶在大气中的物理、化学特性演变,于2017年5月北京沙尘暴发期间,对北京大气中不同粒径颗粒物的质量浓度进行了连续观测,并用离子色谱仪和水溶性有机碳分析仪对其中的主要水溶性化学组分进行了检测.结果表明,沙尘期间TSP及其中的水溶性有机碳(WSOC)、元素碳(EC)、有机碳(OC)和水溶性无机离子的平均质量浓度分别为(2237.59±681.49)、(29.90±18.05)、(1.46±3.05)、(67.35±29.07)和(136.75±46.38)μg·m~(-3),除EC变化不大外,其他成分沙尘期浓度远高于非沙尘期,其中Na~+、NH_4~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、WSOC的浓度分别为沙尘前的11.55、3.00、14.88、14.89、9.40、4.60、2.40、3.91、1.83倍,浓度增长最为明显的是地壳元素离子,变化最小的为NH_4~+和NO_3~-;粒径分析表明,地壳元素离子在整个采样期间均在粗粒径段(4.7~5.8μm)表现出最大浓度;沙尘期间SO_4~(2-)及NO_3~-均以粗模态为主,沙尘结束后SO_4~(2-)在0.43~0.65μm粒径段出现峰值,而NO_3~-依然是在4.7~5.8μm粒径段出现峰值,表明大部分NO_3~-主要以非均相反应存在于粗粒径段中.沙尘期SO_4~(2-)与地壳元素离子表现显著的正相关关系,与NH_4~+没有表现出相关性,表明沙尘期SO_4~(2-)主要来自于沙尘携带的一次来源,非沙尘期SO_4~(2-)与地壳元素没有明显的相关性,而与NH_4~+之间相关系数r=0.70,表明其为非均相二次转化形成.NO_3~-与地壳元素离子和NH_4~+的相关性分析表明其在沙尘期既有一次来源,也有二次转化,而在非沙尘期主要来源于二次转化过程.     

北京市建筑类涂料VOCs排放清单编制技术方法及应用

掌握建筑类涂料挥发性有机物(VOCs)的排放特征是环境管理部门制定控制策略的前提.本研究基于实测获得建筑内外墙及防水涂料本地化排放因子,基于行业调研确定该类涂料活动水平获取途径,结合北京市建筑竣工面积,提出建筑类涂料VOCs排放清单编制方法,据此估算2015年北京市建筑内外墙及防水涂料的VOCs排放量,并分析其空间分布特征.结果表明:(1)北京市2015年建筑内外墙及防水涂料共排放VOCs约6 914.2 t·a~(-1),其中墙面涂料和防水涂料排放量分别为2 394.9 t·a~(-1)和4 519.3 t·a~(-1),分别占34.6%和65.4%;(2)在空间分布上,VOCs排放主要集中在城市发展新区及朝阳区,其中通州区最大,约占13.2%,昌平区、朝阳区次之,分别占11.8%和10.5%;(3)实施《室内装饰装修材料-内墙涂料中有害物质限量》(GB 18582-2008)及《建筑用外墙涂料中有害物质限量》(GB 24408-2009)等国家标准的管控情景下,2015年北京市建筑内外墙及防水涂料VOCs排放量相比于未管控情景下减少了8 954.2 t·a~(-1);(4)建筑类涂料VOCs含量限值进行管控能够有效控制VOCs的排放量,建议各地环境管理部门综合考虑行业技术发展水平和空气质量改善需求,适时制修订标准.     

