Analytical methods and environmental processes of nanoplastics

The degradation of plastic debris may result in the generation of nanoplastics (NPs). Their high specific surface area for the sorption of organic pollutions and toxic heavy metals and possible transfer between organisms at different nutrient levels make the study of NPs an urgent priority. However, there is very limited understanding on the occurrence, distribution, abundant, and fate of NPs in the environment, partially due to the lack of suitable techniques for the separation and identification of NPs from complex environmental matrices. In this review, we first overviewed the state-of-the-art methods for the extraction, separation, identification and quantification of NPs in the environment. Some of them have been successfully applied for the field determination of NPs, while some are borrowed from the detection of microplastics or engineered nanomaterials. Then the possible fate and transport of NPs in the environment are thoroughly described. Although great efforts have been made during the recent years, large knowledge gaps still exist, such as the relatively high detection limit of existing method failing to detect ultralow masses of NPs in the environment, and spherical polystyrene NP models failing to represent the various compositions of NPs with different irregular shapes, which needs further investigation.     

武当山夏季颗粒物数浓度谱分布特征及气团来源影响研究

为研究大气边界层中上层大气颗粒物的数浓度谱分布特征及气团来源的影响,于2018年6月利用3080型SMPS粒径谱仪对武当山14.6~660 nm颗粒物数浓度谱进行观测,分析和探讨了其数浓度谱分布及日变化特征,并结合后向轨迹、潜在源贡献因子法（PSCF）与浓度权重轨迹分析法（CWT）探讨对武当山颗粒物数浓度影响较大的外源输送路径和贡献源区.结果表明:①武当山大气颗粒物主要以爱根模态为主,平均数浓度为2 500个/cm3,积聚模态、核膜态平均数浓度分别为2 265、359个/cm3,3种模态数浓度分别占总数浓度的48.79%、44.21%、7.01%.②在新粒子生成日,核膜态数浓度于10:00开始上升,11:00—17:00的核膜态数浓度相对较高,约2 000个/cm3.新粒子生成日ρ（SO₂）与ρ（O₃）的日变化趋势均与核模态数浓度较为相似,表明SO₂和O₃参与光化学反应后的产物（硫酸及有机物）有利于新粒子的生成与增长.新粒子生成日风速、温度均大于非新粒子生成日,但相对湿度较低.③在东部及局地气团影响下大气颗粒物主要以积聚模态为主,数浓度分别为2 311和2 596个/cm3;核模态、爱根模态数浓度在受西北气团影响时最大,数浓度分别为806和3 078个/cm3.④潜在源区分析表明,影响武当山积聚模态数浓度的主要源区为十堰市本地及襄阳市,二者贡献值在840个/cm3以上.研究显示,武当山颗粒物主要以爱根模态为主,颗粒物数浓度日变化主要受大气边界层发展及山谷风的影响,较高的ρ（SO₂）与ρ（O₃）以及高温、低湿及较大的风速均有利于新粒子的生成,周边城市的区域性传输对武当山颗粒物的影响较大.      

围隔污染场地淋洗修复的注抽水井优化布设研究

为防止污染场地范围的扩大和污染地下水,可以采取工程措施将污染场地四周及下部进行围隔。对于围隔范围内的污染土,可以采用淋洗方法进行修复。以青岛汽轮机有限公司遗留的污染场地为例,利用Visual ModFlow模拟设计了对围隔场地污染淋洗修复的优化的注抽水井的布置及水力条件,通过对9组注抽井组合进行技术经济比较,得到最佳注抽井间距为27 m,最优注抽水量为200~300 m3,布置方式为"一注五抽",并与异位处置方案进行经济对比,表明7000 m3的污染土为2种方案的费用界限,即7000 m3以上的土方考虑淋洗修复,反之则异位处置。     

京津冀城市群二氧化碳排放达峰研究

基于IPCC排放因子方法建立了2015—2019年京津冀城市群地级城市CO₂排放清单,基于经济增长与CO₂排放关系的脱钩系数法,得到京津冀城市群13个地级以上城市的脱钩情况,结合历史CO₂排放和脱钩情况提出的京津冀城市群达峰判别方法,对京津冀城市群地级以上城市CO₂排放达峰情况进行了判断。结果表明:近5年来,保定、张家口、秦皇岛、邢台、沧州、廊坊、衡水7市碳排放量暂未达到峰值状态;北京、天津、石家庄、承德、邯郸、唐山6个城市已经处于CO₂排放达峰状态。建议已经具备达峰条件的城市抓紧开展达峰行动方案,制定CO₂排放达峰目标。     

