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Dynamics of atmospheric ammonia concentrations near different emission sources

不同排放源周边大气环境中NH3浓度动态



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆猿期摇 摇 圆园员猿年 员圆月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
基于树干液流技术的北京市刺槐冠层吸收臭氧特征研究 王摇 华袁欧阳志云袁任玉芬袁等 渊苑猿圆猿冤噎噎噎噎噎噎
三疣梭子蟹增养殖过程对野生种群的遗传影响要要要以海州湾为例 董志国袁李晓英袁张庆起袁等 渊苑猿猿圆冤噎噎噎
土壤盐分对三角叶滨藜抗旱性能的影响 谭永芹袁柏新富袁侯玉平袁等 渊苑猿源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南美斑潜蝇为害对黄瓜体内 源种防御酶活性的影响 孙兴华袁周晓榕袁庞保平袁等 渊苑猿源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林凋落物养分输入量的早期影响 肖银龙袁涂利华袁胡庭兴袁等 渊苑猿缘缘冤噎噎噎噎
茎瘤芥不同生长期植株营养特性及其与产量的关系 赵摇 欢袁李会合袁吕慧峰袁等 渊苑猿远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
雷竹覆盖物分解速率及其硅含量的变化 黄张婷袁张摇 艳袁宋照亮袁等 渊苑猿苑猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
渍水对油菜苗期生长及生理特性的影响 张树杰袁廖摇 星袁胡小加袁等 渊苑猿愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
广西扶绥黑叶猴的主要食源植物及其粗蛋白含量 李友邦袁丁摇 平袁黄乘明袁等 渊苑猿怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氮素营养水平对膜下滴灌玉米穗位叶光合及氮代谢酶活性的影响 谷摇 岩袁胡文河袁徐百军袁等 渊苑猿怨怨冤噎噎噎
孕云韵杂对斑马鱼胚胎及仔鱼的生态毒理效应 夏继刚袁牛翠娟袁孙麓垠 渊苑源园愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
浒苔干粉末提取物对东海原甲藻和中肋骨条藻的克生作用 韩秀荣袁高摇 嵩袁侯俊妮袁等 渊苑源员苑冤噎噎噎噎噎噎
基于柑橘木虱 悦韵玉基因的捕食性天敌捕食作用评估 孟摇 翔袁欧阳革成袁载蚤葬 再怎造怎袁等 渊苑源猿园冤噎噎噎噎噎噎
健康和虫害的红松挥发物对赤松梢斑螟及其寄生蜂寄主选择行为的影响
王摇 琪袁严善春袁严俊鑫袁等 渊苑源猿苑冤
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种群尧群落和生态系统
小麦蚕豆间作对蚕豆根际微生物群落功能多样性的影响及其与蚕豆枯萎病发生的关系
董摇 艳袁董摇 坤袁汤摇 利袁等 渊苑源源缘冤
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喀斯特峰丛洼地不同生态系统的土壤肥力变化特征 于摇 扬袁杜摇 虎袁宋同清袁等 渊苑源缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土高原人工苜蓿草地固碳效应评估 李文静袁王摇 振袁韩清芳袁等 渊苑源远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
粉垄耕作对黄淮海北部土壤水分及其利用效率的影响 李轶冰袁逄焕成袁杨摇 雪袁等 渊苑源苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
三峡库区典型农林流域景观格局对径流和泥沙输出的影响 黄志霖袁田耀武袁肖文发袁等 渊苑源愿苑冤噎噎噎噎噎噎
基于 月孕 神经网络与 耘栽酝垣遥感数据的盐城滨海自然湿地覆被分类 肖锦成袁欧维新袁符海月 渊苑源怨远冤噎噎噎噎
寒温带针叶林土壤 悦匀源吸收对模拟大气氮沉降增加的初期响应 高文龙袁程淑兰袁方华军袁等 渊苑缘园缘冤噎噎噎噎
