基于PMF模型的某铅锌冶炼城市降尘重金属污染评价及来源解析

为探究典型铅锌冶炼城市大气降尘重金属的污染特征和来源解析,于2021年逐月采集河南省某市不同功能区共22个点位511份有效降尘样品,分析了样品中重金属含量和时空分布特征,利用地累积指数法和健康风险评价模型评估降尘重金属污染程度,并采用正定矩阵因子分解模型(PMF)定量解析重金属污染源.结果表明,全市降尘中ω(Pb)、ω(Cd)、ω(As)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Mn)、ω(Ni)和ω(Zn)的平均值为3 185.76、 78.18、 273.67、 149.50、 453.60、 810.37、 54.38和2 397.38 mg·kg^-1,均高于河南省土壤背景值.各重金属除Mn外均具有明显季节变化特征,其中铅锌冶炼工业区降尘中Pb、 Cd、 As和Cu含量显著高于其他功能区;Zn元素在居民混合区含量最高.地累积指数法结果显示Cd和Pb的污染最严重,其次为Zn、 Cu和As,均为严重-偏极度污染.非致癌风险最主要暴露途径是手-口摄食,各功能区以Pb和As对儿童造成的非致癌风险最大;Cr、 As、 Cd和Ni经呼吸途径对人体的致癌风险均低于安全阈值.PMF模型...     

不同大气CO2浓度升高处理对水稻秸秆在后茬冬小麦田中分解特性的影响

为研究大气CO₂浓度逐渐增加和稳定高浓度处理对水稻秸秆在后茬冬小麦田土壤中分解特性的影响,进行田间试验,设置3个浓度水平——背景大气CO₂浓度(CK)、每个生长季CO₂浓度比CK逐渐增加40 μmol/mol(T1)、每个生长季CO₂浓度均比CK高200 μmol/mol(T2),处于上述3个浓度水平下连续3个生长季的水稻秸秆处理编号分别用CK-OTC、T1-OTC、T2-OTC表示,第3个生长季T1-OTC的CO₂浓度为120 μmol/mol,3个生长季中前两个生长季处于开顶箱(OTC)外且第3个生长季处于OTC内的处理分别表示为CK、T1、T2.将不同处理下的水稻秸秆埋入麦田土壤中,于填埋后30、60、84、119、149 d测定剩余秸秆的质量以及总碳(TC)、总氮(TN)含量.结果表明:填埋后30 d不同处理下秸秆的分解率为33.2%~38.2%,至149 d填埋结束,不同处理下秸秆的分解率为57.3%~60.3%.填埋试验后期(填埋后84、119、149 d)的秸秆分解率与粗纤维含量之间存在显著(P < 0.05)或极显著(P < 0.01)相关关系.T1、T2处理下水稻秸秆在分解过程中的TC含量与CK无显著(P>0.05)差异,而OTC-T1处理下水稻秸秆在整个分解阶段的TC含量显著(P < 0.05)高于CK,且在填埋后60~119 d这一阶段T2处理下TC含量与OTC-CK处理之间存在边缘显著(0.05 < P < 0.10)差异.所有处理下的TC含量在填埋后比填埋前均明显降低,特别是对于TN含量而言,大部分处理下TN含量均随时间的线性增加程度达到极显著(P < 0.01)水平,C/N均在分解过程中随时间呈线性降低趋势(P < 0.05).研究显示,一个生长季尺度上CO₂浓度的升高会提高秸秆分解率,秸秆分解过程中TC分解速率比TN快,从而造成C/N下降.      

三峡库区城市富营养化河流凋落物的混合分解效应

以三峡库区重庆市主城段清水溪为典型的城市富营养化河流代表,选取河岸带3种常见凋落叶为分解对象,设计了7种凋落物组合（3个单种和4个混合物种）和3种孔径的分解袋（50μm、250μm和2mm）,开展原位实验,探讨混合凋落物的性状、功能多样性与底栖分解者类群及其交互作用对叶片质量损失和混合效应的影响.结果表明,仅有50%的处理表现为显著非加和效应（且均为负值）,这与凋落物的性状密切相关.随着混合凋落物功能离散度的增加,尤其组合中含高木质素等难分解物质的凋落物时,分解变慢.微生物在富营养化河流混合凋落物的分解中占主导作用,小型和大型底栖动物均抑制了混合凋落物的分解过程.在富营养化河流的修复过程中,需重视河流凋落物分解功能,注重调整河岸带植物的配置,以及提升底栖动物的生物多样性并恢复底栖动物在凋落物分解中的正面效应.     