北京市典型汽修企业VOCs排放特征与臭氧影响分析

对北京地区27家汽修企业进行调研,选取2家典型汽修企业进行气袋采样-GC-MS-FID采集及分析,定量分析其VOCs的排放特征,并计算其臭氧生成潜势（OFP）。结果表明:使用不同漆料的汽修企业排放特征不同,水性漆企业非甲烷总烃的排放浓度为0.62~36.49 mg/m3,油性漆企业的排放浓度为0~100.39 mg/m3;水性漆排放的VOCs以烷烃为主,占比高达57.16%,丙烷（39.65%）和甲苯（11.41%）是首要污染物;卤代烃（55.51%）是油性漆企业的主要VOCs排放物种,主要组分为1,2-二氯丙烷和1,2-二氯乙烷;水性漆企业的OFP值为144.78 mg/m3,油性漆企业的OFP值为664.43 mg/m3,大气反应活性最大的物种多为芳香烃,芳香烃对OFP的贡献率分别为52.18%和88.44%。     

长江中下游环境DNA宏条形码生物多样性检测技术初步研究

长江生物多样性在人为影响下面临严重威胁,物种监测是生物多样性保护的基础,为完善长江水生态监测体系,实现高效无损伤的物种监测,在长江中下游干流3个江段（新滩、安庆和芜湖）采集水样,建立长江水样环境DNA宏条形码物种检测体系并评估其有效性.结果表明:①长江中下游环境DNA宏条形码检测到32个物种,包括20种鱼类、1种水生哺乳动物（长江江豚）和11种陆生动物,其中鱼类物种包括鲤形目、鲇形目、鲈形目和鲱形目,其种数占鱼类总种数的比例分别为60%、25%、10%和5%.②长江中下游渔获物中资源量居首位的鲤形目在环境DNA调查中序列数最多,占鱼类总序列的96.2%,其次为鲱形目（占比为3.5%）,鲇形目和鲈形目占比较低,分别为0.2%和0.1%,4个类目序列相对丰度与渔获物种资源量组成差异较大.③环境DNA调查次数约占传统渔获物调查次数的几十至几百分之一,采样时间不足努力量最少的渔获物调查的1%,检测到的鱼类种数为传统调查总数的31%~49%.④安庆采样点位于长江中下游长江江豚密度最高的江段,其环境DNA检出率和序列相对丰度在3个采样点中均最高.研究显示:长江水样环境DNA包含水陆复合生态系统的生物多样性信息,利用水样环境DNA宏条形码可检测不同类群的水生和陆生物种;对于鱼类物种检测,环境DNA宏条形码比传统调查方法效率更高,可对传统调查结果进行补充;环境DNA宏条形码生物多样性检测主要受分子标记体系和核酸序列数据库限制,获取全面的物种多样性和资源量信息需要对检测分析方法进行进一步完善.      

重金属离子对肺表面活性物质单层膜的影响

为了探究重金属对肺表面活性物质（PS）膜的影响,利用Langmuir–Wilhelmy膜天平,研究了不同种类和浓度的重金属离子与PS单层膜的相互作用.发现Cr³⁺、Cu²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺6种重金属离子均使PS单层的π-A等温线G-LE相变阶段外扩,而Fe³⁺可诱导单层缩合.随后,选取Cd²⁺,Cu²⁺,Hg²⁺,Fe³⁺4种离子进一步探究了重金属浓度对PS单层膜表面活性的影响规律,进行了可压缩模量分析,并结合红外光谱（FTIR）和原子力显微镜（AFM）探究其作用机理,发现Cu²⁺,Fe³⁺和Hg²⁺均会以浓度依赖的方式与PS单层的极性头部发生络合作用,形成复合物,改变膜的稳定性;而Cd²⁺的影响明显弱于其他3种金属离子,但也能使得PS单层有序性增强.     