寒温针叶林土壤呼吸作用的时空特征 贾丙瑞袁周广胜袁蒋延玲袁等 渊苑缘员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土高原小麦田土壤呼吸季节和年际变化 周小平袁王效科袁张红星袁等 渊苑缘圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同排放源周边大气环境中 晕匀猿浓度动态 刘杰云袁况福虹袁唐傲寒袁等 渊苑缘猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
施加秸秆和蚯蚓活动对麦田 晕圆韵排放的影响 罗天相袁胡摇 锋袁 李辉信 渊苑缘源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
基于水声学方法的天目湖鱼类资源捕捞与放流的生态监测 孙明波袁谷孝鸿袁曾庆飞袁等 渊苑缘缘猿冤噎噎噎噎噎噎
应用支持向量机评价太湖富营养化状态 张成成袁沈爱春袁张晓晴袁等 渊苑缘远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
亚热带 源种森林凋落物量及其动态特征 徐旺明袁 闫文德袁李洁冰袁等 渊苑缘苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
青蒿素对蔬菜种子发芽和幼苗生长的化感效应 白摇 祯袁黄摇 玥袁黄建国 渊苑缘苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
晕韵参与 粤酝真菌与烟草共生过程 王摇 玮袁赵方贵袁侯丽霞袁等 渊苑缘愿猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于核密度估计的动物生境适宜度制图方法 张桂铭袁朱阿兴袁杨胜天袁等 渊苑缘怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
施氮方式对转基因棉花 月贼蛋白含量及产量的影响 马宗斌袁刘桂珍袁严根土袁等 渊苑远园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
未来地球要要要全球可持续性研究计划 刘源鑫袁赵文武 渊苑远员园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆怨圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄员圆
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 兴安落叶松林景观要要要中国的寒温带针叶林属于东西伯利亚森林向南的延伸部分袁它是大兴安岭北部一带的地带
性植被类型袁一般可分为落叶针叶林和常绿针叶林两类遥 兴安落叶松林景观地下部分为棕色森林土袁中上部为灰化
棕色针叶林土袁均呈酸性反应遥 随着全球气候持续变暖袁寒温针叶林生态系统潜在的巨大碳库将可能成为大气 悦韵圆
的重要来源袁研究表明袁温度是寒温针叶林生态系统土壤呼吸作用的主要调控因子袁对温度的敏感性随纬度升高而
增加袁根系和凋落物与土壤呼吸作用表现出相似的空间变异性遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 23 期
2013年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.23
Dec.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(41071151)(40901144)
收稿日期:2012⁃09⁃13;     修订日期:2013⁃04⁃18
∗通讯作者 Corresponding author.E⁃mail: liu310@ cau.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201209131289
刘杰云,况福虹,唐傲寒,沈健林,王国安,孟令敏,刘学军.不同排放源周边大气环境中 NH3浓度动态.生态学报,2013,33(23):7537⁃7544.
Liu J Y, Kuang F H,Tang A H, Shen J L,Wang G A, Meng L M, Liu X J.Dynamics of atmospheric ammonia concentrations near different emission
sources.Acta Ecologica Sinica,2013,33(23):7537⁃7544.
