Determination of PM2.5 sources using time-resolved integrated source and receptor models

Multivariate statistical techniques are applied to particulate matter (PM) and meteorological data to identify the sources responsible for evening PM spikes at Sunland Park, NM (USA). The statistical techniques applied are principal components analysis (PCA), redundancy analysis (RDA), and absolute principal components scores analysis (APCSA), and the data evaluated are 3-h average (6–9 p.m.) PM_2.5 mass and chemical composition and 1-h average PM_2.5 and PM₁₀ mass and environmental data collected in the winter of 2002. Although the interpretation of the data was complicated by the presence of sources which are likely changing in time (e.g. brick kilns), the multivariate analyses indicate that the evening high PM_2.5 is associated with burning-activities occurring to the south of Sunland Park, and these emissions are characterized by elevated Sb, Cl⁻, and elemental carbon; 68% of the PM_2.5 mass can be attributed to this source. The PM₁₀ evening peaks, on the other hand, are mainly caused by resuspended dust generated by vehicular movements south of the site and transported by the local terrain-induced drainage flow.     

典型北方城市水系不同区域DOM分布特征及环境响应

为探索北方城市不同区域水体中溶解性有机质（DOM）来源信息及成分特征,以河北省石家庄城市水系为例,使用紫外-可见光谱（UV-vis）和三维荧光平行因子分析（EEM-PARAFAC）解释了不同区域水体DOM的光学参数、不同组分的丰度及占比状况. 结果表明：①上游NO₃^--N、NO₂^--N、NH₄⁺-N、TN、TP和COD的浓度显著低于城市水体和下游（P<0.01）,且水体流入城市后富营养化TSI_M升高. ②紫外参数a₂₅₄表明,水体在流入城市后DOM的浓度显著升高（P<0.001）,E₂/E₃显示不同区域水体DOM相对分子质量大小为：上游<城市水体<下游,且不同区域水体DOM的S_R>1,表明石家庄市DOM的来源主要为内源输入. ③水体DOM共解析出3种荧光组分,分别为C1类富里酸（可见光区富里酸）、C2类蛋白（色氨酸）和C3长波类腐殖质,上游与城市水体以类蛋白组分为主（C2）, 而下游类腐殖质（C1+C3）占比较高（80.1%）,且PCA分析表明不同区域水体DOM呈现显著的空间分布差异,荧光参数显示不同区域水体DOM的S_R>1、FI>1.8,HIX<4,表明水体DOM呈现出低腐殖化,强自生源的特征. ④城市上游和下游水体中C1与C3呈显著相关（P<0.01）,城市水体中C1、C2和C3均显著相关（P<0.01）,另外C1与C3在不同区域水体中均与NO₃^--N呈现出显著相关性,RDA结果显示NO₂^--N、TDN、TDP和COD主要影响DOM的空间分布. 综上,城市多重压力作用对流经水系的DOM光谱性质存在显著影响.     

南淝河表层沉积物细菌群落结构特征及驱动因素

为了探讨南淝河不同河段沉积物细菌群落结构特征差异及其主要驱动因素,在对南淝河不同土地利用区域河段表层沉积物的主要理化指标（pH、CEC、TOC、DOC、氮分级形态）进行分析基础上,重点通过MiSeq高通量测序技术对沉积物中细菌群落结构特征进行了分析,并利用冗余分析（RDA）方法探讨了导致群落结构差异的主要驱动因素.结果表明：沉积物中门水平下优势细菌种群为变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和拟杆菌门（Bacteroidetes）;纲水平下除未分类外主要是厌氧绳菌纲（Anaerolineae）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）、梭状芽胞杆菌纲（Clostridia）、δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）,此外ε-变形菌纲（Epsilonproteobacteria）主要在南淝河下游采样点被检测到,说明其在南淝河沉积物生态系统中并不是普遍存在的;属水平下大多为未分类序列,长绳菌属（Longilinea）和芽孢杆菌属（Bellilinea）有优势地位.南淝河不同河段所在流域土地利用方式不同会导致污染物类型、污染源强和沉积物理化指标的不同,进而影响沉积物细菌群落结构,中游城区和工业区段的细菌多样性整体上高于上、下游;RDA分析结果表明,表层沉积物的CEC、TOC、DOC、TP、WAEF-N和IEF-N是导致细菌群落结构特征差异的主要影响因子,其中变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门受TP影响较大,绿弯菌门则受弱酸浸取态氮（WAEF-N）影响较大.     

多孔填料特性对生物膜形成影响

多孔填料是曝气生物滤池(BAF)的重要构成部分,是影响BAF污水处理效果的关键.目前填料种类繁多,但其表面理化特性对生物膜形成的影响规律并不清楚,如何比选最佳生物填料一直是BAF工程应用的难题.通过研究BAF常用的几种多孔生物填料本身的物化特性,考察其物化特性与填料上生物膜的生物附着量及酶活性之间的相关性.结果表明,海绵填料虽然易吸附污泥,但是易堵塞,整体生物膜活性不高;立体空心填料虽然表面吸附的生物量较低,但是比表面积大,表面附着生长的生物膜活性较强;陶粒因具有良好的亲水性和较高的表面粗糙度,且Zeta电位最正,易于微生物附着生长,污泥附着性能最强,且生物膜活性最好.通过冗余分析(RDA)分析可知,影响填料表面生物量的主要因素是Zeta电位;影响填料表面污泥活性的主要因素是空隙率.通过6组反应器对NH⁺₄-N的去除负荷可知,陶粒对NH⁺₄-N的去除负荷最大,为68 g·(m³·d)^-1,火山岩次之,为67 g·(m³·d)^...     

