全 文 ：生态科学2002年5月第21卷第2期 EcOLOGrcSCrENcEMay2002．21(2)：170一174
大气溴甲烷的释放与控制研究“
刘振乾1·3骆世明1
(1．华南农业大学广州5lO“2：2
陈桂株2段舜山3杨军1 陈玉芬1 王奎堂1
中山大学广州510275；3暨南大学广州510632)
l摘要】大气摸甲烷是破坏大气臭氧层的主要化合物之一．既有人为释放，也有自然释放，目前还存在着巨大的未
知豫。了解大气澳甲烷释放规律和控制措施，不仅对保护臭氧层具有重要意义，而且是大气误甲烷含量的历史追溯和未
来预测的重要基础．是全球变化研究热点。全面介绍了大气溴甲烷排放的途径和机制以及揭控排放通量的主要措施．并
分析了近期的优先研究领域。
美键词漠甲烷排放控制
中田分类号：x13】．1 文献标识码：A 文章编号：i008—8873(2∞2，一02_l70_∞
^nvlew0f鳓ld．蝴伽恤e佃li瞄蛐仰d∞nhd0f丑 n唧h盯kmc曲ylbr啦讨e／IJU丑1en币aⅡl，3，LUOSl】jmi雌1，CHEN
GuizllIl2，DUANshumhaI|3．YANGJunl，C}ⅢNYI如n1，w^NGK血8t191(1sou血chillaA舯 uliureunivBrsi‘y．cuan础ou510642；2
丑IoIlgBh肌uIlive鹅时，Gu趾鲈岫u510642；3五n肌Unive面ty，Guan乎hou5106皿)
^h啦ItctAtmo印hedcm llIylbromide(C如Br)ige衄dderedoneofthemonn帕8timpo栅Lozor持depledoncompoundB．Iti8bebeved
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Kqwor凼M讪vlb∞mlde，EⅡlis缸ons，Con响Lme吐mds
溴甲烷(cH3Br，又名“甲基溴”、“溴代甲烷”)属于
累积性毒剂，在室温下是一种无色气体，可通过各种途
径释放到大气层中。排艘到大气层中的溴甲烷，可直
接污染大气环境，危害生命的健康，也参与光化学反
应．产生一定的温室效应”∞1；特别是进人平流层的溴
甲烷，可向大气提供溴原子，对臭氧消耗起催化作用．
是臭氧层破坏的最重要的臭氧消耗化台物之
一⋯∞m]。C地Br是大气中最丰富的气态溴原子种
类，平流层中一半以上的溴原子是由溴甲烷提供的。
虽然C地Br在大气中的浓度远远低于CH，Cl，但单位
溴原子对臭氧的破坏能力大约是氯原子的50倍⋯J，
据估测，大约20％的南极臭氧消耗和5—10％的全球
平流层臭氧消耗与c地Br有关【5，7，圳。
19如年以来，溴甲烷排放与控制已成为国际上全
球变化研究关注的焦点问题【7∞]，我国目前既缺少实
际的研究工作，也很少有相关研究成果的介绍。
l大气溴甲烷含量与分布
澳代甲烷是大气中最丰富的气态溴原子种类，全
球平均为9～13p．p．t．v(p．p．t．v指体积比重为：1／
10”，滞F同)【⋯，按此计算，全球载量为150一210Gg
(1Gg=1099，以下同)。大气溴甲烷的地区分布与人口
分布和地区经济发展水平有一定关系，它在北半球大
气中的平均含量为10～15P．p．t．v，而南半球的大气含
量比北半球低15～30％。
2溴甲烷的排放及其机理机制
2．1人为生产与释放
大气溴甲烷的人为释放主要是汽车用含铅汽油的
排放和被用做熏蒸消毒剂的排放出，4“。工业上用溴
化钠、甲醇和硫酸反应或用甲醇和溴或磷反应来生产
溴甲烷。据估计，全世界溴甲烷用量约为7．15×l扩t
仃‘，其中仅有3％用于化学工业来生产其它产品，而
