大气中硝基多环芳烃的污染特征和环境行为研究综述

环境空气中的硝基多环芳烃(nitrated polycyclic aromatic hydrocarbons,NPAHs)因致癌和致突变属性受到人们的广泛关注.本文总结了国内外关于环境空气中NPAHs的组成特征、时空分布、粒径分布、气固分配、来源和毒性效应的研究.我国城市地区大气环境中的NPAHs浓度常高于农村地区;受生物质燃烧和机动车排放的影响,9-硝基蒽对城市地区NPAHs浓度的贡献占比最高.尽管NPAHs在夏季存在二次源,不利的气象条件和升高的一次排放导致我国大气中NAPHs的峰值常出现在秋、冬季节.NPAHs因蒸气压较低主要分布在颗粒物中,而颗粒态NPAHs主要分布在亚微米级颗粒物中(Dp<1μm).低分子量NPAHs(例如,1N-NAP和2N-NAP)可随着温度变化经蒸发、冷凝过程迁移至粗颗粒物(Dp>2.5μm).根据考虑不同气固分配机制模型的气固分配系数模拟结果,吸附作用在NAPHs的气固分配过程中不应被忽略.NPAHs的来源包括化石和生物质燃料的不完全燃烧,以及母体PAHs在大气中的二次反应过程.相关性分析和特征比值常用于推断NPAHs的主要来源,但无法量化NPAHs的源贡献分布.根据环境空气中NPAHs的毒性风险评估结果,颗粒物中NPAHs对所有PAHs衍生物致突变性和致癌性的贡献比其质量占比高数倍,并且因毒性累积效应对成年人具有更高的致癌风险.为进一步了解NPAHs的环境行为,合理评估其健康效应,有必要在将来的研究中完善NPAHs的排放信息,厘清NPAHs在环境中的迁移转化过程.

东北城市群大气污染立体观测与研究进展

基于国家重点研发计划专项课题“哈长城市群大气复合污染立体监测技术体系”研究成果,回顾了近年来在我国东北城市群大气污染立体监测、污染特征及成因机制研究方面取得的主要进展;介绍了东北地区大气污染立体观测网的布局和建设,总结了大气污染物时空分布特征和大气气溶胶光化学特性,分析了大气边界层结构特征及其物理过程对大气污染生消的影响。最后指出东北城市群还需要加强PM_(2.5)和臭氧污染的协同控制以及气溶胶—边界层反馈机制对大气污染影响等方面的研究。

江苏省农田生态系统固碳时空分布特征与趋势预测

为探讨江苏省农田生态系统固碳时空分布特征及未来固碳趋势,利用固碳速率法对江苏省2005—2020年农田固碳进行估算,重点分析2005、2010、2015年和2020年时空分布特征,并运用机器学习的方法对2021—2060年全省农田生态系统固碳进行预测。结果表明:在时间序列上,江苏省近年农田生态系统固碳量整体呈现升高的趋势,2020年估算量为282.55万t·a^(-1)(以C计,下同),在全省陆地生态系统固碳总量中占比达20.17%;在空间分布上,固碳贡献最大的是苏北地区,无论是施用肥料还是秸秆还田贡献的固碳量,苏北地区均呈现高于苏中、苏南地区的态势;根据机器学习的重要性分析,秸秆还田量是最为重要的影响因素;两种模型中,BP神经网络相较于随机森林具有更高的预测精度,该模型预测2021—2060年农田生态系统固碳量仍会在短期内持续升高,但随后将进入较稳定的平台期,其中2021—2026年间固碳量将持续升高并达峰值,为365.26万t·a^(-1),而到2060年固碳量则为348.12万t·a^(-1)。研究表明,江苏省农田生态系统固碳量已逐步提升,但未来增长速率将趋于减缓,有必要进一步强化固碳措施,重点是提升秸秆还田率及其固碳效率,同时现有研究方法也有待于进一步优化,未来应将有机肥施用、绿肥还田、轮作等因素考虑在内,从而实现对农田生态系统固碳更为精准、全面的估算。