石灰对生物炭和腐殖酸阻控水稻Cd吸收的效应

采用田间试验,研究了石灰-生物炭和石灰-腐殖酸两种联合修复剂及其不同施用量对酸性土壤中稻米Cd含量、产量和品质的影响,并对不同处理修复效果进行综合评估.结果表明,两种联合修复剂能显著降低稻米Cd含量17.39%~45.96%,降低土壤有效Cd含量18.29%~29.88%,.生物炭、腐殖酸施用量分别为5000,6000kg/hm²时,稻米Cd的降低效果最佳.石灰-生物炭处理中,降低稻米Cd含量的主要因子为土壤pH和土壤有效Cd含量（P<0.05）,而石灰-腐殖酸处理则为土壤有机质含量与土壤有效Cd含量（P<0.05）.施加修复剂后稻米产量可达6637~7890kg/hm²,直链淀粉含量达到19.47%~27.26%;当腐殖酸施用量为7500kg/hm²时可使稻米产量提高10.97%,而石灰-生物炭处理对稻米产量无显著影响;采用层次分析法确定了稻米Cd含量、稻米产量、稻米品质和修复费用在修复效应评估中所占权重为0.608、0.150、0.102、0.140,综合评估结果显示土壤-水稻系统Cd阻控效应的联合修复技术为：在施用1200kg/hm²石灰的基础上同时施加6000kg/hm²腐殖酸.     

烟花爆竹燃放对大气污染物及PM2.5组分影响

为了解烟花爆竹燃放对保定市大气污染物和PM_2.5中水溶性离子及有机碳（OC）、元素碳（EC）浓度的影响,对保定市春节期间大气污染物和颗粒物组分的浓度特征进行了分析,并评估了烟花爆竹的贡献.结果表明： 2019年春节期间烟花爆竹集中燃放期PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO平均浓度比非集中燃放期分别增加了1.3、1.0、1.1、0.4、0.02倍;保定市春节期间禁燃措施施行后,除夕、初一2d污染物平均浓度、最高浓度和高浓度持续时间均明显下降,集中燃放期烟花爆竹燃放对PM_2.5、PM₁₀和SO₂浓度贡献量从50%左右（2018年、2017年）下降至30%左右（2019年）,其中SO₂贡献量下降幅度超过PM_2.5和PM₁₀;组分分析表明,接待中心站点（主城区）、涿州站点（区县建成区）烟花爆竹燃放期K⁺、Mg²⁺、Cl^-浓度在水溶性离子中的总占比分别为39.3%、51.1%,比非燃放期的占比显著上升;烟花爆竹燃放对PM_2.5中K⁺、Mg²⁺、Cl^-浓度贡献率在50%以上,其中对K⁺贡献占比高达89.0%,涿州站点SO₄^2-、K⁺、Mg²⁺、Cl^-的贡献量分别是接待中心站点的2.2、2.1、1.9、1.8倍,燃放期硫氧化率（SOR）、氮氧化率（NOR）相比于非燃放期均有一定程度的升高;集中燃放期OC、EC浓度较非集中燃放期分别升高了2.5、2.1倍,烟花爆竹燃放对OC影响大于EC.     

附着在不同微塑料表面的藻类结构与群落组成

选取水环境中常见的4种微塑料介质（聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET））和一种自然介质（鹅卵石）进行野外生物膜的培养,以探究不同类型介质表面附着的生物膜的表观结构和藻类群落组成的差异特征.结果表明,鹅卵石与微塑料介质上的生物膜的形貌结构及藻类含量与组成特性均存在一定差异：在微塑料介质表面附着的藻类叶绿素a浓度普遍低于自然介质.实验进一步发现,不同的微塑料类型同样会对生物膜藻类含量以及功能特性存在一定影响：PET片上附着的藻类叶绿素a浓度最高（613.7μg/L）,PP片上最低（492.5μg/L）;然而,PP片上藻类的光合作用最大量子产量最高（0.443）.以上结论说明微塑料会改变附着藻类的生长情况和初级生产力,进而可能影响生物膜在水体中的碳循环过程,对水体净化及污染治理产生一定影响.