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基于随机森林模型的臭氧浓度时空变化特征及关键影响因子识别：以滁州市为例

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环境科学 2024年

作者：辛泊达吕连宏王培李威王磊周纯董京京王斯一滁州市生态环境局广东省生态环境检测中心中国环境科学研究院滁州市生态环境保护综合行政执法支队上海建科环境技术有限公司

臭氧污染成因是一个复杂科学问题，在不同时间尺度下对O3时空变化特征进行研究，并分析识别影响O3浓度的关键影响因子，对精细化制定城市空气污染治理措施和切实改善城市空气质量具有重要意义.对滁州市O3浓度的时空变化特征进行分析后... 详细信息

臭氧污染成因是一个复杂科学问题，在不同时间尺度下对O3时空变化特征进行研究，并分析识别影响O3浓度的关键影响因子，对精细化制定城市空气污染治理措施和切实改善城市空气质量具有重要意义.对滁州市O3浓度的时空变化特征进行分析后，选取多时间尺度的气象和污染物要素的12个影响因子，并应用Spearman相关分析和随机森林模型开展O3浓度关键影响因子的识别研究.结果表明：①滁州市O3污染程度有加重趋势，O3浓度分布呈“东南高-西北低”的空间格局；②2～5月，SO2浓度对O3浓度的升高作用较强；6～9月，PM2.5和PM10与O3显著正相关，影响较大；③相对湿度、温度和风速对O3的影响较大，气压与小时降雨对O3的影响较弱；④滁州市O3污染机制已由“污染物主控型”变为“气象主控型”；⑤气象和污染物要素中，对O3浓度影响最大的3个影响因子分别为温度、风速和相对湿度；PM10浓度、PM2.5浓度和SO2浓度，均与O3浓度存在显著的非线性关系.

关键词：随机森林臭氧(O ) 时空变化影响因素滁州市

基于水质提升的黄河流域城市尺度问题分析及对策研究

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环境科学研究 2024年第1期37卷 51-62页

作者：李中华井柳新洪源王帅续衍雪生态环境部环境规划院北京100041 黄河生态环境科学研究所河南郑州450001

党中央、国务院高度重视黄河流域的保护和发展,习近平总书记多次强调黄河流域必须下大力气进行大保护、大治理.《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》《黄河流域生态环境保护规划》均明确提出了分区分类推进流域环境保护和治理的要... 详细信息

党中央、国务院高度重视黄河流域的保护和发展,习近平总书记多次强调黄河流域必须下大力气进行大保护、大治理.《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》《黄河流域生态环境保护规划》均明确提出了分区分类推进流域环境保护和治理的要求.本文以城市水环境质量提升为目标,结合统计分析、空间建模分析、地理信息可视化等手段,开展黄河流域城市尺度空间管控对策研究.以黄河流域62个城市为研究对象,采用地理信息系统空间分析技术,通过控制单元边界与地级行政区域界线拟合,将《重点流域水生态环境保护规划》划定的黄河流域58个控制单元进一步划分为163个城市控制子单元.分析了各城市水环境质量状况,筛选出流域内水环境问题较为突出的26个城市;从经济社会发展、水资源管理、水土保持、污染防控等4个方面构建了涵盖7项指标的水环境问题症结研判指标体系,通过空间建模分析,结果表明:(1)在经济社会发展方面包头市、西安市、银川市等城市经济社会发展迅速导致环境保护压力较大.(2)在水资源管理方面巴彦淖尔市、白银市、石嘴山市等城市水资源短缺且开发强度较大.(3)在水土保持方面榆林市、定西市、鄂尔多斯市等城市水土流失较为严重.(4)在污染防控方面兰州市、银川市、吴忠市、吕梁市、榆林市等工业聚集城市工业污染防控压力较大,西安市、安阳市、新乡市等中下游人口大市生活源污染防控压力较大,华北平原的安阳市、新乡市,汾渭平原的渭南市、运城市、临汾市以及宁夏回族自治区河套灌区的吴忠市、中卫市等城市农业污染防控压力较大.同时,针对上述突出水环境问题提出了城市水环境主要管控要点及上下游、左右岸相关城市协同管控建议.研究显示,黄河流域水环境问题较突出的城市主要分布在黄河“几字弯”处的宁夏回族自治区、内蒙古自治区、山西省、陕西省等省份,以上地区还需要在水污染防治、水土保持、水资源管理、产业绿色发展等方面进一步开展工作,推进流域生态环境质量持续改善.