过硫酸钠对我国典型土壤中多环芳烃氧化降解效果的影响

过硫酸钠是污染土壤化学氧化修复技术中应用较为广泛的氧化剂.为研究过硫酸钠对不同土壤中PAHs（polycyclic aromatic hydrocarbons,多环芳烃）的修复效果,以我国多种典型土壤（黑土、潮土、黄土、紫色土、褐土、砖红壤）为试验样本,以萘、菲、蒽、芘、苯并[a]芘5种PAHs为目标污染物,分析活化过硫酸钠对人为老化的降解率;此外,通过对氧化前后土壤pH、w（有机碳）等土壤性质变化的比较和分析,探讨氧化修复过程对土壤性质的影响.结果表明:当活化过硫酸钠用量为0.8 mmol/g、温度为25℃时,PAHs污染土壤中萘、菲、蒽、芘、苯并[a]芘的降解率最高,分别为87.82%、79.68%、87.93%、83.40%、94.31%.随着温度的升高,PAHs降解率逐渐升高,当温度达到25℃时,PAHs的降解率（85.69%）达到最高,随后随着温度的继续升高,总PAHs的降解率没有明显增加;随着pH的升高,PAHs的降解率逐渐升高,当pH达到6~7时,PAHs降解率维持在一个较高水平;随后随着pH的继续升高,总PAHs的降解率逐渐降低.随着温度以及pH的变化,5种PAHs的降解率与总PAHs的降解率变化趋势一致. w（有机碳）越低,PAHs环数越高,PAHs降解率越高;高环（5~6环）、中环（4环）、低环（2~3环）PAHs降解率与总PAHs降解率变化趋势一致.此外,过硫酸钠氧化修复后土壤结构遭到一定程度的破坏,土壤的pH、w（有机碳）和土壤肥力会有不同程度的下降,对土壤的再次利用有较大影响.研究显示,过硫酸钠可有效氧化降解不同性质土壤中PAHs,在氧化修复PAHs污染土壤方面具有较好的应用前景.      

北京市园林植物吸附PM_(10)与SO_2总量及其健康效益

PM10和SO2是目前城市主要的大气污染物,严重危害居民健康。城市园林植物通过叶片和枝干表面能有效吸附大气污染物。采用大气污染物干沉降通量模型和暴露-反应关系模型定量评估了2003年北京市园林植物吸附PM10与SO2总量及其健康效益。北京市园林植物2003年吸附PM1030,415,563～38,019,454kg和SO23,057,173～3,821,466kg,导致减少死亡312～390人,呼吸系统入院286～357.5人,折合经济价值约为280,265,180～350,331,475元,约占国民生产总值的0.7‰～1.0‰。     

环境中金属生物有效性的预测模型——生物配体模型研究进展

生物配体模型(BLM)是一种用于预测环境中金属生物毒性的机理性模型.模型理论起源于自由离子活度模型(FIAM)和鱼鳃络合模型(GSIM),考虑了自由金属离子的活度以及自然环境存在的其他离子(如Ca2+、Na+、Mg2+、H+)、非生物配体(如可溶性有机质、氯化物、碳酸盐、硫酸盐)和生物配体的竞争.目前,在水生生态系统中,基于鱼鳃络合模型的框架基础,通过生物化学实验手段并结合数学方法,建立了预测铜、锌、银、镍对Rainbowtrout(虹鳟鱼)、Fatheadminnow(黑头呆鱼)和Daphniamagna(水蚤)的急、慢性毒性的BLM版本,并积极探索其在陆地生态系统中的应用.虽然生物配体模型在实验室模拟条件下取得了较为满意的结果,但其中包含着一些假设,在实际应用中还具有一定的局限性,尤其是陆地生态系统生物配体模型的发展还需要做许多研究工作.本文主要论述了生物配体模型的理论基础、实现手段和应用情况,讨论了生物配体模型的优势和局限性并对其未来研究方向进行了展望.     

气相色谱串联三重四极杆质谱在持久性有机污染物分析中的应用

三重四极杆质谱的多重反应监测模式适合痕量有机化合物的分析,应用气相色谱串联三重四极杆质谱(GC-MS/MS)检测多环境介质中持久性有机污染物有逐年增多的趋势.本文综合评述了GC-MS/MS在水体、大气、土壤、沉积物和生物样品中持久性有机污染物分析方面的应用.     