基于U-D分解卡尔曼滤波地下水污染源溯源辨识

采用基于U-D分解的卡尔曼滤波与非线性规划优化模型相结合,溯源辨识出地下水污染源的个数、位置与释放强度.基于一个假想例子,建立地下水污染质数值模拟模型,运用灵敏度分析筛选出对模型影响较大的参数作为模型中的随机变量.然后,应用基于U-D分解的卡尔曼滤波辨识出污染源的个数与位置.在此基础上建立辨识污染源释放强度的优化模型,应用克里格插值法建立地下水污染质运移数值模拟模型的替代模型,代替模拟模型,作为约束条件嵌入优化模型中,运用遗传算法求解优化模型辨识出地下水污染源源强.结果表明：采用基于U-D分解的卡尔曼滤波方法能够保证滤波的稳定性,有效识别出污染源的个数和位置;非线性规划优化模型,可以辨识出污染源释放强度.在优化模型的求解过程中,应用克里格方法建立模拟模型的替代模型嵌入优化模型,能在保证一定精度的情况下,大幅度减少计算负荷和计算时间.     

中国大气汞排放变化的社会经济影响因素

基于投入产出模型,从生产和最终需求角度计算了1997~2017年中国大气汞排放量;并结合结构分解分析方法,定量分析了各种社会经济因素对大气汞排放变化的相对贡献.结果表明：生产端大气汞排放较多的行业主要是水泥、石灰和石膏制造业（135t）、有色金属冶炼及压延加工业（86t）等重工业;消费端对大气汞排放贡献较多的行业主要是建筑业（219t）、汽车制造业（16t）等.各种社会经济因素对不同排放源和不同行业的相对贡献存在差异.人均最终需求水平提高是大气汞排放增加的最大驱动因素,其中,有色金属冶炼及压延加工业,电力、热力的生产和供应业,水泥、石灰和石膏制造业是其推动排放增加的主要行业.排放强度降低是大气汞排放减少的最大驱动因素,对有色金属冶炼及压延加工业,电力、热力的生产和供应业,水泥、石灰和石膏制造业的减排贡献最大.生产结构、最终需求行业结构和最终需求类别结构变化导致大气汞排放略有增加,但1997~2017年间因这3种结构性因素变化而减少汞排放的排放源和行业数量增多.根据研究结果,本文从生产全过程管控、优化社会经济结构等角度提出相关政策建议.     

燃烧生成棕色碳的三维荧光光谱分析

模拟燃烧11 种常见物质(秸杆、木材、煤和生活垃圾等),并收集烟气中可溶于甲醇的有机产物,利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(EEMs)对收集的甲醇可溶性有机物(MSOM)进行表征.进一步,结合非负矩阵分解法(NMF)提取三维荧光光谱主要组分的特征激发/发射光谱,根据荧光信号轮廓差异对不同种类物质进行区分,旨在建立棕色碳溯源依据.结果显示,秸杆和木材燃烧源棕色碳在紫外-可见吸收光谱上呈现相似的谱形,均在265nm处存在肩峰;瓦楞纸板和塑料燃烧源棕色碳的吸收则随波长增加单一下降.由于基本组分相同,各生物质及纸板对应的棕色碳的EEM有着相似的轮廓,NMF解析结果表明,生物质和纸板的MSOM存在3种主要荧光组分,分别为两种类腐殖质C1、C2和类蛋白质C3;煤的EEM在长波处有较强的分布,可归因于芳香类基团,由其EEM分解出M1、M2和M3荧光团,三者位置均较生物质红移.根据荧光团位置以及光谱信号轮廓特征,可对生物质和煤进行区分;泡沫、塑料袋和塑料瓶属于有机高分子材料,其EEM与生物质有较大的差别,且三者之间也存在差异,泡沫和塑料袋的MSOM含有4种荧光成分,而从塑料瓶的MSOM中只可得到两种荧光团,特征明显.     

典型城市减污降碳协同控制潜力评价研究:以渭南市为例

我国已将应对气候变化全面融入国家经济社会发展的总战略,采取积极措施,有效控制重点工业行业温室气体排放,开展减污降碳协同研究对于城市实现大气环境质量改善与低碳转型发展具有重要意义. 本研究以国家大气污染防治重点区域——汾渭平原中渭南市为例,采用LMDI分解方法并运用LEAP模型,通过构建多种情景模拟分析污染减排、能源结构改善及产业结构调整等政策对渭南市未来能源消费、大气污染物减排潜力的影响,预测了该市碳达峰时间及峰值水平. 结果表明,能源结构改善、产业结构优化、交通运输调整具有显著的污染物与温室气体协同减排效果,而压减落后产能、工业炉窑改造、工业污染物排放标准升级等传统环境治理的潜力逐渐减小. 建议渭南市应积极推进产业结构优化升级、着力改善能源结构、加快推进交通运输结构优化,倒逼能源、产业、交通结构绿色低碳转型和生态环境质量协同改善,牵引经济社会发展全面绿色转型,实现减污降碳协同效应.      