97％用于熏蒸消毒，发达国家的使用量占75％。由于
滇甲烷有累积毒性，所以室温下液态溴甲烷挥发成争
蒸汽时，经害虫的呼吸系统迸人害虫体内，将害虫杀
死。溴甲烷一般在封闭场所使用，但农业上则用它熏
杀作物害虫或螨类，也用于土壤消毒。用作熏蒸剂的
·中科院知识创新项目(Kxc)c2—302)、中科院鹤山丘陵练旨开放
实验站开放基金(200193906)。
刘振乾(1螂一)，男，研究方向：湿地环境与生态、垒球变化、景观生
态。电话020一85280211。E·啪n：幽enqi_一@曲ucom
20∞—叫_05收稿，2002．05-20接受
万方数据
2期 刘振乾等：大气溴甲烷的释放与控制研究 17l
溴甲烷有50％～80％可进人大气，tLfj于土壤中的溴甲
烷部分被土壤或植物降解，其余部分则逃逸到大气中，
逃逸的数量取决于土壤的理化性质和在土壤存留的时
间。汽车消耗含铅汽油的过程中+也可将演甲烷直接
排放到大气中。根据全球产量估测，每年有20～60Gg
的人造溴甲烷进入地球大气层_4“。
2．2自然台成与释放
大气溴甲烷的自然排放主要包括：海洋排放_2“、
陆地生物生产和释放[⋯、生物燃烧释放[5，”，“。溴甲
烷的合成是其排放的前提，从形成机理来看．溴甲烷的
生产主要分化学机制(非生物机制)和生物机制，生物
机制又分植物合成和微生物合成两个途径。与人为释
放不同的是，溴甲烷自然释放既难以定量评估，又基本
上不能控制，成为大气溴甲烷收支预算的重要障碍。
溴甲烷自然排放研究是一个较新的领域，对于臭氧层
的未来而言，卤甲烷自然释放的意义并不仅仅在于其
排放量的大小，更重要的是它在臭氧层破坏中所起到
的雪上加霜的作用。而它在大气溴甲烷总源中所占的
比重问题关系到对溴甲烷禁用策略的争议，因此也是
事关各国政治与经济民生的国际性事物。
2．2．1海洋的产生和释放
滨甲烷海洋生产途径包括化学反应和生物合成，
海洋浮游植物和大型藻类都可以生产溴甲烷，酶是促
进溴甲烷台成的重要途径”J。对南极藻类研究显示，
除南极冰藻很少产生溴代甲烷外，各种各样的南极大
型藻类可生产和释放C心Br，平均向海洋的释放速率
为l98pm01．g。1(湿重)·d_l，相对之下，温带大型藻类
的释放速率是南极藻类的10～50倍⋯J。
但海洋源的准确定量和制图是制约大气溴甲烷预
算的重要问题。一直以来，海洋释放被认为是溴甲烷
自然释放的最大源。但近来的考察发现⋯J，在大洋中
存在大面积的洋面溴甲烷不饱和状态。这些水域实际
上起刘澳甲烷汇的作用，而且海洋中的大型藻类和浮
游植物的合成速率也没有原来估测的那么高，现在认
为，海洋源的释放通量约为56Gz-订1。实际上，海洋
既是溴甲烷的源，又是它的汇，具有双重作用。极地和
亚极地大面积水体的溴甲烷不饱和状态．表明大洋是
溴甲烷的汇[“’3“。最近发现，在大洋中溶解后的溴甲
烷不仅会通过水解作用和卤化物的代换作用而被降
解汨’l“，也会受到生物的降解作用，主要是微生物的降
解作用““。在nodda海岸的亚热带海域溴甲烷的生
物降解速率平均值为9％·d～。据推断，滨甲烷的海洋
降解作用不仅依赖于温度，也应受养分条件、溶解有机
质、光照强度和特性等因素影响““。
2．2．2生物燃烧
生物燃烧可成为大气溴甲烷的源怛叽27，弛]。实验
显示”J，在以火焰燃烧为主的生物燃烧过程中，溴甲
烷的排放表现出有两个峰值，分别发生在旺燃期和闷
燃期。在缓慢燃烧(闷燃为主)的过程中，溴甲烷释放
峰值出现于闷燃阶段。根据Mano等的实验结果，发现
溴甲烷排放量与CO：和氯甲烷的排放量呈比例关系，
以此分别推算，便可得到生物燃烧形成的溴甲烷释放
