夏秋季宁波市气态元素汞(GEM)污染特征及潜在源区贡献分析

气态元素汞(gaseous elemental mercury,GEM)是普遍存在于大气中的对生物体有害的重金属元素其化学性质稳定,在大气中停留时间长,可随气团长距离输送属于全球性污染物.本研究于2017年夏秋季对宁波市大气GEM、常规污染物和气象参数进行综合观测,研究沿海地区GEM受人为源和自然源共同作用下的迁移转化规律及潜在源贡献来源.结果表明:①观测期间大气GEM的平均质量浓度为(2.32±0.90) ng·m~(-3),变化范围为0.97～10.95 ng·m~(-3),且夏季低于秋季.②GEM、O_3和GOM在夏季、秋季、晴天和阴雨天的日内浓度变化表明,高浓度的O_3和强烈的光照可加速GEM发生光化学反应,GEM在晴天的光化学氧化强度高于阴雨天.③相关性分析表明,GEM与PM_(2.5)(R=0.65,P0.01)、PM_(10)(R=0.47,P0.01)、NO_2(R=0.46,P0.01)和CO(R=0.57,P0.01)呈显著正相关关系,其来源与化石燃料等物质燃烧有关.④O_3等光化学氧化剂的浓度、GEM在颗粒物上的气粒分配及PM_(2.5)、水汽和NO_2的消光效应,可对GEM光化学氧化速率产生重要影响.⑤潜在源贡献分析(potential source contribution function analysis,PSCF)结果表明夏季浙江省北部(包含宁波市)、西北部,安徽省南部和江西省大部分地区构成一个三角形区域是NBUEORS大气GEM的潜在源贡献区域,且本地源、区域源和长距离源输送对GEM污染均具有重要影响.秋季的潜在源贡献区域主要为浙江省北部区域,范围小于夏季.GEM主要来自本地源和区域源输送影响.因此,针对大气GEM污染的控制,需要跨省的区域联防联控,综合治理,方可有效减轻大气汞的污染.     

基于PMF模型的九龙江流域农田土壤重金属来源解析

选取九龙江流域农田土壤为研究对象,运用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和原子荧光光谱(AFS)测定了土壤中重金属含量,通过正定矩阵因子分析模型(PMF)解析农田土壤中重金属的主要来源.结果表明,研究区域农田土壤中大部分金属相对福建省土壤环境背景值已存在一定程度的富集,部分土壤中Cd、Zn、Pb和Cu含量超过农用地土壤污染风险筛选值(GB15618-2018),且各金属在研究区不同区域(北溪流域、西溪流域和河口区)分布存在中等变异.Cr、Ni、Cu、Zn和Cd的含量在北溪流域的龙岩区域较高,Pb的含量在西溪流域较高,而Co、Hg和As的含量在河口区域较高.正定矩阵因子分析模型(PMF)得出的源成分谱和源贡献率具有非负性质,土壤中重金属实测值与模型预测值拟合曲线呈现较好相关性,结果相对合理,能满足研究需要.正定矩阵因子分析模型(PMF)解析得出:研究区农田土壤中重金属主要来源有自然源、农业活动、燃煤释放和工业活动,其对农田土壤中重金属的综合贡献率分别为37. 0%、26. 7%、17. 6%和18. 7%.     