关键词：水环境质量黄河流域城市问题分析对策建议

郑州市冬春季PM_(2.5)中金属元素污染特征、来源及健康风险评估

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环境科学 2024年第5期45卷 2548-2557页

作者：陶杰闫慧姣徐艺斐荆海涛河南省郑州生态环境监测中心郑州450007

于2021年1月和4月利用在线金属分析仪对郑州市大气PM_(2.5)中的18种金属元素进行连续测定,分析了元素浓度变化特征;采用富集因子、正定矩阵因子分解法(PMF)和特征雷达图对金属元素进行溯源;采用美国EPA健康风险评价模型评估其健康风险,... 详细信息

于2021年1月和4月利用在线金属分析仪对郑州市大气PM_(2.5)中的18种金属元素进行连续测定,分析了元素浓度变化特征;采用富集因子、正定矩阵因子分解法(PMF)和特征雷达图对金属元素进行溯源;采用美国EPA健康风险评价模型评估其健康风险,并通过后向轨迹法和浓度权重轨迹法(CWT)分析了健康风险的潜在源区.结果表明,春季元素浓度较高,Fe、Ca、Si和Al浓度之和分别占冬季和春季总元素浓度的89.8%和87.5%.Cd属于重度富集,受人为污染影响严重.冬季Pb、Se、Zn、Ni、Sb和K以及春季Cr、Ni、Fe、Mn、V、Ba、Ca、K、Si和Al浓度随污染等级的提高而增加.PMF源解析和特征雷达图结果表明,冬春两季金属元素主要来源为工业源、地壳源、机动车源和混合燃烧源,冬季多发生工业源和混合燃烧源污染,春季多发生地壳源污染.冬春两季均存在明显的非致癌风险,冬季健康风险更严重,Mn造成明显的非致癌风险.冬季健康风险主要受郑州及周边城市传输影响和西北方向远距离输送影响,春季健康风险主要受郑州及周边城市影响.

关键词：郑州市正定矩阵因子分解法(PMF) 特征雷达图健康风险潜在源区

黄河三角洲地区大气复合污染特征、成因与VOCs来源解析

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环境科学研究 2024年第3期37卷 439-454页

作者：宁倩贺美纪元元尹浩李吉东尚凡一张珂杨勇建李红高锐庄思源中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012 长江大学资源与环境学院油气地球化学与环境湖北省重点实验室湖北武汉430100 生态环境部环境工程评估中心北京100041 东营市生态环境局山东东营257091 滨州市生态环境局山东滨州256606

为了解黄河三角洲区域细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))大气复合污染特征和成因,本文利用2021年和2022年夏秋季黄河三角洲中心城市东营市、滨州市的挥发性有机物(VOCs)连续观测数据及常规污染物数据,识别对O_(3)和二次有机气溶胶(SOA)... 详细信息

为了解黄河三角洲区域细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))大气复合污染特征和成因,本文利用2021年和2022年夏秋季黄河三角洲中心城市东营市、滨州市的挥发性有机物(VOCs)连续观测数据及常规污染物数据,识别对O_(3)和二次有机气溶胶(SOA)生成有显著贡献的VOCs物种并对VOCs进行来源解析,同时利用基于观测的化学盒子模型探讨O_(3)的生成敏感性.结果表明:①黄河三角洲地区PM_(2.5)和O_(3)浓度“双高”的大气复合污染主要出现在秋季,夏季东营市和滨州市首要污染物均为O_(3),距离入海口越远的站点O_(3)超标天占比越高;秋季东营市和滨州市首要污染物均为PM_(2.5),且超标情况相近.②烯烃和含氧挥发性有机物(OVOCs)对臭氧生成潜势(OFP)的贡献大,优势物种为乙醛;芳香烃对SOA生成潜势(SOAFP)的贡献大,优势物种为1,2,3-三甲苯.③东营市夏秋季O_(3)生成均处于VOCs和NO_(x)协同控制区,且夏季O_(3)对NO_(x)更为敏感;滨州市夏秋季O_(3)生成分别处于VOCs和NO_(x)协同控制区、VOCs控制区,且夏季O_(3)对NO_(x)敏感性更高,秋季对VOCs敏感.④油气挥发源、工业排放源和机动车尾气排放源为该区域VOCs的主要来源,且VOCs来源解析结果存在空间上和季节上的差异.夏季,区域溶剂源和生物源VOCs的贡献率增加,东营市溶剂源贡献率(28.2%)明显高于滨州市(6%),机动车尾气排放源贡献率(11.5%)低于滨州市(29.6%);秋季,区域燃烧源和生物质燃烧源贡献率增加,东营市(25.9%)油气挥发源贡献率明显低于滨州市(42.4%).研究显示,黄河三角洲地区夏季应实施VOCs和NO_(x)的协同减排,秋季应优先控制VOCs排放;其次需要加强对油气挥发源、工业排放源和机动车尾气源VOCs的管控.

