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河南荥阳市耕地土壤重金属分布特征及来源解析

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岩矿测试 2024年第2期43卷 330-343页

作者：张妍赵新雷冯雪珍郭亚娇河南省地质研究院郑州450001 河南省地球化学生态修复工程技术研究中心河南郑州450001 河南省城市地质工程技术研究中心河南郑州450001

耕地质量关系着人民生活,而重金属是影响耕地质量的重要因素之一。根据全国土壤污染状况调查显示,中国耕地环境状况不容乐观,对耕地的重金属调查分析迫在眉睫。但仅简单地对重金属含量水平及来源类型进行判断已不足以为区域土壤重金属... 详细信息

耕地质量关系着人民生活,而重金属是影响耕地质量的重要因素之一。根据全国土壤污染状况调查显示,中国耕地环境状况不容乐观,对耕地的重金属调查分析迫在眉睫。但仅简单地对重金属含量水平及来源类型进行判断已不足以为区域土壤重金属污染治理提供支持,而通过对各类污染源贡献率的定量计算,不仅可以明确农田土壤重金属分布特征,同时可判别污染源类别及来源,从而识别优先控制的污染元素,为重金属污染精准管控提供关键信息。本文采集河南荥阳市耕地表层土壤样品(0~20cm),应用电感耦合等离子体质谱和发射光谱法(ICP-MS/OES)、原子荧光光谱法(AFS)及离子选择电极法(IES)对As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8种重金属进行测试和p H分析;利用多元统计、绝对因子分析-多元线性回归(APCS-MLR)受体模型探讨研究区8种重金属污染含量空间分布特征及来源,利用富集因子和地累积指数开展土壤污染评价。结果表明:(1)耕地土壤中重金属含量整体偏高。除Cr外,其他元素为郑州市土壤背景值的1.04~1.40倍,其中Cd的累积效应较明显。(2)研究区重金属高值区主要分布于荥阳市城区周边。(3)基于富集因子法、相关性分析、主成分分析及APCS-MLR源解析结果显示,研究区重金属主要有三个来源:自然源对Ni、As、Cu、Cr的贡献率分别为98%、94%、80%及63%;工业源对Cd的贡献率为78%;其他源则主要是农业化肥源、燃煤源的混合源,对Cr、Pb、Hg的贡献率分别为37%、35%及33%。(4)地累积指数表明,研究区各重金属以无污染为主,而Cd超标率最高,其中度、中-重度污染、重度污染样点数分别为19个、5个及3个,并存在1个极重度污染样点。综上,Cd在研究区耕地中富集较明显,为潜在的主要污染元素;工业源、自然源、农业化肥源及燃煤源是重金属的主要来源,表明人类活动已对研究区耕地产生影响,需采取措施避免该影响进一步加剧。

关键词：耕地土壤重金属来源解析绝对因子分析-多元线性回归(APCS-MLR)受体模型风险评价荥阳

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高密度聚乙烯微塑料与氯嘧磺隆对大豆生长和根际细菌群落的复合胁迫效应

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环境科学 2024年第2期45卷 1161-1172页

作者：胡晓玥滑紫微姚伦广杜丽牛秋红李玉英闫路陈兆进张浩南阳师范学院生命科学与农业工程学院农业生物质资源化河南省高校工程技术研究中心南水北调中线水源区水安全河南省协同创新中心河南省艾草开发利用工程技术研究中心南阳473061 南阳师范学院水资源与环境工程学院南阳473061

随着我国农业的大力发展,塑料地膜和农药被广泛投入到农业生产中,而塑料地膜降解形成的微塑料和农药在土壤中累积也带来诸多环境问题.目前微塑料与农药单一作用的环境生物学效应已有报道,但两者复合胁迫对作物生长和根际土壤细菌群落的... 详细信息