淮河流域典型河流夏秋季底栖动物群落特征及其与环境因子的关系

大型底栖无脊椎动物是河流生态系统的重要组成部分,对水生态环境的变化极为敏感,其群落结构特征可有效指示河流水质及生态健康状况.为掌握淮河流域主要河流强人为干扰下水生态健康状况,分别于2014年夏季和秋季对淮河干流及其主要支流上27个站点进行水质、沉积物及底栖动物采样分析,运用统计方法分析了该区域底栖动物组成、优势种、生物多样性、群落结构时空特征以及与环境因子的关系.结果表明两季共获62个分类单元,4297个底栖动物,主要以软体动物门(Mollusca)和昆虫纲(Insecta)为主,其中昆虫纲主要为双翅目(Diptera)、蜉蝣目(Ephemeroptera)和蜻蜓目(Odonata),分别占昆虫纲分类单元数的33.33%、21.21%和18.18%.其次,夏季平均密度为74.21 ind·m~(-2),平均生物量为7.89 g·m~(-2),优势种为米虾属(Caridina)和铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa);秋季平均密度为27.53 ind·m~(-2),平均生物量为1.13 g·m~(-2),优势种则为米虾属、直突摇蚊属(Orthocladius)、四节蜉属(Baetis)和环足摇蚊属(Cricotopus),但t检验差异分析发现,夏秋两季生物密度无显著空间差异(p=0.135),而生物量空间分布则表现出极显著差异(p=0.002).对比发现两季生物丰度的差异主要由软体动物门与甲壳纲(Crustacea)贡献;同时,昆虫纲类丰度分布也表现出季节性,夏季毛翅目(Trichoptera)明显多于秋季,而双翅目和蜉蝣目则显著少于秋季.冗余分析(RDA)发现水温、p H、总氮和沉积物重金属(Cd、Pb、Hg)的梯度变化是该区域底栖动物群落结构变化的主要驱动因子;其次,闸坝运行、边坡固化、岸边植被带及采砂活动等对底栖动物的栖息地与空间分布同样是重大干扰.     

三峡库区支流澎溪河水华高发期环境因子和浮游藻类的时空特征及其关系

分别在2014年春季和夏季三峡库区水华高发期,在库区北岸最大支流澎溪河流域从其河口处逆流而上至回水末端共布置8个采样点,对浮游藻类和环境因子进行了监测,运用数理统计分析手段,对浮游藻类的群落结构及其与环境因子的关系进行了分析.结果表明在4月中旬,除河口样点外,其他采样点水体出现分层,但断面多只有温跃层和滞温层,而没有混合层;上游水体层次间温差高于下游水体;各采样点的水深以及表层水体(水面向下至0.5 m深的水层)的水温、浊度、p H、电导率、溶解氧、叶绿素a、总氮和总磷的空间分布差异显著(ANOVA,P0.05);共检测到浮游藻类25种(属),丰度在(2.76~145.8)×10~4cell·L~(-1)之间,以角甲藻(Ceratium hirundinella)为主要优势藻,鱼腥藻(Anabaena sp.)为次优势藻;上游接近支流来水的样点S7(63.4×10~4cell·L~(-1))和S8(145.8×10~4cell·L~(-1))水华最为严重;硝酸盐氮、水温、p H、电导率和溶解氧是藻类生长的决定因子.在7月下旬,水体分层,趋势与春季相似;各采样点深度和0~0.5 m水层的水温、浊度、氧化还原电位、p H、电导率、叶绿素a、氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷的空间分布仍然差异显著(ANOVA,P0.05);共检测到浮游藻类46种(属),丰度在(9.56~278.88)×10~4cell·L~(-1)之间,总体以席藻(Phormidium sp.)为主要优势藻,鱼腥藻(Anabaena sp.)为次优势藻;下游接近澎溪河河口的样点S2(216.44×10~4cell·L~(-1))、S3(278.88×10~4cell·L~(-1))和S4(108.12×10~4cell·L~(-1))水华严重;浊度、水深、总氮、氧化还原电位、电导率和溶解氧是藻类生长的决定因子.水体分层与水华形成有重要关系.     

