DEVELOPMENT OF EMPIRICAL,GEOGRAPHICALLY SPECIFIC WATER QUALITY CRITERIA: A CONDITIONAL PROBABILITY ANALYSIS APPROACH1

The need for scientifically defensible water quality standards for nonpoint source pollution control continues to be a pressing environmental issue. The probability of impact at differing levels of nonpoint source pollution was determined using the biological response of instream organisms empirically obtained from a statistical survey. A conditional probability analysis was used to calculate a biological threshold of impact as a function of the likelihood of exceeding a given value of pollution metric for a specified geographic area. Uncertainty and natural variability were inherently incorporated into the analysis through the use of data from a probabilistic survey. Data from wadable streams in the mid‐Atlantic area of the U.S. were used to demonstrate the approach. Benthic macroinvertebrate community index values (EPT taxa richness) were used to identify impacted stream communities. Percent fines in substrate (silt/clay fraction, > 0.06 mm) were used as a surrogate indicator for sedimentation. Thresholds of impact due to sedimentation were identified by three different techniques, and were in the range of 12 to 15 percent fines. These values were consistent with existing literature from laboratory and field studies on the impact of sediments on aquatic life in freshwater streams. All results were different from values determined from current regulatory guidance. Finally, it was illustrated how these thresholds could be used to develop criterion for protection of aquatic life in streams.     

“十三五”期间中国生态环境质量变化特征

以国家生态环境监测网监测结果为基础,总结归纳了"十三五"时期中国生态环境质量变化特征和主要环境问题。结果表明:"十三五"期间,全国生态环境质量全面好转,2020年环境空气优良天数比例比"十二五"末期上升5.8个百分点;地表水总体水质由轻度污染转为良好,Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例上升17.4个百分点,劣V类断面比例下降9.0个百分点;酸雨污染程度减轻,海洋等环境要素质量稳中向好。但与此同时,后续改善难度加大,全国仍有40%地级及以上城市空气质量超标,4.8%的国土面积发生酸雨,辽河和海河流域仍是轻度污染,部分河流污染较重,地下水以IV类水质为主,农村饮用水源地和地表水水质均受到不同程度污染,近三分之一国土面积县域生态质量为较差和差。总体来看,当前生态环境质量与人民对美好生态环境的需求和美丽中国目标的实现还有较大差距。逐年上升的能源消费总量和不断增长的汽车保有量,增加了生态环境质量继续改善的压力。     

中国城市热岛时空特征及其影响因子的分析

全球气候变暖背景下,城市热岛效应会加重城市地区的热胁迫,对人类健康和生存发展提出严峻挑战.近年来我国雾-霾污染情况严重,但雾-霾对城市热岛影响的认识仍较匮乏.本研究基于MODIS遥感卫星地表温度数据,明确了我国2003~2013年白天、夜间以及四季城市热岛的空间变化,并从生物物理学和生物化学角度定量分析其控制机制.结果表明,影响我国白天城市热岛强度的主要因素为人口、农田灌溉和植被活动.纬度、降水量、反照率以及气溶胶浓度是夜间城市热岛强度的主控因子.从对比城乡粗糙度、反照率等生物物理学属性的角度,揭示了乡村背景环境对城市热岛分析的重要影响.结果表明,雾-霾治理可以缓解我国夜间城市热岛现象和热胁迫,有利于缓解区域甚至全球气候变化.     