第三代移动式大气环境激光雷达监测系统及其应用

介绍了第三代移动式大气环境激光雷达监测系统(AML-3)的结构和主要设备,展示了该系统在监测颗粒物、气态污染物方面的优势,并在中国环境科学研究院(40.04°N,116.41°E)开展了大气环境和气象监测试验。结果表明:与常规地面环境监测相比,AML-3实现了对常规污染物浓度和颗粒物消光系数的近地面、垂直与斜程廓线分布以及地面气象要素(温度、相对湿度、风速、风向和大气压)的可移动综合监测;随高度增加大气颗粒物后向散射系数呈先增大后减小的趋势,并在近地面出现极大值区,同时,晴天大风天气条件下气溶胶层高度较晴天低风速天气条件下增加明显;相对湿度较大时,颗粒物数浓度与相对湿度呈负相关,反之呈正相关。

粤港澳珠三角区域大气复合污染趋势及人群健康效应

准确评估空气污染对健康的风险是当前大气环境领域普遍关注的焦点之一。本文利用2015−2019年粤港澳珠三角区域细颗粒物(PM_(2.5))浓度和臭氧日最大8 h平均浓度(MDA8 O_(3)浓度)的观测数据,研究了其空间分布、变化趋势及对人体健康的影响。结果表明:①2015−2019年PM_(2.5)平均浓度呈从西北到东南递减的空间分布特征,而MDA8 O_(3)平均浓度的空间分布则呈从东南向西北递减的特征。PM_(2.5)浓度和MDA8 O_(3)浓度的月变化特征分别呈“V”型和“M”型。与其他研究不同的是,粤港澳珠三角区域MDA8 O_(3)浓度在秋季最高,其次是春季和夏季。②2015−2019年PM_(2.5)年均浓度总体呈下降趋势,年均降速为1.5μg/m^(3),而MDA8 O_(3)年均浓度表现为每年上升2.2μg/m^(3)。空间上,澳门地区、中山、香港地区、佛山和东莞的PM_(2.5)浓度降速较高,而珠海的MDA8 O_(3)浓度升速最高,其次是中山和深圳。③2019年粤港澳珠三角区域因PM_(2.5)长期暴露导致的全因与心血管疾病死亡人数分别为19638人〔95%置信区间(CI):4442~29458人〕与1236人(95%CI:782~1690人),与2015年相比分别下降了29.1%和29.3%;2019年因O_(3)长期暴露引起的全因与心血管疾病死亡人数分别为12769人(95%CI:6449~25280人)与5700人(95%CI:1925~11227人),分别较2015年增加了21.5%与21.3%。研究显示,粤港澳珠三角区域大气PM_(2.5)污染改善所带来的健康风险可能会被O_(3)污染增加导致的健康风险所抵消,因此未来该地区需要特别重视PM_(2.5)和O_(3)的协同控制。

南京市大气VOCs污染特征及其臭氧生成潜势分析

基于2016—2022年南京市大气挥发性有机物(VOCs)自动监测数据,分析VOCs污染特征及其臭氧生成潜势(OFP)。结果表明:2016—2022年南京市大气VOCs及其组分体积分数均显著下降,TVOCs 7年均值为21.7×10^(-9),各组分占比从大到小依次为烷烃>烯烃>芳香烃>炔烃;TVOCs及烷烃、烯烃、芳香烃季节变化一致,均为冬季>秋季>春季>夏季,炔烃为冬季>春季>秋季>夏季;TVOCs及烷烃、烯烃、炔烃月变化整体呈“V”字型特征,芳香烃近似为“W”型;除炔烃外,小时体积分数日变化基本呈“单峰型”特征。2016—2022年OFP年际变化呈显著下降趋势,7年均值为132.1μg/m^(3);OFP贡献较大的组分为烯烃(39.1%)和芳香烃(38.1%),臭氧生成的VOCs关键物种为乙烯、间/对二甲苯、甲苯、丙烯和异戊二烯,控制烯烃和芳香烃排放有利于南京市的臭氧污染防治。

