森林中六种生物质燃烧后产生的颗粒物研究 | MDPI Forests

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研究背景

燃烧被广泛认为是全球空气污染的主要来源之一。野火、森林火灾和农业作物残茬等生物质燃烧会排放多种微量气体，包括一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、颗粒物物质 (Particulate Matter, PM) 和挥发性有机化合物 (Volatile Organic Compounds, VOCs)。除了健康和安全问题之外，森林火灾会还会导致生态系统破碎、土壤退化、山坡不稳定以及生态系统服务减损等问题。已有学者研究了火灾实验中气态化合物和 PM 示踪剂的相关进展，但针对特定物种排放的具体贡献的相关研究分析不足。基于此，本研究分析了意大利南部的地中海地区，森林中生物质燃烧后产生颗粒物的颗粒大小和元素组成，以及其排放的气态化合物。

研究内容

本研究通过模拟火灾事件，分析了燃烧室中六种地中海物种和垃圾的生物质样本。研究人员使用扫描电子显微镜 (SEM/EDX) 对 PM 进行表征，并通过气相色谱法 (GC-MS) 对气体排放进行量化，从而识别潜在危险性较大的物种。研究人员选择了 PM 的三种颗粒直径 (PM10、2.5和1)，并将其化学组成用于颗粒源分配。研究人员对气态成分中的 CO、CO₂、苯、甲苯和二甲苯 (BTX) 进行了量化。所有样品都根据其特殊的颗粒和气体排放进行了描述和比较。

研究结果

实验结果表明 A.saligna 是排放的最高数量的颗粒，且其 KCl 值也很高；树木种类与细颗粒物质有关，研究发现树冠会拦截 PM10 并在燃烧过程中重新排放；灌木种类与土壤中重悬浮的颗粒有关；排放中最主要的芳香族化合物是苯和甲苯。基于主成分分析 (Principal component analyses, PCA) 获得的结果表明，元素和化合物大致分为两大类：内源性和外源性。内源元素主要在生物质燃烧过程中排放，其属于有机物的基本成分 (比如 C、N、K、Cl、Na、Ca、Mg、P 和 S 中的大部分都属于这一类)。外源性元素与沉积在叶子和植物表面的颗粒有关，这些颗粒在燃烧过程中会重新排放。研究人员认为低浓度 (Fe <3%) 的 Si、Al、Ti 和 Fe 是天然地壳成分 (主要由土壤再悬浮产生)，而具有较高 Fe 浓度的钢标记、路标和残留金属术属于人为来源。

图1.三维 PM 类别的主成分分析 (PCA)。

研究结论

本研究确定了对当地空气质量影响更大、燃烧时可能会对人类造成健康威胁的物种排序为：A.saligna (排放的粒子数量最多，气体排放的数量中等)；P.lentiscus (高密度颗粒；人为颗粒，如铁、钢和道路；排放了最多的气态化合物)；C. equisetifolia (高密度颗粒；与技术相关的颗粒，例如钢组中的铁，气体化合物的排放量最低)。本文还指出，与所有分析的物种相比，凋落物和 P.lentiscus 是大气中温室气体排放的最强贡献者，因为它们的 CO₂ 排放量明显更高。

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阅读英文原文

原文出自 Forests 期刊

Nestola, E.; Sgrigna, G.; Pallozzi, E.; Caccavale, L.; Guidolotti, G.; Calfapietra, C. Experimental Characterization of Particulate and Gaseous Emissions from Biomass Burning of Six Mediterranean Species and Litter. Forests 2022, 13, 322.

 Forests 期刊介绍

主编：Timothy A. Martin, University of Florida, USA

主要刊载林业及相关领域的最新科研成果。期刊目前已经被 Scopus、SCIE、Ei Compendex 等多个学术数据库收录，在中科院 SCI 期刊分区中位于林学二区 (2021年 12 月数据)。

2021 Impact Factor	3.282
2021 CiteScore	4.0
Time to First Decision	19.7 Days
Time to Publication	41 Days

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