关键词：黄河三角洲大气复合污染臭氧生成潜势二次有机气溶胶(SOA)生成潜势来源解析

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《大气污染防治行动计划》对郑州市冬季PM_(2.5)浓度及化学组成影响

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环境科学 2024年第7期45卷 3849-3857页

作者：徐艺斐袁明浩王晶晶陶杰周伟峰河南省郑州生态环境监测中心郑州450001

基于《大气污染防治行动计划》实施前后,在污染严重的冬季(2013年和2018年12月同期),采集郑州市监测站的PM_(2.5)样品,分析PM_(2.5)化学组成,通过对比分析PM_(2.5)中的EC、OC、水溶性离子和金属元素的浓度变化来评估PM_(2.5)浓度及化学... 详细信息

基于《大气污染防治行动计划》实施前后,在污染严重的冬季(2013年和2018年12月同期),采集郑州市监测站的PM_(2.5)样品,分析PM_(2.5)化学组成,通过对比分析PM_(2.5)中的EC、OC、水溶性离子和金属元素的浓度变化来评估PM_(2.5)浓度及化学组成的变化,同时选取不同阶段重污染过程,探究PM_(2.5)浓度及组成的变化.结果表明:(1)郑州市冬季ρ(PM_(2.5))平均值由2013年的(215.38±107.28)μg·m^(-3)下降至2018年的(77.45±49.81)μg·m^(-3),下降率高达64%.(2)PM_(2.5)中EC、K^(+)、SO_(4)^(2-)和Cl^(-),分别下降了85%、80%、78%和72%;OC、NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)下降幅度较小,分别为50%、41%和32%.(3)与2013年冬季相比,2018年冬季OC/EC的值升高了2.6倍,二次有机碳在OC中占比升高至57%;同时,硫氧化率和氮氧化率的值分别升高了1.5倍和1.0倍,表明郑州市二次污染较为严重,二次转化程度升高.(4)NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)(质量比)由2013年的0.8±0.2升高至2018年2.5±1.0,表明郑州市移动源贡献上升并且超过固定源成为冬季大气污染的主要来源.(5)不同阶段重污染过程对比结果显示,与2013年相比,2018年重污染过程中PM_(2.5)浓度下降显著,峰值浓度下降了61%,主要化学组成由OC、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)变为OC、NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+).研究结果表明郑州市一次排放源管控取得了显著的成效,但二次生成对PM_(2.5)贡献呈现升高趋势,因此未来需要关注二次生成的影响.

关键词：大气污染防治行动计划 PM_(2.5) 化学组成二次生成重污染过程

钱塘江流域杭州段地表水中典型抗生素的分布特征及生态风险评价

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3247-3258页

作者：叶旭红张宝锋周猛何平刘子述冒冉叶永根朱英俊陈峰浙江省杭州生态环境监测中心浙江杭州370001 浙江大学环境与资源学院浙江杭州370001 中国科学院生态环境研究中心北京100085

采用固相萃取和超高效液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)首次测定钱塘江流域杭州段地表水中β-内酰胺类(β-Ls)、喹诺酮类(QNs)、磺胺类(SAs)、大环内酯类(MLs)、四环素类(TCs)、广谱抗菌药物(WAs)等6类83种典型抗生素的浓度水平,初步探明... 详细信息