应用相平衡分配法建立湘江衡阳段沉积物重金属质量基准

采集湘江衡阳段29个站点的表层沉积物样品,测定沉积物中4种重金属(Cu、Pb、Zn和Cd)含量及赋存形态、以及孔隙水中重金属含量,根据相平衡分配法的基本理论,考虑参与沉积物-水相平衡分配的重金属组成,实测法计算重金属的沉积物-水相平衡分配系数(Kp),分别引用美国EPA制定保护水生生物不受重金属慢性毒性影响的基本连续浓度(CCC)和我国地表水环境质量标准(GB 3838-2002)Ⅰ类水质标准,建立两种湘江衡阳段沉积物重金属质量基准(SQC)进行对比分析,其中基于美国CCC建立的湘江衡阳段沉积物重金属质量基准与国内外研究成果相比可比性较好,4种重金属(Cu、Pb、Zn和Cd)的SQC值分别为64.62、55.57、1 360.40和2.34μg.g-1,此SQC具有保护长期生活于沉积物中的底栖生物不受重金属慢性毒性影响的意义.通过单因子评价法将湘江衡阳段沉积物中重金属总量与沉积物质量基准值(SQC)进行比较,结果表明,湘江衡阳段沉积物中Cd和Pb含量水平对底栖生物具有较大的慢性毒性影响,Cd污染不容忽视.     

福建省重点城市路面尘负荷及化学组成研究

采集并分析了福建省重点城市厦门、漳州、泉州和莆田城区具有代表性的57个地面扬尘和16个土壤样品的26种无机元素、8种水溶性离子和碳成分等组成.不同城市粒径≤100μm的路面尘负荷平均值在6.99 g.m-2与10.11 g.m-2之间,而粒径≤2.5μm的路面尘(PM2.5)负荷平均值在4.0 mg.m-2和12.5 mg.m-2之间.不同城市土壤尘和路面尘PM2.5中浓度最高的元素都是Si、Ca、Al、Fe和K,路面尘中Ca元素明显富集,而主要人为来源的重金属元素如Cu、Pb、Zn、Cr在路面尘PM2.5中的浓度显著高于土壤尘.漳州城区路面尘PM2.5中二次离子NH4+、NO3-和SO24-的含量明显高于其它地区,厦门、漳州和泉州城区路面尘PM2.5中Mg2+和Ca2+之间都存在显著的正相关关系.四城市路面尘中有机碳(OC)的含量均高于济南、石家庄以及北京地面扬尘OC的含量,元素碳(EC)的含量均低于北京地区路面扬尘EC的含量.泉州和莆田两地OC和EC的相关性较好,说明路面尘中OC和EC有相同或相似的来源.质量平衡结果显示泉州和莆田路面尘PM2.5中含量最高的是土壤尘,其次为有机物.按化学组成特征对路面尘PM2.5进行聚类解析,得到受大气沉降影响、受土壤尘影响、受大气沉降和土壤尘共同作用以及受土壤尘和建筑尘共同作用4类样品.     

桑沟湾表层沉积物性质及对磷的吸附特征

通过研究桑沟湾表层沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温线,并结合沉积物的表面电荷性质及磷的形态分析,考察了沉积物对磷的吸附性能和吸附机制.结果表明,桑沟湾表层沉积物对磷的吸附过程包括快吸附过程和慢吸附过程,可用快慢二段一级动力学方程描述,等温线符合Langmuir交叉式模型.夏季沉积物样品的最大吸附量高于春季样品,粒级较小的沉积物吸附能力较强.沉积物样品对磷的最大吸附量Qm在0.047 1~0.123 0 mg·g-1之间,吸附/解吸平衡磷浓度(EPC0)范围在0.059 6~0.192 7 mg·L-1,沉积物充当"磷源"的作用.不同站位表层沉积物中无机磷(IP)是磷在沉积物中的主要赋存形态,吸附后的沉积物样品中弱吸附态磷(Ex-P)、铁结合态磷(Fe-P)明显增加.吸附过程包括物理吸附和化学吸附,以物理吸附为主.     

常规施肥条件下农田不同途径氮素损失的原位研究:以长江中下游地区夏玉米季为例

为了解农田常规施肥条件下的不同途径氮素损失特征,本文通过田间原位试验同步研究了长江中下游地区夏玉米生长季氮肥施用后的农田N2O排放、NH3挥发、氮渗漏和地表径流的变化.结果表明,在复合肥为基肥,尿素为追肥,基追肥氮素水平均为150 kg·hm-2的条件下,整个玉米生长季N2O排放系数为3.3%,NH3挥发损失率为10.2%,氮渗漏和地表径流损失率分别为11.2%和5.1%.此外,基肥施用以氮素渗漏损失为主,而追肥氮素损失以氨挥发和渗漏为主,表明不同途径化肥氮素损失主要受氮肥品种影响,玉米季追肥可改用低氨挥发氮肥品种以减少氮素损失.     