长江源多年冻土区地下水氢氧稳定同位素特征及其影响因素

基于长江源区冬克玛底流域2017年6～9月采集的84个地下水样品,分析了地下水稳定同位素特征及其影响因素,讨论了地下水的补给来源.结果表明,研究区多年冻土区地下水δ~(18)O的变化范围为-15. 3‰～-12. 5‰,平均值为-14. 0‰;δD的变化范围为-108. 9‰～-91. 7‰,平均值为-100. 2‰,与当地大气降水相比,地下水较为富集重同位素;地下水线(LG)的斜率和截距均低于全球和局地大气降水线(GMWL和LMWL),表明地下水在接受降水的补给后经历了不同程度的蒸发作用;地下水氘盈余(d-excess)变化范围为4. 9‰～25. 0‰,平均值为11. 6‰,低于大气降水平均氘盈余值;地下水同位素与降水量存在显著的负相关关系,表明大气降水对地下水具有重要的补给作用;不同时期影响地下水同位素的组成和变化因素有所不同,在冻土的冻融前期(气温上升阶段),由于冻土活动层较薄,地下水受气温影响显著.虽然后期气温降低,但冻土活动层厚度依然在增加,此时地下水在土壤中滞留的时间的增加是地下水同位素富集的一个重要因素.结合流域的地形特点、地下水同位素特征及其影响因素,推断降水是地下水的主要补给来源.研究结果能够为长江源多年冻土区的水循环过程提供科学依据.     

乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素特征及水汽来源对比

为了揭示季风边缘区降水中稳定同位素特征及水汽来源,利用2016年10月至2017年10月采集的97个降水样品,采用相关分析和HYSPLIT模型,对乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素的特征、大气水线方程、温度和降水量效应、水汽来源进行了对比分析.结果表明,南坡大气降水线的斜率与截距低于全球大气水线(GMWL)和北坡大气降水线;南、北坡的同位素温度效应和季节效应明显,但北坡的温度效应比南坡更为明显;除北坡夏季和南坡降水量小于5 mm时降水稳定同位素表现出微弱的降水量效应,南、北坡其它季节或其它降水量级均无明显的降水量效应;来自西北和北方的水汽占90%以上,北坡受季风水汽影响极少,南坡夏季会受到东南季风影响,局地水汽再循环对乌鞘岭南、北坡水汽也有贡献.本研究可提高对高寒山区降水同位素演化的认知,为寒旱区同位素水文学的进一步研究奠定基础.     

黑炭气溶胶质谱仪(SP-AMS)分析春季PM2.5中水溶性有机气溶胶

为探讨常州春季大气细颗粒物(PM_(2.5))的化学组成及污染特征,于2017年3月1日～5月30日采集了84个有效样品,对其水溶性离子(WSIIs)、碳质组分(OC和EC)等常规组分进行了测定和分析,并采用黑炭-气溶胶质谱仪(SP-AMS)对水溶性有机气溶胶(WSOA)进行了分析.结果表明,采样期间PM_(2.5)的日均质量浓度为101. 97μg·m~(-3),超标(环境空气质量标准二级标准)率达73. 8%,以轻度、中度和重度污染为主,分别占总天数的39. 3%、21. 4%和13. 1%. WSIIs约占PM_(2.5)的39. 86%,其中二次离子(SO_4~(2-)、NH_4~+和NO_3~-)占WSIIs的81. 85%,阴阳离子电荷平衡的线性拟合直线的斜率(AE/CE)大于1(1. 09),表明PM_(2.5)偏弱酸性. OC/EC比值为2. 53,说明受二次转化的影响. SP-AMS分析WSOA组分包含C_xH_y+(32. 1%)、C_xH_yO+(30. 4%)、C_xH_yO_~(2+)(25. 4%)和H_yO~+(4. 7%),其平均氧碳比(O/C)、氢碳比(H/C)、氮碳比(N/C)和有机质-有机碳比(OM/OC)分别为0. 72、1. 53、0. 04和2. 15,高的O/C表明春季光化学反应导致的二次转化贡献较大.正定矩阵因子分析模型(PMF)对WSOA的质谱进行解析得到:类烃OA(HOA)、半挥发氧化性-生物质燃烧排放OA(SVOOA-BBOA)和低挥发性氧化性OA(LVOOA) 3种有机气溶胶,分别占WSOA总量的18. 4%、34. 1%和47. 4%.     