采用固相萃取和超高效液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)首次测定钱塘江流域杭州段地表水中β-内酰胺类(β-Ls)、喹诺酮类(QNs)、磺胺类(SAs)、大环内酯类(MLs)、四环素类(TCs)、广谱抗菌药物(WAs)等6类83种典型抗生素的浓度水平,初步探明钱塘江流域杭州段中典型抗生素的区域分布特征,并利用风险熵值法评价了抗生素赋存的潜在风险.结果表明,46种抗生素在钱塘江流域杭州段有检出,地表水中抗生素总平均浓度在枯水期、平水期、丰水期分别为27.8,24.8,23.8ng/L,枯水期抗生素浓度略高于平水期和丰水期,且抗生素总检出浓度呈现上游>中游>下游的趋势.其中,林可霉素(LCM)的检出率高达98.2%,最高检出浓度为22.7ng/L,平均浓度与中位浓度分别为8.04ng/L和8.14ng/L,是区域地表水中的特征抗生素.其他检出率较高的抗生素有磺胺甲噁唑(SMX)、磺胺氯哒嗪(SCP)、甘宝素(CB)、甲氧苄氨嘧啶(TMP)、氟康唑(FCZ)、磺胺(SM)、克拉霉素(CLT)等,其平均浓度分别为3.60,2.56,1.07,0.97,1.09,1.08,0.70ng/L.主成分分析结果显示LCM、SMX、SM、SCP的浓度变化与其他抗生素有相比有显著差异.生态风险评价结果表明,钱塘江流域杭州段所有检出抗生素单项生态风险熵(RQ)均小于1.0,未发现高生态风险抗生素.

关键词：抗生素钱塘江地表水污染特征生态风险评价

北京山地森林群落物种多样性、生物量及其关系分析

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中国环境科学 2024年

作者：张蔷李令军陈韵如鹿海峰刘保献赵文慧苏日娜北京市生态环境监测中心

物种多样性与生态系统功能的关系是生态学研究的关键问题之一，生物量是生态系统功能的重要表现形式。为了解温带次生林物种多样性、生物量特征及其相关关系，本研究以北京山地森林群落为研究对象，布设151块样地进行实地调查。结果显示... 详细信息

物种多样性与生态系统功能的关系是生态学研究的关键问题之一，生物量是生态系统功能的重要表现形式。为了解温带次生林物种多样性、生物量特征及其相关关系，本研究以北京山地森林群落为研究对象，布设151块样地进行实地调查。结果显示：(1)森林群落151块样地中共出现植物399种，隶属于228属91科，菊科、蔷薇科和禾本科等为优势科。(2)森林群落垂直结构分层明显，不同层片间物种多样性表现为乔木层最低，灌木层和草本层较高。(3)在9个森林群落类型中，山杨林、核桃楸林、黑桦林和华北落叶松林物种丰富度较高，样地平均物种数在36种以上；其次是白桦林和蒙古栎林；油松林、栓皮栎林和蒙椴林较低，平均物种数在22-29之间。(4)森林群落乔木地表生物量介于3.00-25.00 kg/m2之间，平均值为12.73 kg/m2，针叶林生物量密度高于阔叶林，森林年龄结构以中龄林为主，未来具有较大的碳汇潜力。(5)回归分析显示北京森林物种多样性与生物量呈显著负相关，但是物种多样性对生物量的影响主要是与物种特性和环境因素的共同效应，其对生物量的独立解释度非常微弱。由于物种多样性与生物量之间的关系很可能会被非生物因素和生物因素的强烈影响所掩盖，建议未来的研究中应全面考虑环境因素、物种特性及管理措施等方面的综合影响。

关键词：物种多样性生物量温带次生林北京山地植物群落

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载氧沸石对沉积物-水剖面氮去除的机制

中国环境科学 2024年第7期44卷 3786-3799页

作者：杨兵罗竣潇唐炳然邓联军葛淼刘强张晓岭何强李宏重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400045 重庆市生态环境监测中心重庆401147 中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410004

