基于质子转移反应质谱(PTR-MS)对北方冬季大气氨的观测研究

氨是大气中广泛存在的碱性气体,已有的研究表明,氨能够参与包括硫酸/水体系的三元成核过程,进而促进新粒子的形成;同时,氨也是大气二次有机气溶胶（SOA）的重要前体物,对二次有机气溶胶的形成具有不可忽视的影响.了解大气中氨的污染情况,实现对大气中氨的高时间分辨率的在线观测,对于研究大气中氨的时空分布及来源解析,进而加深对气溶胶生成机理及气溶胶在大气辐射平衡与气候变化中作用的认识有重要意义.本研究使用一台自主搭建的质子转移反应质谱仪（PTR-MS）,以丙酮作为反应试剂,由电晕放电离子源产生质子化的丙酮反应试剂离子（（C₃H₆O）_nH⁺）（n=1,2）,与大气中的气态氨及其他碱性气体发生质子转移反应后进行质谱检测.丙酮（C₃H₆O）相较于水（H₂O）和乙醇（C₂H₅OH）,具有更高的质子亲和力（PA=194.1 kcal·mol^-1）,对PA较高的碱基化合物的选择性更好,可减少其他物质对四极杆质谱检测结果的影响.本研究在2017年11月9日—2018年1月10日和2018年11月12日—2019年1月2日华北地区气溶胶生成机理综合研究联合外场观测期间,将PTR-MS部署于山东省德州市平原县气象局观测场内,对大气中的氨气进行实时在线观测.结果表明,两次观测的气态氨平均值分别为（5.89±5.27）ppbv和（2.65±2.41）ppbv,均呈现出一个明显的日变化规律,即上午6：00—7：00出现峰值,随后逐渐下降,在下午大约15：00浓度达到最低值,随后上升.结合正交矩阵因子分解法（Positive Matrix Factorization,PMF）模型对当地近地面大气中氨气进行初步的来源分析,发现当地大气中氨气的来源主要是周边农村在冬季大量使用生物质燃料燃烧取暖造成的生活排放和当地交通源排放.两次冬季观测中当地农村取暖等生活排放分别占到66.0%和55.0%;交通排放在两次观测中分别占到27.0%和36.8%;农田土壤释放、畜牧养殖排放和工业排放等其他来源占比较低,分别是6.2%和7.5%;外部传输来源只占到很少一部分,分别是0.8%和0.7%.2018年的冬季观测相较于2017年,氨气浓度总体出现下降,主要来源还是以当地农村冬季生活和取暖燃烧排放为主,但通过相关政策管控,这一污染来源得到改善.     

中国水泥排放清单及分布特征

本研究基于2018年在线监测数据等,分析中国水泥行业主要工序（窑头和窑尾）排口烟气浓度情况,自下而上建立了2018年中国高时空分辨率水泥行业大气污染物排放清单（high resolution cement emission inventory for China,HCEC）.结果表明,2018年中国水泥行业的PM、SO₂和NO_x排放量分别为72893、92568和878394 t.从时间维度：2018年中国水泥行业主要工序烟气排口月均浓度逐步降低,蓝天保卫战成效显著.从区域维度：2018年京津冀及周边地区、长三角地区和汾渭平原,水泥窑年均排放浓度整体低于全国平均水平,但各城市排放浓度存在差异.2018年安徽省水泥行业排放量最大,北京市和天津市水泥行业的单位面积污染排放强度最大.     

蓄水期三峡水库香溪河沉积物-水系统营养盐分布特征

为研究蓄水期香溪河沉积物-水系统中氮磷营养盐的分布特征,于2016年在香溪河布点采样,分析沉积物-水系统氮、磷及有机质含量,探讨沉积物间隙水和上覆水营养盐"源-汇"特征,并对采样点位进行了聚类分析.结果表明,沉积物中ρ(TN)在河口处含量较高,在中下游区域较接近;ρ(TP)在上游区域明显高于中下游及河口;ρ(O.M.)呈现下游高上游低的分布特征,且各采样点在深度10cm的范围内,ρ(O.M.)的最大值超过了临界点(1.5%),存在一定的释放风险.上覆水的分布上,ρ(DTN)和ρ(DTP)均在干支流交汇处最大,且ρ(DTN)从河口至上游沿程递减,ρ(DTP)沿程变化不大,而间隙水中ρ(DTN)和ρ(DTP)的分布和上覆水体相反,在上游处最大,并从上游向河口处递减.研究期间5个采样点位的DTN、NH_4~+-N、DTP(除CJ点位外)均以"源"的方式向上覆水释放营养盐,而NO_3~--N和PO_4~(3-)-P则是一部分点位呈现为"源",一部分点位呈现为"汇",且氮素的"源-汇"过程较磷素更为强烈,这是因为蓄水期底部的氧化环境和干流水体的倒灌潜入深度和方式差异所致.结合聚类分析结果发现对于沉积物-水系统,CJ、1号、2号采样点特征相近,而3号和4号采样点特征相近.     

