中国环境基准研究重点方向探讨

环境基准是环境标准的科学依据,在国家环境质量评价和风险管理体系中处于基础地位。它主要是依据特定对象在环境介质中的暴露数据,以及与环境要素的剂量效应关系数据,通过科学判断得出的,涉及环境化学、毒理学、生态学、流行病学、生物学和风险评估等前沿学科领域。国家环境基准研究是一个长期的系统工程,本文基于环境基准研究的学科特点和国际前沿,结合国家科技需求和相关领域的研究现状,综合分析并提出了未来中国环境基准研究的重点研究方向:1)环境基准的理论与方法学;2)环境基准基础数据库;3)基准目标污染物的筛选甄别和优先排序技术;4)水体营养物基准;5)生物测试与毒性评价技术;6)人体暴露评价理论与相关技术;7)环境基准的审核和校对;8)环境基准与标准转化理论及其对环境管理支撑技术。本文从环境基准学科发展的角度,阐述了与环境基准研究紧密相关的8个重点研究方面的国内外研究进展、关键科学问题以及未来重点研究内容。同时指出,这些重要的研究方向是环境基准研究的根本,未来环境基准的长期战略发展必将是建立在各个重要方向长足发展的基础之上,环境基准研究也必带动这些方向的共同蓬勃发展,为环境地球化学、毒理学、生态学等学科领域发展注入活力。     

雌二醇短期暴露对非洲爪蟾性腺和输卵管形态及性二态基因表达影响的初步研究

环境雌激素对两栖动物的生殖内分泌干扰作用已引起关注,目前的研究主要集中在长期暴露对性腺分化和发育的影响。以雌二醇(E2,10 nmol·L-1)为模式化合物,以非洲爪蟾为实验动物,6月龄的幼蛙暴露6 d,研究雌激素对性腺和输卵管形态以及性二态性基因表达的影响。结果发现,6 d的E2暴露对精巢和卵巢的形态没有明显影响,但从组织学结构来看对卵和精子的发育有微弱的促进作用。E2能够明显地促进了雌性输卵管的发育,表现为输卵管变粗变弯曲。E2暴露显著抑制精巢和卵巢中性激素合成相关基因cyp11a1、3βHSD、Srd5α、ARO的表达,对cyp17的表达无影响,使脑中LHβ和FSHβ的表达下调;对性别分化和性腺发育相关基因Dax、AR、ERα、TFⅢA、TBPL2的表达均无影响,但能够促进卵巢中Sox3的表达;同时促进脑中Emi2的表达,抑制脑中Dmrt1的表达。因此,输卵管可作为敏感的形态指标,性腺中Srd5α、cyp11a1、3βHSD、ARO、Sox3和脑中LHβ、FSHβ、Dmrt1、Emi2可作为分子指标。以上结果可为后续建立评价化学品对两栖动物雌激素效应的短期试验方法提供参考。     

再生铜冶炼过程中重金属排放特征和控制

再生铜冶炼是重要的重金属排放源,为掌握再生铜冶炼过程中重金属的排放特征和控制效果,通过固定源等速采样装置采集不同冶炼阶段的烟气样品,利用电感耦合等离子体质谱仪测定烟气和飞灰中重金属的浓度,并估算重金属的排放因子.结果表明,在冷却阶段烟气中重金属和颗粒物的浓度较高,经过布袋除尘器和吸附塔等污染控制装置后,重金属和颗粒物被协同脱除,脱除效率达80%～99%.排放烟气中重金属的浓度在阳极炉不同工艺段中的排序为：加料熔融段>氧化段≈还原段,且As、 Pb、 Cr、 Sn、 Sb和Cd的平均排放因子分别为2.6×10³、2.4×10³、2.7×10³、5.6×10²、34.1和9.8 mg·t^-1,烟气中重金属和颗粒物的浓度均满足行业排放标准.飞灰中Cu和Zn的浓度较高,具有回收利用价值.     

复合污染条件下人为源VOCs的SOA生成研究进展

大气细颗粒物(PM_2.5)仍是我国空气质量持续改善的重大挑战.近年来,二次有机气溶胶(SOA)对PM_2.5的贡献日益凸显.因此,深入认识复合污染条件下SOA生成机制和影响因素可以为进一步降低PM_2.5提供重要理论依据.实验室模拟是深入认识SOA生成机制的关键途径,也是模式模拟参数化方案的可靠来源之一.主要综述了我国多污染物共存条件下典型人为源挥发性有机物(VOCs)的SOA生成研究进展,包括汽油蒸气VOCs、生物质燃烧VOCs和含氧VOCs形成SOA过程中,前体物浓度、芳香烃含量、无机气体、种子气溶胶和相对湿度(RH)等不同因素对SOA生成的影响;阐述了实际大气VOCs的SOA生成潜势及其影响因素,最后提出了目前在SOA机制研究方面存在的关键科学问题,并对未来的研究方向进行了展望.     

丹江口水库真核浮游植物群落分布特征及其与环境因子的关系

浮游植物是湖库生态系统物质循环和能量流动的主要参与者,了解其群落组成对保护水生生态系统平衡具有重要意义.2021年6月在南水北调中线工程水源地丹江口水库淅川库区设置7个采样点,分4层分别在0.5、5、10和20 m处共采取28个样品.采用高通量测序测定真核浮游植物群落结构,分析真核浮游植物群落在水平和垂向上的分布特征.采用冗余分析探讨了浮游植物主要类群与环境因子的关系.结果表明：①库区真核浮游植物共12门68属,物种为甲藻-硅藻-绿藻型结构.水平方向上浮游植物群落差异较大,各采样点垂直方向上浮游植物丰度和多样性存在较大差异.宋岗、土门和党子口浮游植物群落多样性和丰度随水深增加呈下降趋势,其他采样点的浮游植物群落与水深关系趋势不明显.②硝氮（NO₃^--N）、水深、溶解氧（DO）、pH和水温（WT）是影响库区浮游植物垂直分布的重要环境因子.环境因子对浮游植物门类影响各异,甲藻门与NO₃^--N和水深呈负相关,与其他环境因子呈正相关;硅藻门与NO₃^--N和水深呈正相关,与其他环境因子呈负相关;绿藻门与WT、pH和DO呈负相关,与水深无明显相关性.     

