杭州湾北岸上海段石化集中区臭氧重污染过程研究

为研究杭州湾O₃污染的形成机制,采用在线监测系统对杭州湾北岸上海段石化集中区O₃及其前体物开展了为期1个月(2019年5月)的同步连续观测.采用OZIPR(臭氧等值线研究)模型分析O₃生成的敏感性.在O₃重度污染期间,利用PMF(正定矩阵因子分解)模型对O₃前体物——VOCs进行源解析,采用臭氧生成潜势及气团老化分别估算了VOCs的反应活性和化学消耗.结果表明:①2019年5月杭州湾北岸上海段石化集中区O₃的IAQI(空气质量分指数)优良率仅为61.3%,ρ(O₃)第90%分位值为173.0 μg/m3.5月22日、23日发生重度O₃污染,O₃日最大8 h滑动平均值分别为(284.4±19.2)(282.0±14.2)μg/m3,分别超过GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值(160 μg/m3)的77.75%和76.25%.②O₃的生成受VOCs控制,降低VOCs的排放可在一定程度上降低O₃的生成,降低NO_x的排放反而会促进O₃的生成.③O₃重度污染期间,VOCs主要来自化工区排放(72.35%)和机动车尾气排放(27.65%).④O₃重度污染期间,烯烃、炔烃及芳香烃对O₃生成的贡献率之和在80.00%以上,其中丙烯、乙烯和甲苯的贡献率分别为29.97%、15.60%和14.16%;芳香烃及烯烃和炔烃是最主要的VOCs化学消耗物种,其中φ(丙烯)、φ(乙烯)和φ(1,2,4-三甲苯)的消耗量分别为13.57×10-9、4.93×10-9和3.55×10-9.研究显示,杭州湾北岸上海段5月O₃的生成受化工区影响显著,丙烯与乙烯是O₃重污染期间关键的O₃前体物.      

基于BP模型的土壤重金属对其生物毒性的贡献分析

通过BP神经网络模型对石油开采区土壤重金属的部分缺失试验数据进行补齐,并采用主成分分析法对石油开采区土壤中重金属进行源解析。结果表明,土壤中重金属的来源包括自然来源、农业来源、交通来源和燃煤来源。以不同来源重金属作为输入条件、土壤生物毒性作为输出条件构建不同来源重金属土壤发光菌生物毒性神经网络模型,模型验证结果表明,在0.05显著性水平下,25组验证样本模拟值和试验值之间的相关系数r为0.396,满足模型验证要求。结合相对灵敏度计算,获得不同来源重金属对土壤生物毒性的贡献率分别为自然来源26.68%、农业来源52.71%、交通来源4.67%、燃煤来源15.94%,即农业来源为石油开采区土壤中发光菌生物毒性的最主要来源。     

基于GIS的流域生态敏感性评价及其区划方法研究

在分析国内外流域生态研究状况的基础上,提出流域生态敏感性概念,针对流域内可能出现的各种生态问题及其敏感性,结合流域特点,建立流域生态敏感性评价指标体系,探讨运用GIS技术对流域生态敏感性进行综合评价的方法,提出流域生态敏感性区划。     

我国南方水稻产地镉环境质量类别划分技术

针对我国耕地质量类别划分技术及方法体系不完善的现状,提出应用物种敏感性分布法（SSD）基于不同保护率建立"优先保护类、安全利用类和严格管控类"的土壤镉划分阈值,并对其合理性和科学性验证.结果表明,我国南方水稻产地土壤pH、土壤有机质（SOM）和阳离子交换量（CEC）对水稻富集镉的影响均达到了极显著水平（P<0.01）,并由其构建的三因子生物有效性模型可解释水稻富集系数62.0%的变异;水稻对镉的SSD曲线表明,不同水稻品种对镉的敏感性差异明显,主要与其基因型相关;依据SSD曲线基于保护率为80%和5%推导出我国南方水稻产地"优先保护类和严格管控类"的土壤镉划分阈值分别为0.26 mg·kg^-1和1.67 mg·kg^-1,且当土壤镉≤0.26 mg·kg^-1时划分为优先保护类耕地,土壤镉≥1.67 mg·kg^-1时划分为严格管控类耕地,土壤镉介于0.26~1.67 mg·kg^-1时划分为安全利用类耕地,并通过134组独立数据验证其具有一定合理性和科学性.本研究表明应用SSD法对我国南方水稻产地镉环境质量类别划分时体现出较好的普适性、科学性和合理性,同时可为我国农用地土壤环境质量类别划分技术及方法体系的建设和完善奠定坚实的工作基础.     

水生生物对三唑磷的物种敏感度分布研究

针对水环境中日益严重的有机磷农药污染问题,选择广泛使用的三唑磷作为研究对象,利用其对水生生态系统中不同营养层次生物物种的半数效应浓度(median effective concentration, EC₅₀),建立了基于对数-逻辑斯蒂分布的水生生物物种敏感度分布(species sensitivity distribution, SSD)模型,并采用概率图和吻合度检验方法对该模型进行了检验和评价.结果表明,水生生物对三唑磷的 SSD 服从对数-逻辑斯蒂分布,其参数为 α=-0.4788±0.2381,β=0.7546±0.1078.基于该 SSD 模型,获得三唑磷的 5% 危害浓度(hazardous concentration for 5% of the species, HC₅)值为 1.992×10^-3 mg/L,并推导出三唑磷的最大浓度基准值(criteria maximum concentration, CMC)值为 9.96×10^-4 mg/L.对 HC₅、CMC 与单一物种的安全浓度的比较研究指出,基于 SSD 方法制定环境质量标准更为严格,也更接近于真实的生态环境.另外,根据渤海莱州湾海域中三唑磷的监测数据,预测了其对物种的潜在影响比例(potentially affected fraction, PAF)为 0.36%,对该水域生态环境的影响处于较低风险水平.     

