太湖流域河流入河污染负荷通量与入湖水质响应关系分析——以殷村港为例

以2020年1—12月太湖主要入湖河流殷村港水质自动监测站的监测数据及2020年太湖水位资料为依据,构建了一维水量水质耦合数学模型,建立了入河污染负荷通量与入湖控制断面水质响应关系,以入太湖控制断面殷村港站达Ⅲ类水质水为目标,模拟计算了殷村港站主要污染物入湖水质变化过程。结果表明,殷村港站高锰酸盐指数、氨氮、总磷等水质指标浓度最大值均明显的降低,其中氨氮浓度降低幅度相对较大,主要集中于3—6月;高锰酸盐指数和总磷日均入河污染负荷通量变化相对较小,氨氮日均入河污染负荷通量降低幅度相对较大;殷村港站高锰酸盐指数、氨氮、总磷等水质指标年入河污染负荷削减量分别为24.17,41.43,3.87 t。提出,基于核算出的削减量需进一步结合污染负荷通量过程和污染源溯源分析,确定不同水质指标下入河污染负荷控制方向,为科学合理规划殷村港主要污染物的入河污染负荷总量控制提供科学依据。     

神农架大九湖亚高山泥炭湿地甲烷通量变化特征及其与产甲烷菌群落组成的关系

2018年12月～2019年11月,采用涡度相关法和高通量测序技术,以湖北省神农架大九湖亚高山泥炭湿地为研究对象,对甲烷(CH4)通量以及产甲烷菌群落组成进行相关研究.结果 及分析表明:大九湖泥炭湿地研究期间表现为CH4的源,CH4总排放量为9333.26 mg· m-2,CH4日平均排放通量为18.50 nmol·m-2·s-1,冬、春、夏、秋四季的CH4平均排放通量分别为6.46、4.62、36.81、25.92 nmol·m-2·s-1,存在明显的季节变化;研究区产甲烷菌优势菌群为Methanoregula(66.73％)和Methanocella(21.99％);对样本中产甲烷菌的Shannon指数进行双因素方差分析发现,同一季节不同深度的样本中产甲烷菌多样性存在显著差异,随着深度的增加,产甲烷菌的多样性指数呈下降趋势;同一深度不同季节的样本中产甲烷菌多样性存在显著差异;夏季产甲烷菌群落组成与CH4排放通量为强正相关关系,春季产甲烷菌群落组成与CH4排放通量为强负相关关系,Methanothermus与CH4排放通量为显著正相关关系,Methanolinea与CH4排放通量为显著负相关关系.     

持久性有机污染物土气交换过程影响因素分析

持久性有机污染物(POPs)在全球范围内进行远距离传输过程中,土壤既是污染物的主要汇,又是空气中污染物的潜在来源.土气交换过程是POPs环境归宿的重要环节,该交换过程受POPs理化性质、近地面气象条件、土壤理化性质及植被覆盖等因素的影响.对近期报道的POPs土气交换过程影响因素研究进行了综述与展望,列出了研究中涉及的重要模型及公式.环境温度的变化既能改变目标物在气固相之间的分配行为,影响空气中污染物的干湿沉降和气态交换过程,也能够通过近地面温度场的梯度变化影响污染物在土气交换过程中的垂直紊流扩散.此外,近地面水平风速的变化也会影响目标物的在近地面空气中的垂直紊流扩散.土壤有机质含量及种类控制了土壤中POPs的吸附/解吸过程,土壤温度和湿度影响污染物的土气分配系数,土壤矿物组成也会影响污染物吸附和解吸过程.地面植被能够吸收和吸附空气中气态和颗粒态POPs,通过雨水淋刷和枯落物凋落转移到土壤中;植被覆盖可以减少土壤的温度变化,减少土壤中POPs的挥发.尽管近年已经取得丰硕的成果,但在土气交换过程多因素耦合影响量化评估、动态评估POPs在典型场地原位复杂环境下的土气交换通量、在区域尺度量化植被对城市中POPs土气交换的影响等方面有待开展深入研究工作.     

