万博体育水位高黄昕副教授等合作研究的氨减排环境效应的工作在《美国科学院院刊》发表

发布时间:2019-04-03浏览次数:127

2019年4月2日,《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America-PNAS)以Ammonia emission control in China would mitigate haze pollution and nitrogen deposition, but worsen acid rain(DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1814880116)为题,在线发表了万博体育水位高丁爱军教授课题组黄昕副教授作为共同一作与北京大学环境科学与工程学院等团队的合作成果,揭示了关于氨气减排在大气污染治理中作用的新认识。

氨气是大气环境中含量最为丰富的碱性气体,在大气环境和生态系统中扮演着重要角色。氨气一方面可以促进硫酸盐、硝酸盐的生成而增加大气细颗粒物(PM2.5)的浓度,另一方面可以中和大气酸性物质,降低酸雨对生态环境的影响。密集的氮肥施用和畜牧业养殖等农业活动使中国成为全球氨排放最高的区域之一。黄昕副教授在北京大学环境科学与工程学院宋宇教授课题组攻读博士期间,建立了我国高时空分辨率的氨排放清单,被引入清华大学MEIC清单数据库,成为国内外应用最广的中国地区氨排放清单之一。相关工作于发表在美国地球物理学会著名期刊Global Biogeochemical Cycles上的文章(Huang et al. 2012)为该期刊2012年以来所发表的近800篇文章中引用排名第一,为Web of ScienceESI高被引论文。

为了控制PM2.5为特征的大气复合污染问题,我国计划未来几年削减农业氨排放。但在化石燃料排放大量二氧化硫和氮氧化物的背景下,氨减排可能加剧酸雨等生态环境问题,而目前对这种复杂的综合效应缺乏定量的分析。针对上述问题,相关团队基于多年氨通量观测和自主研发的氨排放模型,结合三维空气质量数值模拟,评估了中国氨排放削减潜力,重点揭示其对PM2.5污染、氮沉降和酸雨的复杂的综合效应。

研究表明,中国目前高强度的氨排放主要是由粗放的农业生产模式导致的。如果提高氮肥施用效率和加强畜牧业养殖的粪尿管理,全国氨气年排放量可下降50%。国家计划2015−2020年二氧化硫和氮氧化物减排15%,如果同步削减50%的氨排放,全国重点区域(华北、南方地区和四川盆地地区)年均PM2.5质量浓度可下降7.0−11.2 μg m−3,占总浓度的11−17%,主要来自于硝酸铵浓度的下降。氨减排降低PM2.5的效果在冬季霾天气更加明显,平均PM2.5浓度可下降13.4−20.0 μg m-3。氨减排也可以同时降低大气氮沉降量,使得全国氮沉降超过临界负荷的面积由2015年的163万平方公里降低至86万平方公里。但值得警惕的是,氨减排将导致全国重酸雨污染面积扩大15万平方公里,其中我国东部地区的降水酸化将明显增强,年均降水pH降幅可达1.0个单位。因此,中国氨减排一方面有利于降低PM2.5浓度,减少人群暴露风险,但另一方面会带来酸雨问题的恶化,对生态系统产生不利影响,需要依据环境和生态效应分区域制定我国氨减排计划。该研究进一步基于费用-效益分析,提出华北地区氨排放可在未来几年削减20−30%,而南方地区和四川盆地需进一步优先控制二氧化硫和氮氧化物。该项研究成果对改善中国大气污染状况和保护生态系统具有重要的指导意义。

氨(NH3)在大气环境中的复杂效应示意图

北京大学环境学院宋宇教授和朱彤教授为该工作通讯作者,北京大学2014级博士研究生刘明旭和万博体育水位高黄昕副教授为共同第一作者,共同参与相关数据分析、模式模拟和论文撰写,万博体育水位高丁爱军教授以及国内10余家单位的学者也参与了相关工作。


相关链接:

Huang, X., Song, Y., Li, M., Li, J., Huo, Q., Cai, X., Zhu, T., Hu, M., and Zhang, H.: A high-resolution ammonia emission inventory in China, Global Biogeochemical Cycles, 26, 10.1029/2011gb004161, 2012.

Liu, M., Huang, X., Song, Y., Tang, J., Cao, J., Zhang, X., Zhang, Q., Wang, S., Xu, T., Kang, L., Cai, X., Zhang, H., Yang, F., Wang, H., Yu, J., Lau, A., He, L., Huang, X., Duan, L., Ding, A., Xue, L., Gao, J., Liu, B., and Zhu, T., Ammonia emission control in China would mitigate haze pollution and nitrogen deposition, but worsen acid rain, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, https://doi.org/10.1073/pnas.1814880116, 2019. 


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