西大海湖沉积物营养盐垂直分布特征变化分析

通过对西大海湖心柱状沉积岩芯有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)、磷形态和粒度指标的测试和分析,探讨其垂向分布特征及影响因素.结果表明,营养盐中OM、TN和TP的含量分别为0.633%~2.756%、0.150%~0.429%和648.00~1 480.67 mg·kg-1.Ca-P是TP的主要部分,占TP含量66.04%.1843~1970年间,Ca-P、IP、OM含量变化较小,Fe/Al-P、OP、TP、TN含量波动较大;1970~1996年间,Ca-P、IP、TP含量变化均呈减小趋势,Fe/Al-P、OP、OM含量不同程度上先减少后增加,TN波动较大;1996~2009年营养元素含量相对波动较大,Fe/Al-P、OP和OM的平均含量是3个阶段中最高的.西大海湖沉积岩芯营养元素污染来源以工业废水、生活污水和化肥农药的流失为主.沉积物中C/N比值显示有机质主要来源于水生生物.沉积物粒度组成以黏土和细粉砂为主.相关性研究表明,Ca-P、IP与TP均呈显著的正相关关系,表明Ca-P对IP、TP的增长贡献大.     

Pseudomonas sp. ZXY-1, a newly isolated and highly efficient atrazine-degrading bacterium, and optimization of biodegradation using response surface methodology

Atrazine, a widely used herbicide, is increasing the agricultural production effectively, while also causing great environmental concern. Efficient atrazine-degrading bacterium is necessary to removal atrazine rapidly to keep a safe environment. In the present study, a new atrazine-degrading strain ZXY-1, identified as Pseudomonas, was isolated. This new isolated strain has a strong ability to biodegrade atrazine with a high efficiency of 9.09 mg/L/hr.Temperature, p H, inoculum size and initial atrazine concentration were examined to further optimize the degradation of atrazine, and the synthetic effect of these factors were investigated by the response surface methodology. With a high quadratic polynomial mathematical model(R~2= 0.9821) being obtained, the highest biodegradation efficiency of 19.03 mg/L/hr was reached compared to previous reports under the optimal conditions(30.71°C, pH 7.14, 4.23%(V/V) inoculum size and 157.1 mg/L initial atrazine concentration).Overall, this study provided an efficient bacterium and approach that could be potentially useful for the bioremediation of wastewater containing atrazine.     

覆盖金属氧化物对湖泊沉积物溶解性有机质特征的影响

为揭示不同金属氧化物对湖泊沉积物DOM（溶解性有机质）影响机制,通过室内模拟试验,在沉积物表层分别覆盖Fe、Al、Mn氧化物及湖沙后培养1 a,并利用三维荧光和紫外光谱方法进行表征.结果表明:① 覆盖Al、Fe、Mn氧化物和湖沙主要降低了0~3 cm沉积物的w（DOC）,降幅分别为8.61%、6.27%、22.38%和0.44%. ② 沉积物中DOM的类络氨酸峰（peak B₁）和类色氨酸峰（peak T₂）均产生较大变化.其中三种氧化物均显著降低了上层沉积物中DOM的peak T₂,使底层DOM的peakT₂显著增加. Mn氧化物使DOM的peak B₁降低,Fe和Al氧化物使DOM的peak B₁增加,湖沙则使两类峰均降低. ③ 覆盖金属氧化物改变了沉积物DOM结构特征,其中覆盖Fe氧化物增强了其芳香性,而覆盖Mn氧化物和Al氧化却降低其芳香性,但三者均使DOM腐质化程度及官能团数量增加,并使FI（Fluorescence Index,荧光指数）增大,表明DOM向生物源转化.研究显示,沉积物表层覆盖金属氧化物影响了沉积物中DOM迁移和转化,并促进了其降解,导致其分子量和腐殖化程度增加.