北京市污染场地土壤修复工程实证分析

为探究区域尺度污染土壤修复特征,以北京市2006～2021年51个污染场地修复工程为基础,对修复技术与方量进行统计,利用物质流方法探究污染土壤与污染物通量及归趋,并以因子法估算修复行为产生的碳排放.结果表明:北京市2006～2021年修复污染土壤819.18万m³,其中有机、复合、无机污染土壤分别占88.13%、10.23%和1.64%;修复技术以异位为主,方量占82.92%;修复后土壤去向主要为异地填埋(46.02%)和资源化利用(35.18%),而原位修复(15.25%)、风险管控(1.83%)以及原场回填(1.72%)占比较小;修复6类特征污染物共计9943.70t,其中苯系物239.89t、氯代烃1502.12t、多环芳烃510.36t、石油烃4908.52t、重金属2768.33t、农药类14.48t;修复行为排放CO₂ 58.34万t,排放强度逐步下降.建议1)保障修复效果前提下,优先低碳修复技术及资源化利用模式;2)减少区域土壤修复特征污染物的扰动和输送通量,降低能源、材料等投入消耗;3)精细构建区域场地修复可持续度评估方法,构...     

基于DNDC模型评估水位变化对滨海湿地净生态系统CO2交换的影响

水位是影响滨海湿地生态系统蓝碳功能的重要因素。气候变化引起的海平面上升以及极端气候事件的频发,可能加快水位的变化,从而改变生态系统碳交换的过程。然而,滨海湿地碳汇功能响应水位变化的机制尚不清楚。为了评估水位对滨海湿地净生态系统CO₂交换(NEE)特征的影响,以及验证DNDC(denitrification-decomposition)模型对模拟预测滨海湿地生态系统碳交换的适用性,该研究设计了野外水位控制试验(自然水位,地下20 cm水位、地表10 cm水位),并利用DNDC模型模拟和预测水位变化对滨海湿地NEE的影响。结果表明:(1)不同水位处理之间NEE差异显著,地表10 cm水位处理促进CO₂吸收,地下20 cm水位则抑制CO₂吸收;(2)经过校准和验证的DNDC模型可以准确模拟水位变化对黄河三角洲湿地NEE的影响,NEE模拟值的日动态与田间观测结果显著相关(R²>0.6);(3)通过改变气候、土壤和田间管理等输入参数对DNDC模型进行灵敏度检验,生态系统碳交换过程对日均温、降雨和水位改变的响应最为显著,其中,水位对NEE的影响主要作用于土壤呼吸(Rs)。未来气候情境下,不同水位变化下的生态系统碳交换过程随年份增长呈现不同的规律,因此未来的模拟研究应关注DNDC中水文模块和植被演替过程的完善。该研究可为预测水文变化情境下滨海湿地碳汇功能的未来发展以及政策制定提供参考。     

夏、秋季长江口外海域沉积物-水界面溶解无机碳的交换通量

沉积物-海水界面是海洋中溶解无机碳(DIC)转移和储存的重要场所，长江口外海域拥有特定的沉积物-水界面交换的空间格局，研究其沉积物-水界面DIC的交换过程对于碳的循环和转化具有重要意义.本研究于2021年8月和2021年10月在长江口外海域采集沉积物样品及原位底层海水，通过实验室模拟培养法计算了该海域沉积物-水界面DIC的交换通量，并研究了沉积物间隙水-上覆水的DIC浓度差、温度、盐度和pH对DIC交换通量的影响.结果表明，夏季和秋季研究海域沉积物-水界面DIC交换通量平均值分别为(432.45±190.78)μmol·m^-2·h^-1和(223.05±110.39)μmol·m^-2·h^-1.夏季交换通量高于秋季，DIC扩散方向均由沉积物向上覆水释放，表明沉积物表现为DIC的“源”.此外，交换通量会随着DIC浓度差或温度升高而升高，随着盐度或pH升高而降低.     

