山美水库表层沉积物黑碳分布特征及其对磷形态的影响

对亚热带水库福建山美水库表层沉积物黑碳的时空分布特征及其对不同形态磷的影响进行了研究.结果表明,山美水库表层沉积物黑碳(BC)含量为2.44~5.28g/kg,与国外研究水库水平相当,显著高于国内外海岸带沉积物黑碳水平.黑碳整体分布特征为:丰水期>枯水期, 入库区>库尾>近坝区>库中.沉积物中黑碳与总有机碳呈现显著的正相关性,与沉积物粒径分布无明显相关关系.黑碳与有机碳比值平均为24.95%,表明黑碳来源复杂,是陆源生物质燃烧和化石燃料燃烧的共同结果.黑碳与有机磷和铁铝结合态磷这两种易释放磷之间显著相关,其对有机磷和铁铝结合态磷具有一定的吸附固定作用,这种吸附作用可能对沉积物内源磷释放具有一定的抑制效应.     

黑碳对沉积物中疏水性有机污染物的锁定作用与微生物降解的影响研究进展

黑碳是含碳物质不充分燃烧而产生的一种高度芳香化结构无定型碳质,是沉积物有机质中重要的组成部分.黑碳通过表面吸附或微孔束缚作用将疏水性有机污染物(HOCs)锁定在沉积物中,其超强的吸附性能导致对HOCs的解吸量减少、解吸速率减慢,进而在短期内降低其生物有效性和短期生物毒性,大量学者开展了较低HOCs浓度下短期降解实验,得出了黑碳抑制HOCs降解的结论.但长期来看,黑碳一方面会通过抑制生物有效性削弱微生物降解等HOCs的自然衰减速率,另一方面也会通过促进微生物生长提高降解率.因此推测,黑碳对HOCs微生物降解的影响可能与HOCs的类型与浓度相关,在较高HOCs浓度下,黑碳可能会通过降低急性毒性,促进微生物生长和生物膜形成来加速HOCs的降解.本文综述了黑碳对HOCs吸附/解吸和微生物降解的研究进展,从黑碳对HOCs的吸附机理和吸附模型,对解吸动力学、微生物生长以及生物有效性影响等方面进行讨论,指出了黑碳对环境中HOCs迁移转化与归趋的影响,并对黑碳的应用前景及研究趋势进行了展望.     

Effect of dissolved organic matter on sorption and desorption of phenanthrene onto black carbon

Sorption and desorption of phenanthrene （PHE） onto black carbon （BC） extracted from sediments were studied in the presence of three types of dissolved organic matter （DOM）, including L-phenylalanine （L-PH）, peptone and citric acid. The nonlinearity of the sorption isotherms increased in the presence of DOM. The presence of L-PH reduced the sorption capacity and desorption hysteresis because of the solubilization of PHE in L-PH solution. Peptone at 50-500 mg/L also led to a decrease in sorption attributed to solubilization, although the sorbed peptone on the BC surface could slightly increase PHE sorption. Unlike L-PH and peptone, citric acid enhanced the sorption capacity and irreversibility of PHE on BC mainly due to the strong sorption of citric acid on the BC surface. Our results may help to understand the different impacts of DOM on the distribution and transport of PAH in the environment.     

北京市黑碳气溶胶浓度特征及其主要影响因素

为探究北京市黑碳(black carbon,BC)气溶胶时空分布特征及其主要影响因素,对4个站点2019年的ρ(BC)、ρ(PM2.5)、ρ(CO)和φ(NOx)及同期气象因子进行比对分析.结果表明,背景区(BA)、城区(UA)、城区路边(UR)和外环路边(HR)的平均 ρ(BC)分别为(1.58±1.15)、(2.27±1.67)、(3.35±2.13)和(3.57±2.40)μg·m-3,o(BC/PM2.5)分别为(5.3±1.6)％、(6.0±2.3)％、(9.0±3.6)％和(8.1±3.5)％;除 UR 站点 ρ(CO)高于 HR 站点以外,4个站点的ρ(BC)、ρ(PM2.5)、ρ(CO)和ψ(NOx)由低到高排序均为:背景区＜城区＜城区路边＜外环路边,且采暖季是非采暖季的1.1～1.7倍;用最大频率法估算各站本底ρ(BC),UR站点最高,BA站点最低,分别为0.56 μg·m-3和0.19 μg·m-3;交通排放导致路边站点本底ρ(BC)、平均ρ(BC)和ω(BC/PM2.5)均高于其他站点.ρ(BC)日变化曲线呈双峰型结构,非采暖季早高峰时段(07:00～08:00)峰值较高,采暖季全天浓度高于非采暖季且凌晨时段(00:00～02:00)峰值较高,谷值均在午后(14:00～16:00)出现.4个站点的平均吸收埃斯特朗指数(AAE)为1.38、1.34、1.26和1.26,表明全市BC主要来自化石燃料燃烧;采暖季平均AAE为1.46,高于非采暖季的1.23,主要是由于采暖季生物质燃烧排放占比增加;非采暖季各站点AAE日变化曲线主要受机动车活动时间影响,一致呈凌晨低、午后高的分布特点,采暖季曲线各异.BC与PM2 5、CO、NOx、风速和相对湿度的Pearson相关系数(r)为0.86、0.81、0.69、-0.37和0.34;由于燃煤源作为4种污染物的共同来源贡献增加,采暖季较非采暖季| r |更高.4个站点的△BC/△CO值分别为3.1×10-3、3.5×10-3、3.9×10-3和4.1×10-3.一次污染过程中,城区站点BC以区域传输为主要来源,路边站点局地排放BC积累过程较明显,易发生颗粒物二次生成过程.     