再生水灌溉对土壤化学性质及可培养微生物的影响

通过室内土柱模拟实验,探讨再生水灌溉对土壤化学性质和可培养微生物的影响,从而为再生水回用评价提供数据支持.结果表明,在土壤化学性质方面,再生水灌溉可显著提高土壤有机质(OM)和全氮(TN)含量,而对土壤总磷(TP)、速效磷(AP)和pH值无显著影响.在微生物数量方面,再生水灌溉可显著提高表层0~20 cm细菌和放线菌数量,而对20~40 cm和40~60 cm土层三大微生物类群数量影响较小.在微生物种类方面,不动杆菌属(Acinetobacter)是再生水灌区的优势菌属,芽孢杆菌属(Bacillus)是自来水灌区的优势菌属;自来水灌区特有种属4个,再生水灌区特有种属6个;再生水灌溉对表层0~20cm土壤微生物群落Shannon多样性无影响,使土壤微生物群落Pielou均匀度降低,可提高土壤微生物群落Margalef丰富度.通过SPSS 17.0对土壤微生物数量和土壤化学性质进行相关性分析表明,土壤微生物数量与OM、TN、TP和AP含量呈正相关,与土壤pH值、含水量(SWC)呈负相关;通过CANOCO 4.5对土壤微生物种类与土壤化学性质进行DCA去趋势分析和RDA冗余分析表明,AP含量与微生物群落相关性最强(P=0.002),TP和TN对链球菌属(Streptococcus)、气球菌属(Aerococcus)和奈瑟氏球菌属(Neisseria)的影响较大,OM和AP对气单胞菌属(Aeromonas)、动性球菌属(Planococcus)和盐杆菌属(Halobacterium)影响较大.     

太湖上游流域下垫面因素对面源污染物输出强度的影响

应用流域断面监测、GIS的流域空间分析等手段建立太湖上游地区流域基础数据,通过多元逐步回归和冗余分析(redundancy analysis, RDA)手段,研究了太湖上游流域下垫面要素对流域出口污染物输出影响特征以及不同要素影响的相对强度,提取了影响太湖上游流域面源污染产出的主要下垫面因素并分析各小流域水质控制性要素的空间特征.研究结果表明,流域面源污染与下垫面要素具有很大的相关性,其中流域土地利用对面源污染产出的影响最为显著,其次是流域土壤特征、流域坡度,流域面积的影响最小;影响流域面源污染输出变化的控制性因素为居民用地、耕地面积比例和流域平均坡度,对水质数据进行解释的显著性和重要性水平均较高,能解释59.5%的流域水质信息、98.6%的下垫面特征-水质指标关系信息,且在不同小流域中这3个因素对流域水质影响的贡献率不同.     

辽河流域河流秋季CDOM光学特性及影响因素研究

了解有色溶解有机物(CDOM)的光学特性有助于对水生生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究,而环境要素对CDOM光学特性的影响会进一步影响水环境中的碳循环过程.利用2013年9月和10月辽河水体实测数据对水体反射特性、CDOM的吸收特性、荧光特性及各种水质参数对CDOM光学特性的影响进行研究.结果表明,辽河流域河流总氮(均值4.40 mg·L~(-1))、铬浓度(均值0.0065 mg·L~(-1))超过国家地表水V类标准.悬浮泥沙光谱特征较为明显的水样,其CDOM的吸收曲线非常相近,叶绿素a光谱特征较为明显的水样,其CDOM吸收曲线之间的差别较大.辽河流域水体CDOM的吸收斜率S275-295(0.0163~0.0191 nm-1)高于其他大多数河流,而低于湖泊、水库.对比辽河流域河流发现,东辽河与辽河水体CDOM组成物质的分子量相对较小,东辽河CDOM的芳香性最高,而西辽河最低.根据荧光指数、腐殖化指数及生物源指数分析发现,辽河流域水体主要以陆源的、高等植物DOM为主,太子河、大凌河CDOM具有较为明显的自生源特征.通过荧光峰的分布发现,辽河水体CDOM以类腐殖酸荧光峰(A峰、C峰)为主,部分河流(辽河干流)同时表现出较强的类蛋白质荧光峰(B峰、T峰).通过冗余分析(RDA)发现,水体中溶解有机碳(DOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、总碱度(TAlk)、砷(As)及汞(Hg)与表征CDOM光学特性的参数之间存在显著的相关性(p0.05),是CDOM光学特征的主要影响因子.     

农业废物堆肥化中理化参数对GH6家族基因影响

采用PCR-DGGE技术,研究农业废物稻草堆肥化过程中参与纤维素降解的糖苷水解酶GH6家族基因的变化,并使用冗余分析(redundancy analysis,RDA)和蒙特卡罗置换检验(Monte Carlo permutation test)研究了生物信息矩阵与环境因子矩阵间的相关性.结果表明,8个理化参数对GH6家族基因变化影响的相对大小为:p H堆体温度TN(total nitrogen)TOM(total organic matters)C/N(TOC/TN)含水率环境温度WSC(water soluble carbon),8个理化参数共解释了83.1%的GH6家族基因变化,对GH6家族基因变化有重要影响,其中pH(P=0.002)、堆体温度(P=0.004)和TN(P=0.004)是影响GH6家族基因变化的显著因子,三者分别解释了24.92%、15.57%和15.04%的GH6家族基因变化.含GH6家族基因的优势菌种在堆体不同时期有所不同.GH6家族基因的多样性和丰度随堆肥化进程整体呈现出波动趋势.基于冗余分析的t-value分析表明3个显著因子对GH6家族基因的动态变化具有不同的正负相关性.