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珠三角地区是我国快速城市化地区。随着经济的快速发展,该地区大气颗粒物,尤其是细粒子PM2.5的污染问题严重。细粒子中的硫酸盐、硝酸盐和铵盐是珠三角地区PM2.5中的重要组成成分,其主要成分硫酸铵、硝酸铵主要是通过大气中的氨气与硫酸、硝酸发生化学反应而生成的,以二次来源为主。而大气中的氨气主要来自于农业生产,包括含氮化肥的施用和畜禽的养殖。因此,研究珠三角地区农业氨排放与PM2.5及二次粒子浓度间的关系对于解决珠三角地区的大气细粒子污染问题具有十分重要的意义。本文从珠三角地区种植业和养殖业氨的排放清单入手,运用美国环保局(U.S.EPA)的Model-3模型,深入分析了珠三角地区农业氨排放与大气中PM2.5和二次粒子浓度间的定量定性关系以及各种影响因素,再以此为基础提出了珠三角地区农业氨排放的调控措施,并对调控措施的效果进行了评估。
农业氨排放清单是空气质量模型模拟的基础。本文依据NARSES模型计算出2006年珠三角地区种植业一、四、八、十一四个典型月的氨排放量分别为59.24、2580.99、5707.55和74.58吨。其中尿素的贡献率最大,约为79%。其次为碳铵,约为20%。养殖业2006年的氨排放量达到71687.30吨,其中肇庆、佛山两地的养殖业氨排放量最大。生猪饲养是养殖业氨的重要来源。
受气象条件、地理位置及源排放等诸多因素的影响,四个典型月PM2.5及二次粒子的污染特征不同。大气中PM2.5和各二次粒子平均浓度的顺序为:一月>十一月>八月>四月。各典型月污染物浓度峰值期内,二次粒子占PM2.5质量浓度的比重都比月均值有显著增加。其中PNO3的质量浓度变化最大,其次为PNH4和PSO4。PM2.5和各二次粒子浓度最高的月份(一月)与农业氨排放量最大的月份(八月)时间上并不一致。一月、四月及十一月,PM2.5及二次粒子浓度的峰值出现在珠江口西岸地区,广州、佛山、肇庆、江门以及珠海一带。八月份峰值出现在江门、中山、佛山、东莞及惠州地区。
农业氨减排对二次粒子的浓度峰值有非常明显的削减作用。二次粒子浓度削减率对农业氨减排量的敏感性顺序为:PNO3>PNH4>PSO4。时间上,PNO3和PNH4浓度削减率对农业氨减排的敏感性顺序为八月>十一月>四月>一月。PSO4为四月>一月>八月>十一月。PM2.5为一月>十一月>四月>八月。四个典型月多数城市农业氨排放对本市二次粒子浓度的贡献最大;各城市的污染贡献率受气象条件和相对地理位置的影响比较明显。对于珠三角各城市农业氨排放量的线性削减,大气中二次粒子和PM2.5的浓度削减率呈现非线性响应。
通过合理施肥,氮肥替代,加强对畜禽饲料及粪肥的管理等多种措施的综合运用,不断提高农业现代化水平,在保证当地农业生产不受影响的条件下,珠三角地区农业氨的减排量可达到80%左右。四个典型月中,一月份单位质量氨减排对大气中PM2.5浓度的削减率最大,八月份最小。
一月和八月珠三角地区重点城市农业氨的减排措施为:一月,广州农业氨排放量削减80%,佛山减60%,江门减25%,中山减40%,肇庆减75%;八月,仅广州削减80%。调控方案的效果:一月:广州大气中PM2.5平均浓度降低4.69%,佛山降低6.24%,江门降低5.99%,中山降低5.50%,肇庆降低7.98%;八月:广州大气中PM2.5平均浓度降低2.90%,佛山降低2.34%,东莞降低1.95%,惠州降低1.68%。考虑到珠三角地区二氧化硫和氮氧化物的大量排放,酸雨频发的现状以及农业氨减排可能对农业生产造成的影响,现阶段该地区大气PM2.5浓度的控制对策应以减少二氧化硫和氮氧化物的排放为主,以农业氨的减排措施为辅,将二者有机结合,才能使该地区PM2.5的浓度得到有效控制。