论文部分内容阅读
大气活性氮(Nr)是导致大气霾污染和过量氮沉降的主要前体物。随着近年来大气污染防治行动的深入,消减大气Nr排放量的任务逐渐被提上议事日程。大气Nr的来源包括自然源、农田施肥、养殖场、机动车、工业源、火电厂、生物质燃烧和燃煤锅炉等,识别不同来源大气Nr的排放特征和大气Nr的来源是实现Nr减排的关键所在。然而,以往针对不同来水源环境大气中Nr的实地测量资料较为缺乏,且已有研究多以排放清单估测为主,从受体角度开展来源解析的研究很少。鉴于此,本文以华北区域为主要研究对象,使用扩散管系统采集了农田施肥、养殖场、机动车源、燃煤、生物质燃烧源等5类来源的环境大气中的4种Nr成分,即氨(NH3)、硝酸气体(HNO3)、颗粒态铵盐(p-NH4+)和颗粒态硝酸盐(p-NO3-),在实验室测量了Nr的浓度和NH3的δ15N同位素,分析了不同来源的形态构成和变化规律,最终建立了一套NH3同位素源谱,并用于城市大气NH3来源研究,得到如下主要结果和结论:(1)养猪场大气Nr浓度显著高于养鸡场(P<0.05)。猪舍内NH3和p-NH4+浓度(1250.9和76.6μg/m3;数值为浓度的平均值,下同)显著高于(P<0.05)舍外(378.5和4.2 μg/m3),而舍内外大气HNO3和p-NO3-浓度(10.0和21.5 μg/m3)大小相似。鸡舍内仅NH3浓度(197.7 μg/m3)显著高于(P<0.05)舍外(77.3μg/m3),而舍内外其他Nr浓度大小相似(范围为6.2～10.7μg/m3)。(2)养殖场舍外、农田、隧道内、生物质燃烧和燃煤5种来源NH3的大气浓度的平均值分别为227.9、21.4、111.1、372.5(小麦秸秆)、26358.7(玉米秸秆)、411.9(玉米芯)和209.6μg/m3。其中,生物质燃烧产生的NH3浓度最高,其次是养殖场舍外、燃煤和隧道,农田大气NH3浓度最低。(3)养殖场舍外、农田、隧道内、生物质燃烧和燃煤5种来源p-NH4+的大气浓度的平均值分别为7.4、2.0、2.6、1074.1(小麦秸秆)、11529.7(玉米秸秆)、628.5(玉米芯)和146.5μg/m3。其中,生物质燃烧产生的p-NH4+浓度最高,其次是燃煤,养殖场舍外、隧道内和农田大气p-NH4+浓度较低。(4)养殖场舍外、农田、隧道内、生物质燃烧和燃煤5种来源HN03的大气浓度的平均值分别为9.9、4.4、7.6、35.8(小麦秸秆)、77.5(玉米秸秆)、117.7(玉米芯)和29.6μg/m3。其中,生物质燃烧产生的HN03浓度最高,其次是燃煤,养殖场舍外、隧道内和农田大气HNO3浓度较低。(5)养殖场舍外、农田、隧道内、生物质燃烧和燃煤5种来源p-N03-的大气浓度的平均值分别为14.6、5.5、5.3、48.0(小麦秸秆)、314.9(玉米秸秆)、69.1(玉米芯)和31.2μg/m3。其中,生物质燃烧产生的p-N03-浓度最高,其次是燃煤,养殖场舍外、隧道内和农田大气p-NO3-浓度较低。(6)从形态构成上看,5种来源环境大气中的Nr均以还原性氮(NHx NHx=NH3+p-NH4+)为主。其中,NH3是养殖场、农田、隧道和燃煤大气Nr最主要的存在形式(占比>50%),p-NH4+是生物质燃烧大气Nr最主要的存在形式(占比>50%)。这说明除了生物质燃烧,其他来源产生的Nr主要通过NH3的形式向外扩散传输,并没有在当地快速转化为颗粒物。(7)农田施肥、养殖场、机动车源、燃煤和生物质燃烧源5类主要来源的δ15N-NH3 值变化范围分别为-36.5‰～-15.0‰、-15.6‰～-9.2‰、0.8‰～4.3‰、-1.4‰～2.4‰和-10.8‰～-3.4‰。农业源的δ15N-NH3值明显低于非农业源,因此可根据δ15N-NH3值区分农业源与非农业源。(8)北京、石家庄、郑州、沈阳、平顶山(叶县和郏县)和廊坊(香河县)城市大气NH3浓度平均分别为14.3、19.1、12.9、10.0、25.2(叶县)、15.0(郏县)和16.4 μg/m3。大气NH3溯源结果显示城市大气NH3来源以非农业源为主,贡献比为52.7%～73.0%。