蚯蚓、秸秆和柠檬酸对少花龙葵与翅果菊修复锌铅镉污染土壤的影响

外源物质调控和间作是提高重金属污染土壤植物修复效率的有效方法.采用盆栽试验研究蚯蚓、秸秆和柠檬酸对少花龙葵和翅果菊单作与间作修复Zn、 Pb和Cd复合污染土壤的影响.结果表明,蚯蚓对Zn、 Pb和Cd的富集系数(BCF)分别为0.07～0.13、0.10～0.26和5.64～15.52.土壤中添加秸秆能使蚯蚓生物量增加22.29%～223.87%、重金属含量下降8.15%～62.58%.蚯蚓对土壤重金属有效态含量的影响不大,但秸秆和柠檬酸对土壤重金属有效态含量分别表现为钝化和活化作用.蚯蚓对翅果菊的重金属含量影响不大,但会降低少花龙葵的重金属含量;秸秆对翅果菊重金属含量表现为抑制效应,但对少花龙葵Cd含量表现为促进效应;柠檬酸对少花龙葵重金属含量影响不大,但是会显著提高翅果菊的Pb含量.间作显著降低土壤重金属有效态含量,明显提高植物根的重金属含量,但对植物地上部重金属含量影响不大.植物对Zn、 Pb和Cd的总提取量主要表现为：翅果菊>间作>少花龙葵.添加蚯蚓可以使翅果菊Zn、 Pb和Cd总提取量分别提高12.49%、35.89%和29.01%;添加秸秆+蚯蚓可以使翅果菊Pb...     

基于APCS-MLR和PMF模型解析黄河下游文化公园土壤重金属污染特征及来源分析

选取黄河下游典型人类扰动区——黄河文化公园为研究区域,系统采集表层土壤样品,测定土壤中7种(Cr、 Ni、 Cu、 Zn、 Cd、 Pb和As)重金属含量,利用地累积指数研究公园土壤重金属污染特征,应用克里格空间插值法、绝对因子分析-多元线性回归模型(APCS-MLR)和正定矩阵因子分解(PMF)模型解析黄河文化公园土壤重金属的来源.结果表明,研究区表层土壤重金属(Cd、 Zn、 Cu、 Pb和As)含量平均值高于黄河下游潮土区土壤元素背景值,分别是背景值的4.62、 1.78、 1.41、 1.08和1.03倍.除Zn外,其他元素含量均低于黄河流域沿线不同区域土壤相应元素值.7种元素地累积指数递减趋势为：Cd>Zn>Cu>Ni>Pb>As=Cr,元素Cd属于偏中污染,在表层土壤中积累明显.空间分布特征及源解析结果显示,Cr、 Ni和Cu为自然源因子,主要受成土母质影响;Cd和Pb为交通源,Zn和As属于受少量人类活动和自然叠加影响的混合源.APCS-MLR的分析结果显示：自然源贡献率为46.67%,交通源贡献率为24.11%,混合源贡献率为16.12%,...     

紫色土N2O排放及氨氧化微生物群落结构对玉米秸秆与化肥减量配施的响应

以紫色土为研究对象,采用静态箱-气相色谱法,通过田间原位试验,设置了对照(CK)、常规施肥(F)、秸秆与全量化肥配施(100FS)、秸秆分别与化肥减量30%(70FS)、40%(60FS)、50%(50FS)处理,观测了玉米秸秆与化肥配施下的菜地土壤N2O排放动态变化特征,并利用克隆技术和实时荧光定量PCR技术,结合土壤理化性质和氨氧化微生物amoA功能基因丰度,分析了秸秆与化肥配施对土壤N2O排放及相关微生物的影响,以期为调控和减缓紫色土N2O排放提供理论依据.结果表明,玉米秸秆与化肥配施处理较F处理提高了土壤N2O排放量和试验期内的累积排放量,其中100FS处理的N2O排放量最高[57.59~6 238.02μg·(m2·h)-1],累积排放量高达60.76 kg·hm-2.与F处理相比,秸秆与化肥配施处理降低了土壤铵态氮和硝态氮含量,提高了土壤有机质含量,但对土壤总氮和pH值没有显著的影响.本试验条件下,土壤AOB amoA基因拷贝数比AOA高出1~2个数量级,其中F处理的AOA amoA基因拷贝数(50.9×103copies·g~(-1))明显高于其他处理,但AOB amoA基因拷贝数最低(1.36×105copies·g~(-1)).100FS处理降低了AOA和AOB amoA基因多样性指数和均匀度,同时也显著降低了AOA amoA基因拷贝数,但秸秆与化肥减量配施可以提高AOA和AOB amoA基因多样性,同时显著增加了AOB amoA基因拷贝数.土壤AOA优势菌群OTU1可能是硝化作用的主要驱动者,直接和间接地影响N2O排放.通过冗余(RDA)分析,土壤铵态氮、有机质和有效磷含量对AOA群落结构存在显著影响(P0.05,蒙特卡罗算法);土壤可溶性有机氮、总氮、速效钾以及有效磷含量显著影响AOB群落结构(P0.05,蒙特卡罗算法),其中AOB对不同环境因子的耐受性和生态位低于AOA.总体上,玉米秸秆配施60%~70%的化肥,在保证蔬菜产量的前提下,有效提高了AOA和AOB amoA基因多样性,在一定程度上减缓了土壤N2O排放.