随着我国农业的大力发展,塑料地膜和农药被广泛投入到农业生产中,而塑料地膜降解形成的微塑料和农药在土壤中累积也带来诸多环境问题.目前微塑料与农药单一作用的环境生物学效应已有报道,但两者复合胁迫对作物生长和根际土壤细菌群落的影响研究较少.因此,设计高密度聚乙烯微塑料(HDPE,500目)与磺酰脲类除草剂代表品种氯嘧磺隆共处理,研究其对大豆生长的影响,并通过高通量测序技术、互作网络和PICRUSt2功能分析,探究HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫对大豆根际土壤细菌群落多样性、结构组成、菌群网络和土壤功能的影响,阐明HDPE和氯嘧磺隆对大豆的复合毒性.结果表明1%HDPE处理延长氯嘧磺隆在土壤中的半衰期(由11.5 d升至14.3 d),并且HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫较单一污染物对大豆生长的影响更为明显.HiSeq 2500测序表明复合胁迫下的大豆根际细菌群落由20个门、312个属组成,门和属的组成数量显著少于对照和单一处理,并降低具有潜在生物防治特性、植物促生特性等功能菌属的相对丰度(如Nocardioides和Sphingomonas等).Alpha多样性表明复合胁迫显著降低大豆根际细菌群落的丰富度与多样性,Beta多样性则表明复合胁迫显著改变大豆根际细菌群落结构.组间样品LEfSe和PICRUSt2功能分析表明复合胁迫调控根际细菌群落的优势菌群,并减弱土壤氨基酸代谢、能量代谢和脂质代谢等二级功能层的丰度占比.由属水平网络分析推测复合胁迫降低土壤细菌间的总连接数和网络密度,使网络结构简单化,维持网络稳定的重要菌群种类也发生变化.研究结果表明HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫显著影响大豆生长,并改变大豆根际细菌群落结构、土壤功能和网络结构,相较于单一处理,复合胁迫的潜在危害更大.研究结果可为评价聚乙烯微塑料和氯嘧磺隆生态风险,以及污染土壤修复提供指导.

关键词：高密度聚乙烯(HDPE) 氯嘧磺隆大豆高通量测序网络分析 PICRUSt2功能分析

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基于黄河流域系统治理的水库多目标调度约束阈值研究

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水利学报 2024年第6期55卷 631-642,665页

作者：田世民江恩慧王远见赵高磊景永才李凌琪黄河水利科学研究院河南郑州450003 河南省黄河流域生态环境保护与修复重点实验室河南郑州450003 河南省黄河水生态环境工程技术研究中心河南郑州450003

水库是流域水沙调控以及水资源优化配置的重要抓手,黄河流域的水库调度最初以防洪减淤为目标。新形势下,黄河流域面临不断变化的来水来沙条件、库区-河道边界约束、区域社会经济发展和生态环境需求等,黄河流域亟需基于系统治理理念,突... 详细信息

水库是流域水沙调控以及水资源优化配置的重要抓手,黄河流域的水库调度最初以防洪减淤为目标。新形势下,黄河流域面临不断变化的来水来沙条件、库区-河道边界约束、区域社会经济发展和生态环境需求等,黄河流域亟需基于系统治理理念,突出流域系统可持续运行的水库多目标协同调度。本文依据流域系统科学理论和方法,通过资料分析、数据挖掘、关联度识别、回归分析等方法,筛选了黄河流域系统中行洪输沙、社会经济、生态环境各子系统表征指标,阐明了黄河上、中、下游不同河段多维约束因子的演变过程,揭示了黄河干流调控体系主要约束因子的相互作用关系,提出了基于多目标协同的黄河干流水库调度约束因子阈值,为黄河流域水库多目标协同调度提供科技支撑。