中国生活垃圾焚烧环境损害成本研究

环境损害成本分析可以衡量人类活动造成的污染对最终主体的影响。目前,我国生活垃圾焚烧(MSWI)所造成的环境损害成本仍不清楚。作者基于环境损害模型(LIME-3)对中国MSWI所产生的环境损害成本进行了研究,包括初级生产力(NPP)、社会资产(SA)、生物多样性(BIO)和人体健康(HH)四个端点影响类别,并分析了时空分布和影响因素等。结果显示,2004~2019年,中国MSWI的环境损害总成本分别为133、54、23、5亿美元,SA(61%)>HH(25%)>BIO(11%)>NPP(3%),华东地区占比最大,西南以及华中地区增长趋势比较明显。这些结果可以为整个中国生活垃圾管理系统以及地区特定废物的管理政策制定提供数据支撑。

芽孢杆菌对鸡粪贮存中氨气排放的影响及其耐受pH、盐分和高氨的能力研究

畜禽养殖业是重要的氨气排放源,畜禽粪便贮存过程中排放的大量氨气会加剧空气污染。本研究通过鸡粪室内恒温培养,研究了接种分离筛选的芽孢杆菌对鸡粪贮存过程中氨气排放的影响,并对具有氨气减排效应的芽孢杆菌耐受pH、盐分和高氨的特性进行了分析。结果表明,接种芽孢杆菌H1-10和H2-6相对于不接种对照显著减少了氨气累积排放量,分别减少了8.34%和11.85%(p<0.05)。经16S rRNA测序和NCBI比对分析,H1-10和H2-6均为巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)。菌株H1-10和H2-6均能够在强碱、高盐分和高氨的纯培养条件下生长代谢。本研究将为利用芽孢杆菌减少畜禽粪便贮存过程中氨气排放提供新思路,为研发具有实用性的微生物菌剂提供菌种资源。

农田生态系统服务功能评价方法对比研究:以江苏省为例

农田生态系统为人类提供农产品的同时还提供了生态系统服务功能。准确评价农田生态系统的服务功能对农田可持续生产具有重要的影响。本文以江苏省农田为研究对象,构建农田生态系统服务功能评价指标体系,利用1991-2020年统计数据和气象数据,基于层次分析法和当量因子法定量比较评估江苏省旱地和水田生态系统服务功能指标权重,以探究不同评价方法对生态系统服务功能重要性评估的差异性。结果表明:层次分析法中准则层B水田和旱地生态系统服务功能权重排序依次为供给服务、调节和维护服务和文化服务;水田和旱地中指标层C的食物生产、气体调节、原料生产权重较高。当量因子法中准则层B水田权重排序为调节和维护服务、供给服务和文化服务;旱地权重排序为调节和维护服务、供给服务和文化服务;指标层C中水田水文调节、食物生产、气体调节权重较高,旱地食物生产、气体调节、原料生产权重较高。两种方法计算的生态系统服务功能权重存在差异,一定程度上层次分析法对专家经验依赖性较高,当量因子法则无法排除生态系统服务价值基础当量数值的影响。选择不同评价方法综合分析农田生态系统服务功能,可以克服单一方法评价偏差。

新冠疫情减排时期河南省大气污染物分布及健康效应研究

由新冠(COVID-19)疫情引发的全国性大封锁为研究大规模工业减排对大气污染的影响提供了契机。对河南省2020年疫情前、封锁期间及逐步复工复产期间与2019年同期6种主要大气污染物(PM_(2.5)、PM_(10)、CO、NO_(2)、SO_(2)与O_(3))的时空差异开展对比分析,运用基于健康风险的空气质量指数(HAQI)法,研究河南省主要大气污染物的健康效应。结果表明,河南省大气污染物分布整体呈现北部高南部低的空间变化特征,PM_(2.5)受一次污染和二次污染影响较显著。减排初期(春节疫情期间),除NO2浓度迅速减少外,其他污染物没有明显变化,PM_(2.5)浓度比2019年同期增加15%,是不利的气象条件与大气氧化度增加促进二次化学过程的结果。春节后疫情期间,PM_(2.5)浓度迅速降低至疫情前的50%左右,为2019年同期的50%左右。基于HAQI结果,研究期间(冬-春)影响河南省大气健康效应的关键因素是PM_(2.5),HAQI值在减排期间比2019年同期降低23.8%,但HAQI>100,表明人们仍生活在空气污染较严重的环境中。