通量，分别为9—37和22～50Gg·Yil。综合两个参数
推算全球热成因溴甲烷排放量的范围为10～50Gg-
一1(最佳估算值为30Gg·yrl)，与海洋和杀虫剂的成
因源属于同一个数量级，表明生物燃烧作为溴甲烷源
的重要性-”J。
2．2．3陆地生物的台成和释放
一直以来，人们认为海洋是大气溴甲烷最大的自
然来源，然而后来的研究改变r人们的这种认识。通
过对大洋表面溴甲烷的考察证实，大洋对溴甲烷的释
放量相当有限，而其在沿海地带的大气古量却出奇的
高，提醒人们陆地可能是溴甲烷重大的源。模拟实验
发现，酶和高等植物器官可以将Br一转化为
cmBr【“”】。例如，当漂浮于高浓度的卤离子溶液中
时，87种不同植物的叶盘可产生可测出的卤甲烷【3引．
而从卷心菜栽培品系中分离的卤化物一二硫甲烷、甲
烷转移酶：s—adensoyI—L—Me山ionnine(蛋氨酸，甲硫
氨酸)，可以促进由卤化物间卤甲烷的合成【6J。然而，
是否植物能自然产生澳甲烷呢?Can等¨刮用芸苔属
植物(Br∞sica)活体在天然土壤或混台有Br一的土壤中
生长，发现在Br一含量仅为o．4mgk一的土壤中的所有
植物都能测出溴甲烷的释放，其所有栽培品种和野生
的芥菜都以相似的速率生产溴甲烷，在Br一浓度为O．4
。100mg-kg_1的土壤中生长的芸苔属植物，每克(干
重)植物体cH，Br释放量随Br一浓度的增加而增加。
并发现有23—35％已经产生的溴甲烷会在24小时的汇
集过程中被消耗掉，不同品种问差异显著，表明土壤和
植物也是溴甲烷的汇。因此，溴甲烷的生产速率应比
实测值高23．35％。在没有植物或只有根系的土壤中，
无论其Br一浓度如何，都没有发现滨甲烷释放。因此
推断，溴甲烷是依靠植物的地上部分生产和释放的。
分析土壤和植物中的Br一之后又发现，在测试期间，无
论土壤原始的Br一浓度如何，土壤Br一总量的95±7％
出现在植物体中，只有一小部分(小于5％)保留在土
壤中，而且植物对Br一的吸收与土壤含量呈线性相关
(12=O．96)，溴甲烷生产速率叉与植物Br。含量呈线性
相关(T2=0．91)。因此进一步确定，植物首先从其生长
万方数据
万方数据
2期 刘振乾等：大气溴甲炕的释放与控制研究 173
还存在广泛而激烈的争议，溴甲烷控制政策的全面贯
彻执行还面临一定的阻力。
3．2技术途径
在技术措施方面，日前人类控制演甲烷排放的着
眼点在于对用做土壤熏蒸剂的溴甲烷排放的调控上。
主要措施包括薄膜覆盖、深埋、灌溉、降温、施肥等。
(1)薄膜覆盖。常温下的实验显示，不透性薄膜
(vIF)和高密闭性聚乙烯薄膜(HBF)对溴甲烷都有较
好的封闭效果，两种薄膜的溴甲烷透忡都受温度影响，
但不透性薄膜(vIF)的通量高峰值滞后于高温度约
12h，因而是防止溴甲烷逃逸的有效材料mJ。
(2)灌溉和温度调整。土壤中溴甲烷的降解依赖
于土壤温度和水分含量”4t43J。提高土壤水分含量则
可减少其挥发量，而温度对土壤溴甲烷排放的影响比
较复杂。温度升高会加快熏蒸剂的化学转化，但温度
和湿度对微生物降解作用的影响则依熏蒸剂种类不同
而起促进或抑制作用。有机质含量最丰富的土壤，其
微生物降解所占降解总量的比重也最高“⋯。有实验
证明．当土壤温度从20℃提高到50℃时，熏蒸剂降解
量提高5一12倍。因此，调整土壤温度和含水量也是
控制溴甲烷释放的有效措施。
(3)施加肥料和改良剂。Gan等L”‘报道化肥硫代
硫酸铵(A鹦)作为土壤改良剂可降低土壤熏蒸剂溴甲
烷挥发。在ATS改良的土壤中，溴甲烷被迅速降解为
Br。，其速率依赖于A码：cHBr的摩尔比和土壤温度。
