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  • 科研進展

    STOTEN: 農田施肥排放的氨氣影響城市有限

      隨著我國《大氣污染防治行動計劃》(國十條)的實施,二氧化硫等酸性氣體排放得到有效控制,但堿性氣體氨的減排政策卻遲遲未落地,導致銨鹽氣溶膠成為我國大氣細顆粒物的主要成分。由于種植業和畜牧業是氨排放大戶,在農業生產過程中推進氨減排的倡議不斷被提上議事日程。然而,農業源排放的氨氣到底有多少能夠傳輸到城市,進而影響到大氣細顆粒物的濃度水平,這個基礎科學問題并沒有清晰的答案。

      氨在大氣中的停留時間較短,其濃度高值一般出現在排放源周圍的大氣環境中。離開排放源后,氨很容易與酸性前體物反應而進入顆粒相。同時,氨在大氣擴散過程中會發生干沉降或被植被和土壤吸附。上述因素都導致農田排放的氨氣很難發生長距離傳輸而進入城市大氣中。每年三月,伴隨著溫度升高,華北農田春播施肥進入密集階段,這一場景為檢驗農業活動對城市大氣氨濃度的影響提供了最佳時機(圖1)。 
      中國科學院大氣物理研究所潘月鵬研究員團隊與國內外科學家合作,發展了一套能夠在小時尺度上測量大氣氨氮同位素的方法,進而對春季施肥期間城市氨氣來源進行了定量解析。結果發現,華北農業源(施肥)排放對北京大氣氨濃度的最大貢獻為43.5% (26.0%);如果考慮大氣傳輸過程中氨氣與銨鹽之間的氮同位素分餾效應,農業源(施肥)的貢獻僅為29.1 % (12.8%)。該研究認為,即使在氨揮發強烈的春季施肥期間,農業活動也不是城市大氣氨的主要來源(圖2)。
      “盡管農業活動的影響有限,但本研究的同位素證據表明,農業氨排放的確能夠發生長距離傳輸而直接影響北京氨氣濃度,挑戰了氨排放后主要發生近源沉降的傳統觀點”,潘月鵬研究員補充道,“在農業氨減排基礎上,進一步削減機動車等非農業源排放將有助于緩解氨排放引起的大氣細顆粒物污染”。
      上述研究成果發表于環境領域知名期刊Science of The Total Environment (IF=7.963)。中國科學院大氣物理研究所2017級碩博連讀生顧夢娜為該論文第一作者,潘月鵬研究員為通訊作者。論文合作單位包括中國科學院沈陽應用生態研究所和美國布朗大學。該研究受到國家自然科學基金(No. 42077204)項目資助。
      論文信息:
      Gu, M.; Pan, Y.*; Sun, Q.; Walters, W. W.; Song, L.; Fang, Y., Is fertilization the dominant source of ammonia in the urban atmosphere? Science of The Total Environment, 2022. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155890

     

    圖1:農業源氨排放通過大氣傳輸影響城市氨氣濃度示意圖。

    圖2:基于氮同位素組成測量值(a)和初始值(b)解析北京大氣氨來源。

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