江苏省大气颗粒物及其重金属干沉降通量研究

大气颗粒物及其重金属严重威胁着生态系统功能及人类健康。为研究江苏省大气颗粒物的干沉降输入规律及农业区大气重金属的输入通量,该文利用参数化颗粒物干沉降速率模型,结合江苏省气象数据-空气污染物数据,计算了干沉降速率及通量。结合已有文献数据,对江苏省农业区域大气重金属沉降通量进行估算。结果表明:不同土地利用类型下,江苏省不同粒径颗粒物干沉降速率均呈现白天高、夜间低的日变化规律。农业区颗粒物干沉降速率具有较为明显的地域分布特征,主要表现为东南高、西北低、中部及部分沿海地区次之的分布情况。自2018年以来江苏省颗粒物干沉降通量逐年降低,细颗粒和粗颗粒干沉降通量分别在2019年和2020年出现显著降低,空间分布上表现为城区高于周边远郊及农业区,地域上则表现为西北高、东南低。农业区重金属干沉降通量中Pb、Mn和Cu均有较高的输入。农业区PM_(2.5)中12种重金属的年均干沉降通量合计约10.6~298.2 g/(hm^(2)·a)。

未来气候变化情景下江苏水稻高温热害模拟研究Ⅱ:孕穗-抽穗期水稻对高温热害的适应性分析

利用经过校准和验证的CERES-Rice模型结合CMIP3数据下的A2和A1B两种方案2020s时段天气数据,通过改变播期（提前6d、12d、18d,推迟6d、12d、18d）和品种耐高温系数G4（G4 =1.03、1.06、1.09、1.12、1.15）,研究江苏地区孕穗-抽穗期水稻对高温热害的适应性.结果表明：（1）播期提前12d和18d,水稻生育期和开花期延长,与基准期（1961-1990年）相比,其产量增加较多;相反,播期推迟,水稻产量均以降低为主,生育期和开花期缩短.A1B情景下高邮增产最多,达13％,A2情景下吕泗增产最多,为14％.（2）当水稻耐高温系数G4值在1.09～1.15时,所有站点均增产,A1B情景下高邮增产最多,为11％,A2情景下赣榆增产最多,为7％,生育期和开花期均以延长为主.（3）采取播期提前12d同时改变品种参数G4为1.1时,产量增加最明显.可见,将播期适当提前并提高品种的耐高温系数可以提高水稻对高温热害的适应能力,研究结果对未来江苏水稻生产具有一定指导意义.

未来气候变化情景下江苏水稻高温热害模拟研究Ⅰ:评估孕穗-抽穗期高温热害对水稻产量的影响

将江苏省气候、土壤、水稻产量、田间试验等相关资料作为CERES-Rice模型的输入文件,通过校准和验证获得江苏水稻品种徐稻2号的遗传参数,利用WCRP耦合模式CMIP3的多模式数据下的A2和A1B两种方案,并结合CERES-Rice模型,模拟分析A2和A1B两种情景下2020s(2011-2040)时段不同高温强度及其持续时间的热害对水稻产量的影响。结果表明,CERES-Rice模型在江苏地区具有较好的模拟能力;A2和A1B两种情景下高温热害会使江苏省水稻产量下降,最高减产率为17%。高温强度一定时,高温持续日数越长,水稻减产率越大。高温持续日数一定时,温度越高对水稻造成的危害越重。可见,未来气候情景下孕穗-抽穗期高温热害将使江苏省水稻减产,研究结果可为合理制定江苏水稻生产防灾减灾措施提供理论支撑。