关键词：水库调度多维约束多目标协同流域系统

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石膏基复合相变储能材料的研究进展

精细化工 2024年第7期41卷 1424-1434,1525页

作者：汤建伟王续刘咏王保明游韶玮刘鹏飞郑州大学生态与环境学院河南郑州450001 郑州大学化工学院河南郑州450001 中节能工程技术研究院有限公司北京100082 国家钙镁磷复合肥技术研究推广中心河南郑州450001 河南省减污降碳协同工程技术研究中心河南郑州450001

建筑能耗、工业能耗和交通能耗是能源消耗的主要方式。其中,建筑能耗约占能源消耗的40%,建筑能耗的持续上升会增加碳排放和加速化石能源的消耗,因此,如何提升建筑材料的保温节能性能逐渐成为建筑材料领域的研究热点。储热技术不仅可以... 详细信息

建筑能耗、工业能耗和交通能耗是能源消耗的主要方式。其中,建筑能耗约占能源消耗的40%,建筑能耗的持续上升会增加碳排放和加速化石能源的消耗,因此,如何提升建筑材料的保温节能性能逐渐成为建筑材料领域的研究热点。储热技术不仅可以降低建筑能耗,还可以减少环境污染。相变储能材料具有优异的储放热能力,是实现热能储存以及温度控制的重要技术手段,在建筑节能领域具有广阔的应用前景。该文主要综述了石膏基相变储能材料的研究进展;根据石膏基相变材料的不同,分析归纳了石膏基有机相变材料和石膏基复合相变材料;介绍了浸渍法、多孔材料吸附法、微胶囊法等制备石膏基复合相变储能材料的方法和机理及影响石膏基相变储能材料的因素;展望了石膏基相变储能材料的研究方向。

关键词：相变储能材料天然石膏磷石膏储放热建筑能耗

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河南省农业减污降碳协同效应及其驱动因素

环境科学 2024年

作者：范行行介晓磊李玲李兴明吴用李栋浩刘建伟河南农业大学资源与环境学院河南省土地整治与生态重建工程技术研究中心

在“双碳”目标和塑造农业绿色发展新优势背景下，为以河南省等粮食主产区为主体的农业集聚区域，探索出农业绿色低碳转型和高质量可持续发展提供实证参考和政策建议。基于耦合协调模型，采用GTWR模型探究两者协同度及其驱动因素的影响... 详细信息

在“双碳”目标和塑造农业绿色发展新优势背景下，为以河南省等粮食主产区为主体的农业集聚区域，探索出农业绿色低碳转型和高质量可持续发展提供实证参考和政策建议。基于耦合协调模型，采用GTWR模型探究两者协同度及其驱动因素的影响机制和时空异质性，以期将减污和降碳作为一项共同目标来推进河南省农业绿色低碳可持续发展。结果表明，河南省2010—2022年间农业碳排放和农业面源污染排放量呈现先缓慢增加，后缓慢下降又逐渐平稳的趋势，时空异质性明显；河南省2010—2022年间农业碳排放和农业面源污染协同度具有缓慢降低和极化现象减弱的趋势，各地区协同度差异化减小；农业集聚水平和耕地规模化程度呈现负向调节作用，城镇化率呈现正向调节作用，农业产业结构、作物种植结构和有效灌溉率的调节作用空间差异明显，正负影响均有分布，对于河南省粮食种植区域多呈现正向驱动作用。此外，财政支农力度的回归系数负值区集中在河南省中部，对于河南省中部农业减污降碳具有显著负向驱动作用。河南省农业碳排放和农业面源污染协同度较高，空间异质性较强，各驱动因素对协同效应的影响地区差异明显，应因地制宜开展废弃资源再利用、加强农业技术创新和制定差异化减污降碳政策，推动农业绿色高质量发展，助力“双碳”目标的实现。

关键词：农业碳排放农业面源污染协同效应 GTWR模型驱动因素

河南省农业面源总磷污染时空演变特征及影响因素分析

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农业资源与环境学报 2024年

作者：李兴明李玲范行行尚元一李栋浩吴用河南农业大学资源与环境学院河南省土地整治与生态重建工程技术研究中心

为评估非点源总磷（TP）污染排放量及其主要驱动因素，本研究以高产量和高投入量的河南省为例，基于清单分析法评估2000—2020年研究区各县TP污染排放量，探讨TP污染的时空变化特征、主要污染来源和空间集聚情况，并运用随机森林模型和... 详细信息