以3种粉煤灰为原材料,制备了粉煤灰基载氧沸石,通过构建原位沉积物柱试验体系,探究了覆盖厚度为0.5,1.0和2.0cm的粉煤灰基载氧沸石对沉积物-水剖面氮的去除效果与机制.结果表明,粉煤灰基载氧沸石能通过吸附和释氧作用降低沉积物-水体系... 详细信息

以3种粉煤灰为原材料,制备了粉煤灰基载氧沸石,通过构建原位沉积物柱试验体系,探究了覆盖厚度为0.5,1.0和2.0cm的粉煤灰基载氧沸石对沉积物-水剖面氮的去除效果与机制.结果表明,粉煤灰基载氧沸石能通过吸附和释氧作用降低沉积物-水体系中的氮含量,并控制沉积物中氮的释放,改善效果与材料覆盖厚度正相关.覆盖25d后,0.5,1.0,2.0cm覆盖厚度处理组中沉积物-水界面处的溶解氧浓度分别为1.79,3.69,6.26mg/L,上覆水中总氮的去除率分别为22.77%､30.37%和39.10%,沉积物中氨氮释放通量相较于对照组分别削减了31.4%､47.00%和50.47%.此外,粉煤灰基载氧沸石提高了沉积物表层中参与硝化和反硝化作用的微生物丰度,并增加了硝化功能基因(amoA),反硝化功能基因(narG､napA､nirS和nirK)和好氧反硝化基因(napA)的丰度,表明在表面沉积物中发生了耦合的有氧-缺氧反硝化过程.研究结果有望为粉煤灰的资源化利用和水体内源污染治理提供新的视角.

关键词：载氧沸石覆盖沉积物内源污染好氧反硝化

北京市平原区浅层地下水水化学特征及成因分析

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环境科学 2024年

作者：王世玉马召辉常淼陈圆圆席玥陈吉吉崔迪陶蕾荆红卫鹿海峰沈秀娥刘保献北京市生态环境监测中心

地下水是缓解全球性缺水的重要资源，了解其水化学特征及成因机制对地下水的管理有重要意义。采集北京市平原区210眼浅层地下水监测井样品，利用统计分析、Piper三线图、空间插值法、Pearson相关性分析和离子比值法，研究北京市平原区... 详细信息

地下水是缓解全球性缺水的重要资源，了解其水化学特征及成因机制对地下水的管理有重要意义。采集北京市平原区210眼浅层地下水监测井样品，利用统计分析、Piper三线图、空间插值法、Pearson相关性分析和离子比值法，研究北京市平原区地下水的水化学特征、空间分布以及形成原因。结果表明：① 平原区6个地下水系水化学类型主要以HCO3·Ca型为主，永定河冲洪积扇下游部分点位水化学类型为HCO3-Na·Ca型。地下水中各化学组分空间变异系数均较大，有一定空间分布差异性；②地下水中Fe与Mn具有极强的显著正相关关系，空间分布也具有相似性，高浓度均分布在潮白河下游通州区域，主要是由该区域薄粘土层和砂交替的水文地质结构所致。地下水中Fe和Mn主要来源于地层中铁锰氧化物的溶解。高浓度F－主要分布在温榆河冲洪积扇及通州区域，与地下水流汇集及第四系通州多层黏性土和砂层交替结构有关。SO42-和NO3-也具有相似的空间布局，高浓度均分布在永定河冲洪积扇上游，可能与历史上渗井和坑的排污方式有关。③ 6个地下水系统水化学类型主要受碳酸岩和硫酸岩溶解控制，永定河冲洪积扇下游部分点位还一定程度上受硅酸岩矿物溶解影响。离子比例法显示潮白河冲洪积扇地下水水化学组分主要来源于方解石溶解；而温榆河和永定河冲洪积扇主要来源于白云石溶解；其他地下水系统水化学组分受方解石和白云石这两种碳酸岩矿物溶解影响。除此之外，研究区SO42-+C1-毫克当量浓度随NO3-毫克当量浓度的增加而增大，证实人为因素对地下水水化学组分的影响。研究结果将为北京市平原区地下水评价与管理提供数据支撑。

关键词：北京市平原区地下水水化学组分空间分布相关性分析成因分析