南京市北郊冬季大气颗粒物中重金属污染研究

为摸清南京市北郊不同粒径大气颗粒物的污染状况、来源及风险,于2014年冬季采集南京信息工程大学浦口校区观测场TSP、PM_(10)、PM_(5)、PM_(2.5)样品,并分析样品中As、Cr、Mn、Cu、Ni、Pb和Zn等7种元素。结果表明,TSP、PM_(10)、PM_(5)、PM_(2.5)浓度范围是9.09~37.12、12.88~29.55、10.61~29.55、59.85~153.79μg/m^3,其中PM_(2.5)超过国家二级标准的比例为66.67%;TSP、PM_(10)、PM_(5)和PM_(2.5)中元素的排序分别为:Cu>Zn>Mn>Pb>As>Cr>Ni;Zn>Cu>Pb>Mn>Cr>Ni>As;Zn>Pb>Cu>Mn>As>Cr>Ni;Zn>Pb>Mn>Cu>Ni>Cr>As。运用富集因子法和主成分分析法分析得到7种元素的来源主要包括交通源、地表扬尘、工业排放等;潜在生态风险评估显示生态风险为极强;健康风险评估显示PM_(2.5)中7种元素对小学生的危害最大,其次是中学生,对大学生的危害最小,其年均超额危险度均未超过人群可接受危险水平1×10-6,对人体危害在可接受范围。

基于二次无机气溶胶研究南京冬春季霾污染过程的形成特征和来源解析

为研究南京细颗粒物PM_(2.5)中水溶性无机离子的污染特征、来源及其潜在源区贡献,本文于2015年12月—2016年4月采集PM_(2.5)样品,并测定了8种水溶性无机离子(SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)、Cl-、K^(+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)、Na^(+))的浓度,运用正定矩阵因子(PMF)源解析探究PM_(2.5)来源,结合后向轨迹模型(HYSPLIT)、潜在源区分析法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT),确定了相应组分的潜在污染源区域,并对污染贡献进行定量计算.结果显示,在不同污染水平下,SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)(SNA)均为PM_(2.5)的主要成分,在高相对湿度(RH>50%)和低温(T<8℃)的条件有利于提高二次无机气溶胶的生成速率.PMF源解析发现二次转化源的贡献最显著,其次是扬尘源、生物质燃烧源和海洋源.SNA的潜在源区分布类似,但的CWT峰值超过24μg·m^(−3),且CWT高值区范围较大,这进一步表明在观测期间汽车尾气排放和燃料燃烧是主要的潜在来源.

基于形态提取与同位素指纹技术研究铅在土壤剖面中的迁移转化——以某铅锌矿周边森林土壤为例

为阐明Pb在土壤中的迁移转化规律以及人类活动对地表Pb的影响,以宁镇地区某铅锌矿周边森林土壤为对象,在山坡与山麓分别采集土壤剖面样品,利用形态提取和Pb同位素指纹技术研究铅锌矿开采等人为活动影响下Pb在土壤中的迁移转化,并量化人类活动对土壤Pb含量的影响。结果表明:受铅锌矿开采等人为活动的影响,森林表层土壤中Pb存在明显富集,Pb含量高出当地背景值约2.9~7.7μg/g。土壤中Pb主要以颗粒态和淋溶方式迁移,迁移主要发生在10~25 cm;相对于山坡,山麓土壤中Pb的最大垂向迁移距离增加了约5 cm。土壤Pb主要以残渣态和铁锰氧化物结合态存在,其次为碳酸盐和腐殖酸结合态;与山坡相比,山麓土壤中碳酸盐结合态、腐殖酸结合态和可交换态Pb含量较低,铁锰氧化态Pb含量较高。Pb主要以碳酸盐和腐殖酸结合态淋溶到深层,进而被铁锰氧化物和其它土壤矿物固定。Pb同位素示踪结果显示,山坡土壤0~5 cm来自附近铅锌矿开采等人为活动的Pb占比约17.1%,人为源的贡献程度随土壤深度增加而减小,15~20 cm其贡献小于3%。受淋溶作用影响,山麓土壤0~5 cm中人为源Pb的占比明显低于山坡同深度土壤,而在其它土层中的占比相近。基于土壤剖面采样和Pb同位素示踪技术,可有效识别铅矿开采对周边土壤中Pb的影响,研究结果可为矿区周边的污染管控提供科学依据。

大气环境专业教学改革初探

大气环境专业是新兴的学科方向,本文从现代教育理念出发,结合学校和学院优势对大气环境专业教学体系的改革进行了探索,从教学理念、教学内容、教学方法等三个方面入手,阐明了大气环境教学改革的关键问题和措施,为完善大气环境专业教学体系、培养高级专业人才提供参考。