为评估非点源总磷（TP）污染排放量及其主要驱动因素，本研究以高产量和高投入量的河南省为例，基于清单分析法评估2000—2020年研究区各县TP污染排放量，探讨TP污染的时空变化特征、主要污染来源和空间集聚情况，并运用随机森林模型和地理探测器识别TP污染的关键驱动因素和主要影响因子。结果表明：2000—2020年间，河南省TP排放量从1.051×105t上升至1.158×105t，呈现先上升后下降的趋势；化肥和畜禽养殖是TP排放量的主要来源，两者贡献率从80.23%上升至82.52%。河南省TP排放量呈现东南高、西北低的空间特征。邓州市和滑县的TP排放总量最多，为3 525.60、3 126.07 t；TP污染的热点区域主要集中在淮海平原以及西南部分县区，冷点区主要分布在豫西地区。地理探测器结果表明农业生产条件（解释度q=617）、磷肥施用量（q=496）、高程（q=0.324）和坡度（q=0.340）是TP污染的主要驱动因素；随机森林结果表明农业生产条件、磷肥施用量、坡度、城镇化率和环境规制是TP污染的驱动因素中相对重要性较高的影响因子。研究表明，我国农业政策影响了河南省TP污染排放量，而且驱动因素的影响机制不同，未来需制定针对性的农业发展和管理政策，这对提高该区域农业面源污染防控和可持续发展具有重要意义。

关键词：农业面源污染总磷时空演变驱动因素随机森林地理探测器

北方集约化农区农业氮素面源污染模拟及动因分析

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环境科学 2024年

作者：于滢姬广兴陈轶楠翁倩文陈伟强河南农业大学资源与环境学院河南省土地整治与生态重建工程技术研究中心

农业面源污染格局和驱动机制研究对于区域生态环境治理意义重大。聚焦于北方集约化农区农业氮素面源污染，利用InVEST模型、ArcGIS的热点分析工具和地理探测器，对2000年、2010年和2020年农业氮素面源污染的来源、流失负荷、关键源区及... 详细信息

农业面源污染格局和驱动机制研究对于区域生态环境治理意义重大。聚焦于北方集约化农区农业氮素面源污染，利用InVEST模型、ArcGIS的热点分析工具和地理探测器，对2000年、2010年和2020年农业氮素面源污染的来源、流失负荷、关键源区及驱动因子进行深入探析。结果表明：①研究区在2000年、2010年和2020年的农业氮素输入强度持续下降。空间上呈现“北低南高”。氮肥施用和畜禽养殖是农业氮素污染物的主要源头。②各市氮素排放强度在研究年限内的降低趋势显著，空间整体呈现出“西北低，东南高”的特征。③关键源区的范围经历了先缩小后扩大的变化。④降雨是影响农业氮素排放强度空间分异的主要驱动力，且其与DEM及坡度的交互作用进一步增强了这种分异。研究结果可为区域农业环境保护政策的制定提供科学依据，促进农业生态系统的健康与可持续发展。

关键词：农业面源污染氮 InVEST模型热点分析地理探测器

基于PLUS和InVEST模型的京津冀地区氮素面源污染时空特征分析

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环境科学 2024年

作者：岳帅均姬广兴黄珺嫦程明月耿健茜郭宇龙陈伟强河南农业大学资源与环境学院河南省土地整治与生态重建工程技术研究中心

随着经济的高速发展，人口的急剧增长，人类对环境的破坏越来越大，各类污染物的排放，严重威胁了地区生态安全。首先基于2010年京津冀土地利用数据，利用PLUS模型对2020年土地利用数据进行模拟，将模拟结果与真实数据进行精度验证，模... 详细信息