基于PMF模型的PM2.5中金属元素污染及来源的区域特征分析

金属元素是大气PM_2.5的重要组成成分,对人群危害性极强且兼具源特异性,分析不同经济模式地区大气细颗粒物中金属污染状况及来源差异,可以为科学规划城市产业布局和保护大气环境提供参考.通过霾/非霾期大气PM_2.5采样,使用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定成都市及仁寿县样品中18种金属元素质量浓度,分析其污染水平,并基于正定矩阵因子分解模型（PMF）解析两地大气PM_2.5中金属元素的来源.结果表明,成都市扬尘源、移动源和燃煤源特征元素占元素总和的比值大于仁寿县,而仁寿县生物质燃烧源、工业源以及燃油源特征元素占比则较高.两地Cr、Cd和As元素浓度均超标,表明PM_2.5中重金属污染严重.随着霾污染加剧,两地PM_2.5中金属元素总量上升,但增幅远低于PM_2.5浓度增长.此外,不同元素在霾期和非霾期浓度比值存在差异,成都市变化范围为0.7（Al）~2.8（Ba）,仁寿县介于0.8（Al）~3.1（Mn）之间,但总的来说两地大致呈现出燃煤和工业活动排放元素增幅较大,机动车污染源次之,扬尘源增幅较缓的状况.受地区产业布局、经济规模和发展模式的影响,大气PM_2.5中金属元素污染水平及来源呈现出不同的区域特征.在重点发展第三产业的大型城市,如成都,更易遭受交通运输和城市建设等带来的大气污染,而在仁寿等第二产业占比不断增加的郊县,其污染主要受化石燃料燃烧和工业过程排放的影响.     

西安市降雪中DOM荧光特性和来源分析

利用三维荧光光谱、平行因子分析模型和后向轨迹模型等,分析西安市降雪中溶解性有机物(DOM)的荧光特性和来源,研究结果可为大气有机污染物的化学组成和来源分析提供数据基础.结果表明,降雪DOM的DOC含量为0. 88～10. 92mg·L~(-1),主要含有类腐殖质、类富里酸、类色氨酸和类酪氨酸,它们荧光强度及其总和与DOC和UV_(254)呈显著正相关(P 0. 01).降雪过程中DOM的荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)值分别为1. 50～1. 75、0. 87～1. 25和1. 11～1. 97,且FI与BIX和HIX分别呈正相关和负相关(P 0. 05).降雪期间气团传输轨迹包括:本地源、起始于新疆(途经甘肃、宁夏)的长距离传输、起始于内蒙古(途经宁夏)和山东(途经河南)的中距离传输,分别占总量的38. 78%、24. 04%、19. 87%和17. 31%.结果也表明,可利用代表类腐殖质、类富里酸、类色氨酸和类酪氨酸荧光峰的荧光强度与其总和表征降水中DOM的含量或相对含量,降雪中DOM兼具生物源和陆源,属于自生来源且有机质为新近产生或具有较强自源特征,本地源对降雪DOM的来源贡献最为显著.     

南京北郊PM2.5中有机组分的吸光性质及来源

对南京北郊2018年9月~2019年9月PM_2.5中有机组分的吸光性质进行了研究,并利用PM_2.5化学组成及主成分分析法分析该地区吸光性有机碳（棕碳,brown carbon,BrC）的主要来源.结果表明,水溶性有机碳（water-soluble organic carbon,WSOC）和甲醇可提取有机碳（methanol extractable organic carbon,MEOC）在365 nm处光吸收系数（Abs_365,w和Abs_365,m）的平均值分别为（3.22±2.18）Mm^-1和（7.69±4.93）Mm^-1.Abs_365,w和Abs_365,m分别与WSOC（r=0.72,P<0.01）和MEOC（r=0.62,P=0.04）的质量浓度显著相关,均表现为冬高夏低,夜高昼低的时间变化特征.这可归结于冬季和夜间的气象特征（例如边界层高度降低和大气稳定度升高）、冬季一次源排放的增加以及夏季和白天更强的"光漂白作用".Abs_365,m/Abs_365,w的年均值（2.60±0.92）远高于MEOC/WSOC（质量浓度比值,1.37±0.30）,表明MEOC中非水溶性组分的吸光作用更强,在BrC的吸光作用中占主导地位.WSOC、MEOC、Abs_365,m和K⁺均未表现出强相关性（r<0.60）,因此生物质燃烧不是该地区BrC的主要一次来源.WSOC和MEOC质量吸收效率（MAE_365,w和MAE_365,m）及其比值（MAE_365,m/MAE_365,w）的季节变化和Abs₃₆₅相同.MEOC中非水溶性组分的MAE₃₆₅［（4.10±5.15）m²·g^-1］分别是MAE_365,w和MAE_365,m的6.0和2.9倍,支持BrC的吸光作用受非水溶性有机组分主导这一推断.和WSOC的埃氏吸收指数（Å_WSOC）相比,MEOC的埃氏吸收指数（Å_MEOC）随时间变化更显著,这可能与非水溶性吸光组分排放的季节变化有关.主成分分析结果显示,本研究PM_2.5中有机组分的吸光作用主要来源于二次形成过程和人为活动相关的一次排放,而不是生物质燃烧.     