江苏省主要农作物碳足迹动态及其构成研究

江苏作为农业大省和粮食主产区,全面核算其主要农作物生产碳足迹时序动态变化与构成,可为江苏省主要作物生产体系全过程环境管理及农业绿色发展提供决策依据.本文采用生命周期评价法(LCA)核算江苏省1990—2019年水稻、小麦、玉米、大豆和油菜5种作物生产过程各环节碳排放强度,研究分析不同作物生产碳足迹时序动态变化、构成及影响因素.结果表明,近30年江苏省主要作物生产单位产量碳足迹呈下降趋势,单位面积碳足迹呈上升趋势.不同作物单位产量碳足迹(单位:kg(CO_(2)-eq)·kg^(-1))大小分别表现为油菜(1.74)>水稻(1.36)>小麦(0.99)>玉米(0.81)>大豆(0.64).在作物碳足迹构成中,稻田CH_(4)排放(54.43%)和化肥投入(20.65%)是水稻生产碳足迹主要来源,其他组分贡献较低.对小麦、玉米、大豆和油菜而言,不同农资投入碳足迹贡献较为突出的组分均为化肥投入和土壤N_(2)O排放,其他组分贡献比重较小.随机森林分析表明,种子、氮肥及农机投入的变化是不同作物碳足迹年际变化的主要驱动因素.因此,对不同作物生产需采取针对性的减排措施,从农资投入、过程管理等多方面进行调节,以促进农业绿色高效发展.

桂西北岩溶地质高背景和矿业活动叠加区土壤剖面镉分布特征及生物有效性

桂西北岩溶地质高背景与矿业活动叠加,导致土壤污染风险增大,对粮食和生态安全构成了潜在威胁。以广西河池地区典型岩溶地质高背景与矿业活动叠加区作为研究区域,采集了3条水稻田土壤剖面(0~100 cm)样品,分析镉(Cd)的空间分布特征和生物有效性,结合富集因子法、风险评价指数等对土壤剖面Cd污染状况与生态风险进行了评估。结果表明:3条剖面土壤Cd在表层(0~20 cm)均显著富集,表明在土壤表层有明显人为来源的重金属Cd积累。根据国家标准《土壤环境质量:农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018),距离矿区较远的两条剖面土壤Cd含量有个别样品超过农用地土壤污染风险筛选值,而靠近矿区的剖面则有90%的土壤样品超过农用地土壤风险管控值。研究区土壤剖面Cd含量主要受控于地质背景、农业耕作和矿业活动等多因素相互叠加,不同剖面含量差异主要取决于距离矿区的远近,同一剖面则与土壤pH值和有机质含量有关。土壤剖面Cd主要以铁锰结合态、离子交换态和残渣态存在,其生物有效性主要受控于土壤Cd总含量、pH值、有机质含量以及铁锰氧化物的固定作用,表现出远离矿区的土壤剖面以及土壤表层的生物有效性相对较高的特点。

“大气污染防治行动计划”执行以来我国夏季大气OH浓度变化的数值模拟

OH自由基是对流层中主要的氧化剂,是大气氧化性的重要表征。文章利用GEOS-Chem模式量化了2014~2017年“大气污染防治行动计划”执行以来,人为排放和气象因素变化对中国夏季大气OH浓度变化的贡献。模拟结果表明,2014~2017年间夏季整个中国OH浓度呈现上升趋势,最大上升出现在30°N附近的华南地区。在华北平原地区,OH浓度也呈明显的上升趋势(0.1×10^(6)molecules cm^(-3)a^(-1)),而OH浓度比较高的珠江三角洲地区的OH变化趋势较小。敏感性试验结果表明,气象和人为排放变化都对2014~2017年华北平原OH浓度上升有促进作用,但人为排放的贡献(OH增加10.0%)远大于气象的贡献(OH增加1.5%);OH浓度变化最大的南方地区主要是气象条件控制。进一步对气象因素分析发现,影响全国OH变化最重要的气象要素是太阳短波辐射,决定了2014~2017年中国OH浓度增长趋势最大的区域。但在华北地区,2014~2017年短波辐射略微减少的影响被边界层高度明显降低带来的OH增加所抵消。