夏季太湖草/藻型湖区N2O生成与迁移特征及其影响因素

多生态类型湖泊N_2O生成与排放的空间异质性给准确地估算湖泊N_2O通量及评估湖泊N_2O排放的重要性带来了很大的不确定性,有关多生态类型湖泊N_2O生成与排放特征及内在机制的研究相对较少.本研究对夏季太湖典型草/藻型湖区水-气界面N_2O通量、水体溶存浓度以及水-土界面N_2O通量进行了原位观测及室内分析,并针对影响N_2O生成与排放的主要环境因子进行了室内微环境实验.结果表明,夏季水-气界面N_2O通量、水体溶存N_2O浓度及水-土界面N_2O通量大致上呈现为挺水植物湖区藻型湖区沉水植物湖区,水-气界面通量分别为(115.807±7.583)、(79.768±1.842)和(3.685±0.295)μmol·(m2·h)-1;水体溶存N_2O浓度分别为:(0.051±0)、(0.029±0.001)和(0.018±0)μmol·L~(-1),水-土界面通量分别为:(178.275±3.666)、(160.685±0.642)和(75.665±1.016)μmol·(m2·h)-1;空间差异原因可归结为生长的植物以及水体中无机氮浓度的差异.水-土界面微环境实验结果表明,外加硝酸盐及有机碳源可以显著增加沉积物N_2O生成潜力,而上覆水中高浓度NH+4-N会抑制沉积物N_2O生成,随温度升高,沉积物N_2O生成速率显著增加,这表明夏季水-土界面N_2O的生成与排放主要受硝酸盐及有机碳的限制,同时也受温度的影响.     

丹江口水库调水前后表层沉积物营养盐和重金属时空变化

旨在探明中线工程调水前后(2011~2016年)丹江口水库表层沉积物中营养盐和重金属的时空分布特征和环境风险,对丹江口水库5个典型生态位点表层沉积物中p H值、有机质(OM)、总磷(TP)、总氮(TN)及铬(Cr)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)和铅(Pb)这6种金属元素的含量及时空变化特征进行研究,同时采用加拿大淡水水生环境沉积物质量指导值(CCME)为标准来进行潜在生态风险评价.结果表明,丹江口水库表层沉积物中OM、TP和TN含量分别为25.85、0.57和1.34 g·kg~(-1);Cr、Mn、Cu、Zn、Cd和Pb这6种重金属的含量分别为57.96、521.78、13.91、195.74、0.37和12.92 mg·kg~(-1),6种重金属的含量除Zn和Cd处于土壤环境质量二级标准,其他重金属元素含量均低于土壤环境质量一级标准.TN、Mn和Zn在调水后呈上升趋势,TP及其余重金属元素在调水后呈下降趋势.除p H值外,丹江口水库表层沉积物营养盐和所测重金属含量在生态空间上分布差异均达到极显著水平(P0.01).沉积物中OM除与TN和Pb呈负相关外,与其他指标均呈正相关性.潜在生态风险评价结果显示,丹江口水库表层沉积物中Cd、Cu和Pb均不会对生物产生不良效应;OM、TN、Cr和Zn为低生态风险;TP介于无生态风险与低生态风险之间;但库心和黑鸡嘴点位Cr、Zn和TN在部分时间有较高生态风险,需引起重视.     

京杭大运河(苏州段)内源磷形态分布及其对扰动的响应

以京杭大运河(苏州段)不同外源汇入断面的沉积物和上覆水为实验材料,研究了扰动条件下上覆水、沉积物中不同形态磷数量分布及形态转化过程.结果表明,污水厂尾水排放口处的沉积物内源磷更容易释放,且扰动期间上覆水中不同形态磷(TP、PP、DTP、DIP)均处于较高水平,明显高于风景区和居民区,此外,也归因于水丝蚓的生物扰动.但随着扰动次数的增加,上覆水中各形态磷含量呈降低趋势.扰动显著改变了上覆水中形态磷分布规律,DIP/DTP、DIP/TP及DIP/DTP比值呈降低趋势,并在第11 d以后趋于稳定,但在有水丝蚓扰动下,改变幅度变小.扰动导致沉积物中不同形态磷含量发生变化,NH_4Cl-P含量明显降低,Fe/Al-P明显增加,其中,污水厂尾水排放口沉积物中NH4Cl-P和Fe/Al-P的变化幅度最大.     

