农业氨减排对大气PM2.5污染治理的日趋重要

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农业氨减排对大气PM_2.5污染治理的日趋重要

随着我国大气污染防治的推进，二氧化硫和氮氧化物等酸性气体的排放得到了有效控制，但是氨气排放在近年来并没有显著变化。氨气主要来自于化肥施用和家畜蓄养等农业活动，同时也有少量来自交通运输和工业等排放。尚存在较大争议的问题是，农业活动对中国城市地区的氨气有多大贡献？在未来酸性气体进一步减排的背景下，农业源氨气排放对PM_2.5污染的治理有怎样的影响？新冠疫情期间，中国采取了前所未有的管制措施，大幅度减少了交通和工业等污染物排放，但是农业氨排放并未受到影响，甚至有所增加。这给我们了一次前所未有的机会能够在全国尺度上来揭示大气氨气浓度对管制措施的响应及其驱动因素，并探究农业源排放对PM_2.5污染的影响。中国农业大学与国内外合作者通过全国氮沉降监测网(NNDMN)、北京和上海等超级观测站点对大气氨气浓度的连续观测（图1），并结合IASI卫星观测数据分析发现，新冠疫情管制措施实施期间中国大气氨浓度大规模显著上升，尤其在华北平原地区（图2）。大气氨浓度上升幅度在农村地区最为明显（增加22%），在城市和偏远地区变化不明显（图1），且上升幅度与2015-2019年同期相比更大（图3）。

图1. 新冠疫情封锁前（2020年1月1日-1月26日）和封锁期间（2020年1月27日-2月26日）全国36个监测站（农村、城市和背景站）和北京、上海等3个超级观测站的氨气浓度监测值变化。

图2. IASI ((Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)卫星观测氨气柱浓度（a. 疫情管控措施执行前期；b. 疫情管控措施执行期间；c. 疫情管控期间与疫情发生前氨气柱浓度差值；d. NNDMN站点氨气柱浓度疫情期间较疫情前期变化）

图3. 2015-2020年全国氮沉降监测网36个站点疫情前期（PC）和疫情期间（CI）同期大气氨浓度变化（a）及2020年和2015-2019年期间疫情前后大气氨浓度均值比较（b）

基于大气化学模型模拟发现，中国南方大气氨浓度上升是由于酸性气体减排导致氨气向铵盐的转化降低导致，而中国北方则主要是由农业排放增加所致。如果农业源氨气排放削减50%，则可以抵消新冠疫情管制措施实施期间，由于酸性气体排放的降低，大气氧化性升高所导致的PM_2.5浓度的增长（图4）。这启示我们，随着未来我国进一步控制酸性气体排放，农业氨排放的协同减排对进一步削减大气PM_2.5污染尤为重要。

图4.  (a)基于NNDMN监测网36个站点观测(深紫色)和GEOS-Chem模拟(浅紫色)得出的管控措施执行期间全国大气NH₃平均浓度相比疫情发生前的变化以及模型敏感性分析模拟的不同因素对大气NH₃变化的贡献(黄色和蓝色)。(b)我国华北平原和东南地区疫情前期与管控措施执行期间大气NH₃平均浓度变化 (深紫色)和GEOS-Chem模拟(浅紫色)。GEOS-Chem模拟了华北平原和长三角地区SO₄^2-/SO₂ (c)和NO₃^-/NO_x (d)比值

该研究成果在中国卓越计划领军期刊Science Bulletin (https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.07.021, IF=20.6)发表。中国农业大学资源与环境学院许稳副教授、温章博士和中国海洋大学赵园红副教授为论文第一作者，中国农业大学刘学军教授、北京大学张霖研究员和清华大学贺克斌院士为论文的通讯作者。研究由南京信息工程大学、中科院大气物理研究所、兰州大学、浙江大学、澳大利亚墨尔本大学、比利时布鲁塞尔自由大学、美国科罗拉多州立大学和英国洛桑研究所等国内外科研机构共同参与