镉的淡水水生生物水质基准研究

镉是一种有毒重金属,具有高毒性、难降解和易残留等特点,会对水生生物及水生态系统产生有害影响.为有效控制镉给水生生物带来的不利影响,亟需开展镉的水生生物基准研究,为水质标准的制订提供依据. 以我国淡水生态系统及其生物区系为保护对象,结合大量国内外文献报道的镉对我国淡水生物区系中代表物种的毒理学数据,运用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法等当前国际上广泛使用的基准推导方法,研究我国淡水中镉的基准值及其推导过程. 结果表明:评价因子法得出的基准值为单值,其值为0.15 μg/L;毒性百分数排序法得出的基准值包括基准最大浓度和基准连续浓度,二者分别为7.30和0.12 μg/L;物种敏感度分布法得出的基准值分为短期危险浓度和长期危险浓度,二者分别为32.50和0.46 μg/L. 比较了3种方法的优缺点,以及与国内外已有研究基准值之间的差异及形成原因,分析了影响镉的水生生物基准的关键因素.      

2006~2019年珠三角地区臭氧污染趋势

研究基于2006~2019年粤港澳珠江三角洲区域空气监测网络数据,利用Mann-Kendall检验法和Sen斜率法等统计方法计算了珠三角不同区域臭氧年际变化情况,并分析了变化的原因.结果表明：①2006~2019年珠三角平均臭氧浓度上升趋势显著（P<0.05）,平均增长速率为0.80 μg·（m³·a）^-1.2016年之后,臭氧平均增长速率为2.08 μg·（m³·a）^-1,臭氧浓度增速加快.②珠三角臭氧浓度变化趋势有明显的空间差异和季节差异.中部地区臭氧年均浓度增加趋势显著,外围区域臭氧增加趋势不显著;臭氧增加趋势主要集中在夏季,其他季节变化趋势不显著.③珠三角臭氧变化趋势是由前体物和气象条件共同造成的,特别与NO_x的浓度变化密切相关.2006~2019年珠三角中部区域NO₂浓度明显下降,滴定效应减弱导致臭氧浓度增加;边缘地区NO₂浓度变化较小,臭氧浓度未发生明显的改变.④随着前体物浓度的变化,珠三角臭氧生成敏感区的特征正在发生改变,VOCs控制区面积不断减少,协同控制区和NO_x控制区面积逐渐增加,区域臭氧污染防治需要加强对前体物的协同控制.     

岩溶地下河水化学对城镇化进程的时序响应

利用25年地下水观测与遥感解译数据研究地下河对城镇化进程的水化学时序响应,结果表明,随着城镇化的进行,地下河的矿化度逐渐上升;水化学类型时序演变从枯水期单一的HCO_3·SO_4-Ca·Mg型和丰水期HCO_3-Ca·Mg型向HCO_3·ClCa型、HCO_3·SO_4-Ca型、HCO_3-Ca和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型等多类型演化,快速城镇化时期水化学类型多变.受地表降水输入影响,地下河枯水期与丰水期[Mg2+]/[Ca2+]和[HCO_3~-]/[SO_4~(2-)](摩尔比)变化较大,城镇化前地下河水化学受水岩相互作用、农业活动和酸雨入渗共同影响,两者均值分别为0. 86和29. 34; 2001年城镇化后农业活动和酸雨输入贡献减少,丰水期城镇化输入(居民生活和工业排污)明显增加,两者出现突变特征,分别降低至0. 38与6. 01. 1990～1995、1996～2010和2011～2015年不同时期的主要地球化学敏感阳离子分别为Ca~(2+)及Mg~(2+)、Na~+和NH_4~+,阴离子则分别为HCO_3~-、HCO_3~-及SO_4~(2-)和Cl~-.地下河对城镇化进程的水化学响应具有明显的阶段性和时序性.     

高水生植物毒性污染物的初步筛选

针对目前普遍认为水生植物对污染物的敏感性比动物低的观点开展研究. 查阅和筛选了ECOTOX毒性数据库里的污染物水生生物毒性数据,对美国国家水质基准（2009）里的120项优先控制污染物的毒性数据进行了分析. 参考美国的水生生物基准技术指南的数据筛选原则,初步筛选出6种具有高植物毒性的污染物,分别为1,1,1-三氯乙烷、2,4-二氯苯酚、4-硝基苯酚、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二丁酯和N-亚硝基二甲胺. 结果表明,确实存在高植物毒性的污染物,对于这类污染物,水生植物比水生动物更为敏感. 然而,由于水生植物毒性试验远远少于动物毒性试验,并且资料的积累极为欠缺,因此,需要对水生植物毒性效应的研究和应用给予足够的重视.      

栅藻对金属离子的异质敏感性与其细胞周期的关系

研究同一种群中不同状态的藻细胞对毒物的应答对理解生物体敏感性以及毒物的致毒机理十分重要.应用流式细胞技术研究了栅藻对重金属元素(Cd²⁺和Ni²⁺)的敏感性.将同一种群的栅藻细胞按其体积大小(FSC参数)分为不同组分,在暴露于毒物后分析不同组分细胞的酯酶活性.结果显示随着细胞体积的增加,其对2种金属离子的抗性逐渐增强.在分析各组分细胞的DNA量时发现栅藻的细胞大小与其所处的细胞周期具有一定关系:随着体积的增大,栅藻细胞逐渐从G₁期进入G₂/M期,其中,G₂/M期的藻细胞对金属离子具有较强的抗性.进一步表明处于不同的细胞周期可能是决定同一种群中栅藻细胞对金属离子具有不同敏感性的重要原因.