在20℃条件下，当4倍于溴甲烷摩尔浓度的A1s作为
改良剂时．可使溴甲烷的半生命期由通常的5d减小到
5h。由于A1s是一种廉价的肥料，因此具有可观的应
用前景。G且n等¨纠还报道有机废物可用于减少土壤
熏蒸剂溴甲烷的排放。并发现溴甲烷的降解机制主要
是化学作用。在5cm厚的表层土壤加入5％的堆肥肥
料，可时溴甲烷释放量下降12％。有机堆肥与熏蒸剂
混合使用，即可控制害虫，又可增加土壤费力，有良好
的经济和生态效益。
(4)深埋法。增加溴甲烷埋藏深度．可延长溴甲烷
在土壤中的存留时间：提高土壤的降解速率(效率)。
(5)综合控制。在土壤中注入溴甲烷熏蒸剂后加
入不同数量的灌溉水可抑制溴甲烷向大气的排放。灌
溉后再用塑料薄膜覆盖的方法可有效地减少溴甲烷排
放【o】．同时结合均匀施用、与其它害虫控制剂结合使
用等多种技术的综合利用来减少溴甲烷排放，可使溴
甲烷释放减少60～90％【⋯。
3．3生物和化学途径
由于最近的研究巳经显示，陆地绿色植物和土壤
微生物都可能是溴甲烷重要的汇，酶的参与也是促进
滨甲烷降解的重要机制，因此，生物和化学措施有可能
成为控制溴甲烷排放的有效途径。比如，在某种条件
下，我们可以通过利用对溴甲烷有特效的降解微生物
或有强烈吸收作用的绿色植物来控制大气溴甲烷排放
量，或通过现代生物技术提高作物的吸收能力；也可以
分离出溴甲烷降解酶¨“，通过人丁合成和使用，促进
溴甲烷的土壤消耗。目前，这方面的工作暂时还没有
开展。
4结语
在全球气候变化中，臭氧层破坏可能是人类日前
所面临的最大危机，长期以来，全球除热带地区之外的
大部分区域平流层臭氧都有稀薄化倾向，且情形一年
比一年恶化[“3’““加．。因此，溴甲烷排放与控制研究
是全世界所共同面临的一大课题，近期内，研究的主要
内容应集中在以下几个方面。
(1)溴甲烷源汇平衡研究。溴甲烷的来源既有人
为释放，也有自然释放，前者为可控源，而后者则为不
可控来源，它们的相对重要性对预捌任何政策行为的
有效性都是十分关键的问题。
(2)大气溴甲烷未知源探索。大气溴甲烷未知源
的存在是该领域科学家们所面临的重要问题之一。根
据目前的估测，尽管存在不确定性，溴甲烷的源、汇总
量分别为137和206(Gg·yil)，因而估计存在着约70
Gg·yr4的大气溴甲烷未知源14“，如果考虑绿色植物的
去除作用，未知源的数额还应增大。由于溴甲烷未知
源比人为释放源总量(42Gg·y，1)还大L47I，且人造溴甲
烷将被清除，寻找溴甲烷未知源重要性可想而知，探索
重点是陆地生态系统。
(3)溴甲烷源汇机理机制研究。了解溴甲烷源汇
机理机制不仅是预测大气溴甲烷发展动态的基础，也
是为探索溴甲烷排放措施的提供依据，因此十分重要。
这是一个较新的研究领域。也是引起全球关注的研究
热点。
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万方数据
万方数据
大气溴甲烷的释放与控制研究
作者： 刘振乾， 骆世明， 陈桂株， 段舜山， 杨军， 陈玉芬， 王奎堂
作者单位： 刘振乾(华南农业大学,广州,510642;暨南大学,广州,510632)， 骆世明,杨军,陈玉芬,王奎
堂(华南农业大学,广州,510642)， 陈桂株(中山大学,广州,510275)， 段舜山(暨南大学,广
州,510632)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGIC SCIENCE
年，卷(期)： 2002,21(2)

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