佛山高明河水环境多环芳烃的分布特征与通量研究

利用液液萃取法和气相色谱-质谱方法对佛山境内高明河水环境多环芳烃（PAHs）进行了测定,并对PAHs的分布特征与通量进行了初步研究.结果表明高明河水环境中16种优控PAHs的浓度范围在41.6～375.6 ng/l之间,从上游到下游总体呈递增的趋势,其下游浓度偏高可能与荷城街道较为密集的工业和人口分布有关.高明河水环境PAHs的总含量高于欧美一些低污染水域,但低于国内一些主要河流.高明河PAHs年通量约为333.8 kg.     

地下水中污染物的迁移传输及排泄通量研究

以辽宁某化工污染场地为研究对象,结合场地调查结果,应用地下水模型系统软件(GMS)中的MODFLOW和RT3D模型,建立了地下水中污染物的数值模型,探讨其迁移传输及排泄通量。根据模拟结果,地下水中苯、二氯苯和三氯苯的污染羽约在20年后达到动态平衡,污染羽不再随时间变化,污染物的自然衰减速率与污染源释放速率达到平衡。排泄通量估算表明:地下水向河流排泄的量在20年时达到稳定,地下水中苯、二氯苯和三氯苯向河流的排泄通量分别为每天180 g、6 100 g和5.5 g。由于污染物会导致污染生态环境和健康风险,建议从控制污染源、实施污染源区修复和切断迁移传输途径等多种措施控制风险。     

Fouling distribution in forward osmosis membrane process

Fouling behavior along the length of membrane module was systematically investigated by performing simple modeling and lab-scale experiments of forward osmosis （FO） membrane process. The flux distribution model developed in this study showed a good agreement with experimental results, validating the robustness of the model. This model demonstrated, as expected, that the permeate flux decreased along the membrane channel due to decreasing osmotic pressure differential across the FO membrane. A series of fouling experiments were conducted under the draw and feed solutions at various recoveries simulated by the model. The simulated fouling experiments revealed that higher organic （alginate） fouling and thus more flux decline were observed at the last section of a membrane channel, as foulants in feed solution became more concentrated. Furthermore, the water flux in FO process declined more severely as the recovery increased due to more foulants transported to membrane surface with elevated solute concentrations at higher recovery, which created favorable solution environments for organic adsorption. The fouling reversibility also decreased at the last section of the membrane channel, suggesting that fouling distribution on FO membrane along the module should be carefully examined to improve overall cleaning efficiency. Lastly, it was found that such fouling distribution observed with co-current flow operation became less pronounced in counter- current flow operation of FO membrane process.     

外源硝态氮对典型耕作土壤冻结过程N2O排放的影响

为明确外源硝态氮添加对典型耕作土壤冻结过程N2O排放的影响,应用室内冰柜模拟土壤冻结过程,研究在室温-冻结过程中硝态氮添加(0、80、200和500 mg/kg)对3种典型耕作土壤(黑土、潮土和黄土)N2O排放影响的特征.结果表明:外源硝态氮的添加促进了黑土和潮土的N2O排放,在200 mg/kg硝态氮添加处理下,黑土和潮土的N2O排放通量比CK(对照)分别增加了849%和676%;但在添加高浓度(500 mg/kg)硝态氮时,黑土和潮土的N2O排放通量分别比200 mg/kg处理降低39.3%和21.2%,表现为显著抑制.随冻结过程的进行,黑土和潮土的N2O排放通量均逐渐降低并接近零排放.黄土N2O排放通量在室温-冻结过程中变化范围很小,甚至出现负排放.多因素方差分析结果表明,土壤类型显著影响N2O累计排放量,而土壤pH和C/N是其中重要的影响因子.根据室内培养试验结果,为减排N2O,建议在深秋整地施肥时期尽量避免在潮土和黑土中施用硝态氮肥.黄土的N2O排放似乎对外源硝态氮的添加反应不明显,这有待在大田气候-植物-土壤综合条件下进一步验证.