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-PHCl-POP转变为HCl-POPNa OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为"源",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m~2·d)~(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m~2·d)~(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.     

多硫化钙对铬污染土壤处理效果的长期稳定性研究

稳定化修复技术逐渐成为我国现阶段重金属污染土壤修复的主要技术,其修复后验收主要通过分析土壤重金属的浸出浓度来评价修复效果,然而该验收指标未反映土壤重金属在不同情景下的长期稳定性.本研究以经稳定化药剂多硫化钙(CPS)处理前后的某电镀厂铬(Cr)污染土壤为对象,开展多pH浸出、模拟酸雨淋溶、冻融循环和干湿交替作用下土壤重金属Cr的长期稳定性研究.结果表明:在多pH浸出实验中,稳定化处理后达标土壤(CPS-D-3)在pH大于6.92时,Cr(Ⅵ)浸出浓度大于0.05 mg·L~(-1).在整个试验模拟酸雨淋溶作用的过程中(30年),稳定化处理可以有效抑制Cr向环境中释放,CPS-D-3中的总Cr和Cr(Ⅵ)的累积释放量比未经稳定化处理的Cr污染土壤(CPS-D-1)分别显著减少了91.86%和99.61%.在冻融循环的过程中,稳定化处理可有效降低土壤中浸出总Cr的含量.经过15次干湿交替后CPS-D-1和CPS-D-3分别比未经过干湿交替作用时浸出总Cr浓度减少了99.96%和96.88%.多pH浸出试验可以作为检验土壤安全的较为敏感的指标,冻融循环、模拟酸雨淋溶和干湿交替评估方法可协助评价重金属的长期稳定性.     

CANON工艺处理猪场沼液的启动及微生物种群结构分析

在连续流合建式反应器内接种普通活性污泥,以实际猪场沼液作为进水,保持温度为(30±1)℃,控制低溶解氧(DO浓度为(0.5±0.1)mg·L~(-1)),通过分阶段提高氨氮浓度的方式启动CANON(Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工艺,同时采用高通量测序技术对反应器启动前后的微生物种群结构进行分析.结果表明,反应器可在210 d实现成功启动CANON工艺,启动成功后,当猪场沼液进水氨氮浓度为450 mg·L~(-1)时,氨氮和总氮的去除率分别达到69.8%和61.1%;出水(NO_3~--N+NO_2~--N)/ΔNH_4~+接近0.11.同时,CANON工艺启动成功后,微生物种群结构发生了很大的变化:其优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)(36.16%)、绿弯菌门(Chloroflexi)(14.22%)、浮霉菌门(Planctomycetes)(11.07%)、酸杆菌门(Acidobacteria)(10.41%)和绿菌门(Chlorobi)(12.82%);与脱氮功能相关的菌属为Candidatus_Brocadia (ANAMMOX菌)、Nitrosomonas(AOB菌)、Comamonadaceae(反硝化菌)和Xanthomonadaceae(反硝化菌)等.     

中国近15年气溶胶光学厚度时空分布特征

利用MODIS 04_L2气溶胶日产品统计其月度、季度及年度均值数据,研究中国大陆地区近15a气溶胶光学厚度（AOD）空间分布状况;通过Spearman秩相关检验法,探讨中国大陆地区近15a的AOD年均值与季均值的逐年变化趋势.结果表明：在空间分布上,我国AOD多年均值高值中心主要位于四川盆地、南疆盆地、华中地区、长江三角洲、华北平原、关中平原,珠江三角洲地区也有小范围的高值区;低值中心主要位于川西和藏东南、内蒙和冀北交界以及河套地区.在逐年变化趋势上,西北地区AOD值主要呈下降趋势,其中川西和藏东南、陕甘宁交界呈显著下降趋势;东部地区AOD值主要呈现上升趋势,且华中地区、长江三角洲、华北平原以及关中平原呈显著上升趋势;在全国范围内AOD年均值整体呈现上升趋势,但趋势不显著;AOD值随季节变化较显著,具体表现为春夏较高、秋冬较低;AOD高值区以及呈上升趋势的地区基本都处在胡焕庸线东南,表明人类活动对AOD值影响比较显著.