白洋淀不同类型水体表层沉积物重金属的赋存形态及风险

选取白洋淀中水道、沟壕、淀面和鱼塘这4种水体类型,采用改进的BCR提取法分析沉积物中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的形态特征,运用潜在生态风险指数、次生相与原生相（RSP）和风险评估编码（RAC）等方法对白洋淀沉积物重金属含量进行系统性的污染评估和生态风险评价.结果表明：①沉积物中重金属ω（Cd）、ω（Cu）和ω（Zn）均值分别为0.37、28.49和83.08 mg·kg^-1,分别有94.91%、73.91%和46.39%的点位超过土壤背景值.② Cd以非残渣态（F1+F2+F3）为主,质量分数范围为54%~97%,Cr以残渣态（F4）为主,质量分数为87%~99%.Cu、Ni、Pb和Zn主要以残渣态存在,但在非残渣态中Cu和Ni以可氧化态（F3）为主,Pb和Zn以可还原态（F2）为主.③基于RAC评价结果：Cd在水道、沟壕、开阔淀面和鱼塘分别有68.97%、39.89%、54.84%和49.78%的点位存在风险,而Cu、Ni和Pb等重金属风险较低.总体而言,白洋淀重金属总体污染水平较低,但在南刘庄片区的府河和白沟引河入河口等部分水道区域Cd存在生态风险和较高的生物可迁移性.     

pH值对纳米零价铁吸附降解2,4-二氯苯酚的影响

在不同pH条件下,对纳米铁(颗粒粒径为30～40 nm)及其降解2,4-二氯苯酚反应体系进行取样,并进行透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜-能谱联用(SEM-EDX)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等形貌观测与分析表征,以考察pH值在纳米零价铁降解氯酚反应过程中的影响和作用.结果表明,在降解2,4-二氯苯酚的过程中纳米铁由分散的颗粒逐渐团聚,其表面逐渐氧化,并最终被呈针状结晶的碱式氧化亚铁(FeOOH)覆盖,从而阻碍了降解反应的进一步进行.在酸性体系中,纳米零价铁的氧化和团聚现象有所缓解,尽管会造成一部分铁量的损失,但反应产生大量的亚铁离子参与并促进了脱氯降解反应的进行,反应过程中溶液pH值有逐渐升高的趋势.不同pH条件下,纳米铁对氯酚的去除率随pH值的降低而升高,酸性条件有利于提高氯酚的还原降解速率,当pH=3时,24 h内氯酚的去除率可达到90%以上.     

城市环境中自然通风研究进展

城市环境中自然通风源于城市热压梯度及城市风压梯度的综合作用。城市环境中自然通风影响着城市"五岛"效应(城市热岛、湿岛、干岛、浑浊岛及雨岛),城市大气的自净能力和城市居民的身体健康,也是研究快速城市化地区广义城市风环境(风场、温度场、湿度场)的参考因子。为了全面理解国内外针对城市环境中自然通风的研究进展,从城市环境中自然通风的监测、模拟及应用三个方面对目前国内外针对城市环境中自然通风的研究现状进行了综述,最后结合环境物联网、无线传感技术等目前在城市环境中自然通风研究的相关技术及应用领域的新进展,对城市环境中自然通风的后续研究热点和关键问题进行了展望,为城市环境中自然通风的相关技术及应用问题的后续研究提供了基础研究素材。     

塘-湿地系统中芦苇对再生水氮磷吸收能力研究

以天津市空港经济区塘-湿地组合处理系统为对象,研究了再生水补给条件下芦苇各组分氮(N)、磷(P)的吸收能力。研究发现:在一个生长周期内,芦苇不同组分(穗、叶、茎、根)N、P的质量分数为(1.17±0.82)%和(0.067±0.057)%,存在穗>叶>根>茎的特点。芦苇各组分N、P的质量分数随生境类型而变化,其中N的质量分数范围介于0.22%~2.34%,P介于0.012%~0.23%。再生水补给条件下系统地上生物量为(119.37±62.25)kg/m2,明显高于周边河道自然生长的芦苇((19.08±5.73)kg/m2),表明再生水的补给能有效提高芦苇的初级生产力,且地上部分对N、P的累积能力高于地下部分,分别为4.10和5.20倍。     

生物阳极及其反转为生物阴极降解氯霉素

为了探讨生物阳极能否降解氯霉素以及生物阳极反转为生物阴极后能否替代生物阴极,通过驯化生物阳极降解氯霉素和生物阳极反转为生物阴极的实验,表明生物阳极经过长期氯霉素浓度梯度增加(5~80 mg·L-1)的驯化,具有较好产电能力的同时,对氯霉素也具有一定的降解能力(k=0.098 5).生物阳极反转为生物阴极后并将电位恒定在-0.40 V vs.SHE时,该生物阴极相对于反转前生物阳极的电位(-0.20 V vs.SHE)有了明显的降低,导致微生物活性受到一定的影响,但阴极生物膜仍具有较强的催化降解氯霉素的能力,其还原降解速率常数k为0.264 3,明显高于非生物阴极对照(k=0.160 9).生物阳极反转生物阴极的模式不仅实现了氯霉素的硝基还原,而且发生了芳香胺产物侧链的完全脱氯和羰基还原反应.