乙酸钠作为碳源不同污泥源短程反硝化过程亚硝酸盐积累特性

为探究乙酸钠作为碳源时,不同污泥源外源短程反硝化过程中亚硝酸盐积累特性,采用1号和2号SBR分别接种某污水处理厂二沉池和同步硝化反硝化除磷系统剩余污泥,通过合理控制初始硝酸盐浓度和缺氧时间,实现了短程反硝化的启动,并考察了其在不同初始COD和NO_3~--N浓度条件下的碳、氮去除特性.试验结果表明:以乙酸钠为碳源,1号和2号SBR可分别在21 d和20 d实现短程反硝化的成功启动,且其NO_2~--N积累量和亚硝酸盐积累率(NAR)均维持在较高水平,分别为12. 61 mg·L-1、79. 76%和13. 85 mg·L-1、87. 60%.当2号SBR初始NO_3~--N浓度为20 mg·L-1,且初始COD浓度由60mg·L-1升高至140 mg·L-1时,系统实现最高NO_2~--N积累时间可由160 min逐渐缩短至6 min,同时NO_3~--N比反硝化速率(以VSS计)由3. 84 mg·(g·h)-1增加至7. 35 mg·(g·h)-1,初始COD浓度的提高有利于实现短程反硝化过程NO_2~--N积累. 2号SBR初始COD浓度为100 mg·L-1,当初始NO_3~--N浓度由20 mg·L-1增加至30 mg·L-1时,系统NAR均维持在90%以上,最高可达100%(NO_3~--N初始浓度为25 mg·L-1);当初始NO_3~--N浓度≥35 mg·L-1时,系统COD不足导致NO_3~--N不能被完全还原为NO_2~--N.此外,在不同初始COD浓度(80、100、120 mg·L-1)和NO_3~--N浓度(20、25、30、40 mg·L-1)条件下,2号SBR的脱氮除碳和短程反硝化性能均优于1号SBR.     

长期施肥下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征

以红壤丘陵区典型稻田长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+化肥(LOM)和60%有机肥+化肥(HOM)这5种处理,研究长期不同施肥条件下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征.基于~(18)O-H_2O示踪的结果表明,土壤微生物量碳(MBC)和微生物生长速率(CGrowth)均以HOM处理最高,CK处理最低.根际土中,土壤微生物基础呼吸速率以HOM最高,CK和NPK最低;微生物碳源利用效率(CUE)以NPK最高,LOM和HOM最低.非根际土中,不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异. MicroResp~(TM)结果显示,非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土.施用有机物料(秸秆或有机肥)均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率,且土壤微生物利用羧酸类碳源的活性最高,其次为氨基酸类和碳水化合物类碳源,对复杂化合物的代谢速率较低. RDA分析表明,微生物对不同碳源代谢情况的聚类总体以根际土与非根际土分开,CK与施肥处理分开,且NPK与NPKS相对聚集,LOM与HOM相对聚集,NPK、NPKS与LOM、HOM分开,即不同施肥处理显著改变土壤微生物对外源碳源代谢特征.结果表明,施肥未改变微生物CUE和基础呼吸速率,但有外源碳源输入(如根系分泌物)的情况下,施用有机物料增加基础呼吸、降低CUE.