氨减排在PM2.5污染控制中占据重要地位

前言

一项中国农业大学资源与环境学院和中国海洋大学研究团队的研究成果，阐述了氨减排在PM2.5污染控制中日益增加的重要性。该研究以“Increasing importance of ammonia emission abatement in PM2.5 pollution control”为题发表于“Science Bulletin”期刊。该研究的亮点在于阐明了在疫情封控期间，各类污染物直接排放明显降低对大气氨浓度的影响，以及明确了在未来非农业氨排放降低的背景下，农业氨减排对实现PM2.5有效控制的潜力。

研究背景

由于疫情封控对人为活动的限制，在此期间各类大气污染物的排放显著降低，但是雾霾污染事件依旧频繁出现。大气氨作为细颗粒物的关键前体物之一，其在此期间的浓度变化规律尚未明确。尽管农业活动被普遍认定为是大气氨的主要来源，但已有研究显示化石燃料燃烧对中国城市大气氨的贡献显著，这表明城市氨排放的主导源仍需深入解析。封控期间的排放管控（尤其是化石燃料燃烧的限制），为探究大气氨的核心排放源及其对PM2.5的生成机制提供了独特的研究窗口。

研究方法

通过分析我国氮沉降监测网（NNDMN）提供的2015-2020年间地表氨监测数据、结合实时原位测量数据、卫星观测数据和借助大气化学模型模拟，探究了封控期间我国大气氨浓度的变化，并揭示农业氨减排对于大气PM2.5控制的潜力。

研究结果

36个NNDMN地面监测站点数据显示，封控期间，全国大气氨平均浓度显著上升9.0±6.1µg m-3（封控前为7.7±5.7µg m-3），而不同站点类型之间有明显差别，比如农村站点的大气氨浓度显著上升，而城市站点却呈现出稍有降低的趋势。此外，相比于封控前，2020年封控期间氨浓度的增量（17%）要比2015-2019年同时期增量（9%）更高。

基于实时测量数据，北京城市监测点的日均氨浓度在封控期间比封控前上升了8%，铵根、硝酸盐、硫酸盐和氯离子等二次无机气溶胶（SIA）的平均浓度显著上升（从21.6 µg m-3到41.4 µg m-3）。而上海的城市站点和农村站点日均氨浓度在封控期间虽然均有所上升，但是SIA却呈现了降低趋势，同时铵根离子在NHx中的比例也呈现与北京城市站点不同的变化（北京升高，而上海降低），这一现象揭示了我国南北方大气环境驱动因子的地域性差异。此外，大气氨浓度上升趋势不仅通过地面监测数据得到验证，IASI卫星（隶属于欧洲气象卫星组织的MetOp系列极轨气象卫星）观测更显示封控期间中国氨柱浓度出现显著增长，其中华北平原增幅高达25%，是全国变化最剧烈的区域。

为探究封控期间大气氨变化的主要原因，研究采用GEOS-Chem大气化学模型开展一系列情景模拟。与标准模拟相比，敏感性实验相应改变了非农业、其他污染物和气象条件，来区分他们对大气氨浓度变化的贡献。

标准模拟结果与地面观测进行对比发现，模型模拟基本再现了我国东南部地区大气氨的浓度增长趋势，但对北方地区氨浓度存在低估。封控期间其他污染物（主要是NOx，SO2和VOCs）的排放减少抑制了气态氨向铵根的转化，造成了大气氨浓度的上升（这一现象在我国东南地区体现明显），但是非农业源的氨排放量降低又在一定程度上抵消了这种氨浓度的上升。在我国北方，虽然非农业氨排放降低了，但是由于气象条件和封控造成的农产品滞留问题，导致农业氨排放反而增加了，这解释了为什么封控期间非农业氨排放降低，而我国北方地区大气氨浓度和铵根比例却均有所增加的现象。

研究结论

在封控期间，我国大气氨浓度普遍上升，农村地区呈现显著的增加，而北京站点区域和城市的增加并不是很显著。北方的大气氨浓度上升主要由农业氨排放增加所驱动。基于情景模拟发现，20%的农业氨减排能够抵消全国范围内大气氨浓度的增加。而NOx等其他污染物排放降低抑制了气态氨向铵根的转化（提高大气氧化性，促进二次气溶胶的形成），则至少需要额外50%的其他污染物减排才能抵消。结合其他污染物减排将会引起大气氨浓度上升的事实，酸性气体排放控制与农业氨排放控制有效结合，才能有效抑制我国冬季雾霾。