铜和镍对大麦根伸长的联合毒性研究

重金属的复合污染在环境污染中普遍存在,所以复合污染的联合毒性研究对于准确评价重金属污染有着重要的意义.本论文以大麦根伸长为研究对象,探索了铜(Cu)和镍(Ni)对大麦根伸长的联合毒性.基于Cu-Ni混合物的剂量-效应曲线,运用扩展的浓度加和(CA)与独立作用(RA)两个模型对不同浓度组合的Cu-Ni混合物的交互作用及联合毒性进行预测.结果表明,扩展的CA和RA模型均能较好地预测Cu-Ni混合物对大麦根伸长的联合毒性,低剂量的Ni能缓解Cu对大麦根伸长的毒性作用,但是低剂量的Cu对Ni的生物毒性没有显著影响.研究阐明了Cu、Ni复合作用对大麦根伸长联合毒性的效应机理.     

基于全局敏感性分析方法的WASP模型不确定性分析

为了定量讨论WASP(The water quality analysis simulation program,水质分析模拟程序)模型中各参数对模拟结果的影响及其不确定性,本文在Simulink环境下对模型进行重组,利用Sobol方法,对影响DO、CBOD、NH3-N、NO3--N等4项输出的各参数敏感性进行了研究,重点讨论了输入条件如时空变化对参数敏感性的影响.结果表明:Sobol全局敏感性分析方法能够有效地筛选出WASP模型中对DO、CBOD、NH3-N、NO3-变化模拟较为敏感的参数,在实现模型参数“本土化”中具有较大的应用潜力;对比总敏感性与一阶敏感性指数之间的差异, WASP模型当中的若干参数(如GP1、PNH3、anc等)耦合性较强,不宜使用一次一个变量法对这些变量进行敏感性分析;在参数敏感性变化方面,即使对于同一条河流,WASP的参数敏感性指数会因边界条件的时空变化而发生改变.敏感性受空间变化的影响不大,但受时间(季节)变化的影响显著;输入变量随时间的变化,会引起模型不确定性在各季节上的较大的差异;WASP模型当中存在明显的“异参同效”作用,仅靠传统方法进行全局寻优率定,并不能体现水体各组分之间相互转化的过程,还需要结合实验对关键参数进行率定.     

河南省典型工业区周边农田土壤重金属分布特征及风险评价

为深入探讨典型工业区周边农田土壤重金属分布的特征,以河南省新乡市凤泉区大块镇工业区周边农田土壤为研究对象,对表面和剖面方向上土壤As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等7种重金属污染的空间分布和污染风险进行分析,并使用主成分分析进行污染源解析,为该类工业区周边农田重金属污染治理与防控提供理论基础.结果表明,该工业区内表层土壤Cd、Cu和As含量分别为（2.56±1.23）、（205.58±157.49）和（15.27±4.14） mg·kg^-1,点位超标率分别为100%,89.44%和3.40%.空间上,受污染源分布、地势和风向共同影响,研究区7种重金属在土壤表层方向上均呈现出南部含量高北部含量低的空间分布;在剖面方向上,Cd和Cu含量随土壤深度增加显著降低,As在碱性土壤条件下迁移能力较强,其含量随土壤深度增加含量变化较小.污染评价结果表明,Cd和Cu达到重度污染（5级）,同时Cd存在极强的潜在生态风险（5级）,Cu存在中等潜在生态风险（2级）,其余重金属均为低潜在生态风险（1级）,风险排序为Cd > Cu > Ni > As > Pb > Cr > Zn,研究区内重金属综合潜在生态危害属强生态危害.主成分分析表明,土壤As、Cd和Cu外源污染主要来自电池生产和铜（管、线）生产等活动,属工业污染源.综上所述,该研究区应重视土壤Cd和Cu污染的治理与防控,同时警惕As对土壤环境质量进一步的影响.