青藏高原东缘黑碳气溶胶变化特征及其来源

黑碳(BC)作为最重要的吸收性气溶胶,可影响青藏高原地区的辐射、云和地表积雪等,进而影响全球季风环流及降水.本研究于2017年7月5日至9月5日在青藏高原东缘理塘县使用黑碳仪AE-33测量了BC浓度数据,结合黑碳仪模型、PSCF和CWT潜在来源模型,分析了BC的污染特征、潜在来源及其影响区域.结果表明,理塘ρ(BC)为0.4～4 699.8 ng·m^-3,平均值为816.4ng·m^-3,占PM_2.5的质量分数为5.96%.理塘ρ(BC_液态燃料)和ρ(BC_固态燃料)的平均值分别为486.1ng·m^-3和398.5ng·m^-3,BC_液态燃料的贡献率C为0.51.ρ(BC)主要分布在0～2 000 ng·m^-3,可占总观测期间的92.5%. BC、BC_液态燃料和BC_固态燃料的日变化为双峰型分布,峰值分别出现在08:00和20:00,早高峰主要与交通源和含...     

石家庄南郊黑碳气溶胶污染特征与来源分析

利用十波段黑碳仪实时监测石家庄南郊2018年9月—2019年7月大气中黑碳（Black Carbon，BC）质量浓度，并与同期CO、NO₂、SO₂质量浓度进行相关性分析，结合后向轨迹模型研究了该地区的BC质量浓度变化特征及潜在来源.结果表明，观测期间BC平均质量浓度为（4.35±3.59）μg·m^-3，最大频数浓度法估算的BC本底质量浓度为1.0 μg·m^-3，不同季节BC平均质量浓度变化趋势为：冬季>秋季>春季>夏季.BC质量浓度日变化具有双峰特征，高峰时段为6：00—9：00和19：00—22：00.BC气溶胶ngström指数α的分析及BC与CO、NO₂、SO₂相关性分析表明，以化石燃料为能源的工业源和交通源对石家庄南郊BC的贡献占主导地位.后向轨迹分析表明，石家庄南郊各季节BC主要受东向、东南向河北省内气团（占比35.46%~48.40%）和西向、西北向途经内蒙古、陕西北部、山西中部气团（占比15.60%~23.19%）的影响.浓度权重轨迹分析表明，BC潜在源区主要集中在河北南部、山西中部和河南北部.     

稻田耕层土壤黑碳分布特征及影响因素

为探究我国稻田土壤黑碳含量分布特征及其影响因素,本研究采用苯多羧酸法(Benzene polycarboxylic acid,BPCA)对稻田耕层土壤黑碳(Black carbon,BC)含量及稳定性进行测定与分析,以完善国内农田土壤黑碳研究,并为农业可持续发展提供理论依据.结果表明:(1)黑碳含量为(0.70±0.08)~(4.57±1.63)g·kg-1,平均值为(1.63±0.18)g·kg-1;黑碳储量为(1.55±0.18)~(6.18±2.39)t·h m-2,平均值为(2.71±0.27)t·hm-2.(2)黑碳含量排序:西南区东北区华南区华东区华北区西北区,黑碳储量排序:西南区东北区华北区华南区华东区西北区.(3)在苯多羧酸含量特征方面,西南区表现为苯四甲酸(∑tetracarboxylic acids,B4CAs)苯六甲酸(mellitic acid,B6CA)苯五甲酸(benzenepentacarboxylic acid,B5CA)苯三甲酸(∑tricarboxylic acids,B3CAs),华北区表现为B6CAB4CAsB5CAB3CAs,其它耕作区表现为B6CAB5CAB4CAsB3CAs.B5CA/B6CA、B6CA/B4CAs分别为(0.73±0.06)~(0.98±0.18)、(1.07±0.14)~(1.38±0.10),平均值分别为(0.92±0.02)、(1.23±0.03).研究发现,稻田土壤黑碳分布特征是人为因素、黑碳结构特性及环境因素等综合作用的结果.土壤黑碳主要来自稻田作物燃烧,并且黑碳含量与pH及容重间的相关性不显著,而与土壤有机碳、黏粒呈显著正相关.     