随着经济的高速发展，人口的急剧增长，人类对环境的破坏越来越大，各类污染物的排放，严重威胁了地区生态安全。首先基于2010年京津冀土地利用数据，利用PLUS模型对2020年土地利用数据进行模拟，将模拟结果与真实数据进行精度验证，模拟得到了SSP119（可持续发展情景）、SSP245（自然发展情景）和SSP585（经济发展情景）发展情景下的2030～2050年土地利用数据。然后基于InVEST模型测算了京津冀地区历史时期2000～2020年和未来时期SSP119、SSP245和SSP585情景下2030～2050年的氮素污染时空变化情况。结果发现，2000年、2010年和2020年京津冀地区氮负荷总值为4.13万、4.1万和4.09万t，2000～2020年京津冀地区氮负荷总值呈下降趋势。与2020年相比，SSP119情景2050年京津冀地区氮负荷总值增加了0.2万t，SSP245情景2050年京津冀地区氮负荷总值增加了0.32万t，SSP585情景2050年京津冀地区氮负荷总值减少了0.03万t。相较于SSP119和SSP245情景而言，SSP585发展更有利于京津冀地区氮素污染的减少。

关键词： PLUS模型 InVEST模型 SSP情景氮污染京津冀地区

巯基改性蒙脱石对中国北方中碱性农田土壤镉钝化效果研究

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岩矿测试 2024年第1期43卷 124-136页

作者：朱利文任超李竞天田沛宜肖建辉李萍河南省第一地质矿产调查院有限公司河南洛阳 471000 河南省生态环境与勘查地球化学应用工程技术研究中心河南洛阳 471000

农田土壤重金属污染是影响中国农产品环境质量安全的主要因素。钝化材料是修复农田重金属污染土壤的关键材料,研究开发出高效土壤重金属钝化材料,对于修复重金属污染农田和保障农产品食用安全非常重要。本文以蒙脱石为原材料,将巯基基... 详细信息

农田土壤重金属污染是影响中国农产品环境质量安全的主要因素。钝化材料是修复农田重金属污染土壤的关键材料,研究开发出高效土壤重金属钝化材料,对于修复重金属污染农田和保障农产品食用安全非常重要。本文以蒙脱石为原材料,将巯基基团负载在其表面或层间制备巯基改性蒙脱石,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等技术表征巯基改性蒙脱石的特性,并开展室内土培试验,采用二乙三胺五乙酸浸提-火焰原子吸收分光光度法分析土壤镉的有效态,通过Tessier修正顺序七步提取法分析土壤镉的赋存形态。结果表明:蒙脱石经巯基改性后不仅新增了C-H、S-H共价键,而且增强了-OH和C=O化学键的活性,能与Cd2+发生巯基及羟基配位吸附。供试土壤添加巯基改性蒙脱石后,由于巯基配位吸附作用使土壤离子交换态镉转化为铁锰氧化物结合态,而增强的羟基配位吸附作用使其转化为碳酸盐结合态,结果使土壤中镉的赋存形态发生显著改变,离子交换态大幅减少,作物根系可吸收的土壤有效镉显著降低。添加1%、3%、5%巯基改性蒙脱石后,土壤有效镉分别降低21.92%、69.11%、82.90%;而作为对照组添加1%、3%、5%蒙脱石仅分别降低3.37%、1.80%、6.71%。蒙脱石经巯基改性后对土壤镉的钝化效果得到显著提升,土壤有效镉的降低幅度有随巯基改性蒙脱石添加量增加而提高的趋势。巯基改性蒙脱石对中国北方中碱性农田土壤镉的钝化效果显著,具有一定的参考应用价值。

关键词：蒙脱石巯基改性蒙脱石钝化镉污染土壤傅里叶红外光谱(FTIR) Tessier修正顺序七步提取法