北京秋冬季有机碳和元素碳(黑碳)测试结果的细节研究

长期以来,对碳气溶胶的定量研究主要关注OC（有机碳）、EC（元素碳）或BC（黑碳）的整体测定结果,很少有对测定结果细节特征的深入解读.为全面掌握和利用仪器分析结果包含的科学信息,使用热光法IMPROVE_A协议（model 2001A）测定了2015年10月（秋季）和2016年1月（冬季）北京市PM_2.5中的ρ（OC）和ρ（EC）,使用光学法（黑碳仪AE31）测定了相应的ρ（BC）.结果表明:① ρ（OC）和ρ（EC）的秋季平均值分别为8.59、3.89 μg/m3,冬季分别为16.45和6.19 μg/m3,冬季明显高于秋季;② 热光法测定结果显示,秋季样品中ρ（OC₁）/ρ（OC）的平均值为0.08±0.04,而冬季则升至0.22±0.05,这可能与冬季较高的挥发性有机物（VOCs）排放及低温带来的冷凝效应有关;③ 七波长黑碳仪测定结果显示,在秋季,紫外波段（370 nm）测定的BC当量[ρ（BC370）]与红外波段（880 nm）测定的BC标准量[ρ（BC880）]的比值[ρ（BC370）/ρ（BC880）]为1.05±0.11,说明棕色碳（BrC）的吸光影响非常弱,而冬季该比值升至1.47±0.11,升幅达40%;④ 结合两种方法对强吸光碳的测定结果,发现ρ（BC）/ρ（EC）与ρ（PM_2.5）的变化趋势一致,证明污染程度加重会带来EC内混合比例上升,因而提高其吸光能力,使黑碳仪测得的ρ（BC）上升.然而,进一步考察表明,这种上升是有限度的,当ρ（PM_2.5）达到50~70 μg/m3时,ρ（BC）/ρ（EC）进入"平台状态",秋季"平台值"约为1.05,冬季约为0.55.研究显示,仪器的测定结果包含大量被忽略的信息,对其细节的深入解读有利于更好地了解碳气溶胶的综合特征.      

大气气溶胶性质及其卫星遥感反演

论述了大气气溶胶的物理性质(含微物理性质)、化学性质及光学性质,特别是黑碳气溶胶的物理、化学和光学性质及其对气候强迫作用和对人居环境的影响,同时对光化学形成的二次气溶胶进行了简要介绍.指出一般气溶胶具有负气候强迫效应,而黑碳气溶胶具有较强的正气候强迫效应.在分析影响气溶胶性质的各种因素时发现,气溶胶性质除受外在环境因素影响外,也受内在的自身因素的相互影响.对卫星遥感气溶胶的原理及其在卫星遥感反演中气溶胶多种性质间复杂的相互关系进行了论述,并针对未来气溶胶的研究提出建议.      

土壤生态系统中黑碳研究的几个关键问题

因人类活动的影响,全球大气C02浓度自1750年以来呈现逐步上升的趋势。农业生产活动与气候变化紧密相关,因土地利用方式的改变以及高度集约化的粮食、食物生产等农业活动都有可能增加CO2等温室气体的排放。如何遏制和减少大气中的CO2浓度是当前的热点问题,黑碳这一物质形式有可能为这一问题的缓解或解决提供新途径。生物质黑碳是生物质材料在低氧或无氧状态下经热裂解而形成的一种富含碳元素的有机连续体,其中碳（C）元素的含量高达70％-80％,并且大多以稳定的芳香环形式而存在。人类生存环境中所形成黑碳的80％以上最终都要归于土壤,且由于其较强的抗分解能力而长期滞留于土壤环境中。利用黑碳的这些特性及其碳封存能力,实施积极而有效的土壤管理措施,有可能增加土壤生态系统中的碳储存,从而为人类社会应对全球气候变化提供新的机遇。在文献资料调研的基础上,描述了土壤中黑碳的来源及其增加土壤碳储存、减缓陆地生态系统碳循环的潜力;阐释了量化土壤中黑碳的重要性以及精确测定土壤黑碳含量的关键所在;揭示了黑碳在土壤环境中的稳定性,探讨了外源黑碳与土壤本体有机碳的相互作用关系,并分析了黑碳对土壤温室气体排放的影响及其不确定性。揭示这些问题有助于客观评价黑碳能否作为一个有效的土壤有机碳库,也益于明确黑碳在全球碳循环以及中国农业减排过程中的作用与地位。