不同排放源周边大气环境中 NH3浓度动态
刘杰云1,2,况福虹3,唐傲寒1,沈健林2,王国安1,孟令敏1,刘学军1,∗
(1. 中国农业大学资源与环境学院,北京  100193;
2. 亚热带农业生态过程重点实验室,中国科学院亚热带农业生态研究所,长沙  410125;
3. 山地表生过程与生态调控重点实验室,中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,成都  610041)
摘要:2010年 4月—2011年 3月利用 ALPHA被动采样器,研究了北京市不同排放源附近 NH3 浓度的时空变异及其在大气环境
保护中的启示。 结果表明:大气中 NH3 的年均浓度可以分为 3个层次,以养殖场猪舍内(2479 μg / m3)和垃圾填埋场的原水调
节池(2801 μg / m3)浓度最高;其次为养殖场粪水池边(205 μg / m3)和垃圾填埋场厌氧换热工房(198 μg / m3),而交通源附近的
公路边(15.2 μg / m3)、垃圾填埋场办公区(11.1 μg / m3)和远郊农田(7.8 μg / m3)浓度相对最低。 受垃圾组成,温度及降水的影
响,垃圾填埋场原水调节池的 NH3 浓度变化较大,最高浓度(137 μg / m3)和最低浓度(6581 μg / m3)相差达 47倍以上。 养殖场
猪舍内 NH3 浓度受温度及窗户开闭的影响,表现出冬季高,夏季低的变化趋势,而猪舍外粪池边则相反。 交通源附近由于受高
浓度的颗粒物含量和温度影响,NH3 浓度表现出夏季高、冬季低的变化规律。 农田受施肥和温度的影响,也表现出夏季高、冬季
低的季节变化。
从大气浓度推断,单位面积猪舍和填埋场原水调节池 NH3 排放量远高于施肥农田,均为 NH3 的重要排放源。 另外,交通源
附近(公路边)的 NH3 浓度几乎为远郊农田的两倍,提醒人们在关注机动车尾气造成 NOx 污染的同时,也应重视其 NH3 排放所
致的大气污染,后者与机动车普遍安装的尾气后处理装置(三元催化器)有关。
关键词:NH3;养殖场;垃圾填埋场;交通源;农田
Dynamics of atmospheric ammonia concentrations near different emission sources
LIU Jieyun1,2, KUANG Fuhong3,TANG Aohan1, SHEN Jianlin2,WANG Guo′an1, MENG Lingmin1, LIU Xuejun1,∗
1 College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China
2 Laboratory of Agro⁃Ecological Processes in Subtropical Regions, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China
3 Key Laboratory of Mountain Environment Evolvement and Regulation, Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences,
Chengdu 610041, China
Abstract: Ammonia (NH3 ) is an important alkaline gas and precursor of secondary aerosols or fine particulate matter
(such as PM2.5) in the atmosphere. NH3 is mainly from agricultural sources ( ammonium based N fertilizers and livestock
wastes) . However, the contribution of urban and industrial sources to atmospheric NH3 has become an environmental
concern with accelerated urbanization and industrialization in China. Therefore this paper studied the spatial⁃temporal
variability of NH3 and its applications in environmental protection at different sites near various emission sources in Beijing
using ALPHA passive samplers during April 2010 and march 2011. The annual mean NH3 concentration can be classified to
three levels, the highest NH3 concentrations were found at fatting house at a swine farm site (2379 μg / m
3) and a waste
water pool at a refuge landfill site (2801 μg / m3). The second high concentrations occurred at a manure pit nearby a swine
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farm site (205 滋g / m3) and anaerobic heat workshop of refuge landfill site (198 滋g / m3). The lowest NH3 concentrations
were observed at the avenue beside the gate of China Agricultural University (15.2 滋g / m3), working area of refuge landfill
site (11. 1 滋g / m3 ) and cropland at Shangzhuang site ( 7. 8 滋g / m3 ). Due to garbage components, temperature and
precipitation, the NH3 concentrations near raw water pool of refuge landfill varied at very large scope (137—6581 滋g / m
3)
during the sampling period. As affected by the open and close of the window, the concentrations of fattening house of swine
farm were highest in winter, and lowest in summer, which was opposite to the variation at manure pit. The NH3
concentrations were highest at in summer, and lowest in winter, which may be ascribed to the high concentration of
particulate matter (PM2.5) near traffic source, and high NH3 volatilization with high temperature in summer. Due to the
fertilization mode and change of air temperature, the NH3 concentrations on the farmland revealed the same seasonal pattern
as the traffic source. Our results suggest that fattening house of swine farm and raw water pool of refuge landfill were very
important NH3 emission sources compared with fertilized cropland, based on emission densities. Besides, the concentration
near the avenue was twice as high as that near the cropland, suggesting that the traffic exhausts not only contribute to NOx
emission, but also to NH3 emission, which was largely related to motor vehicles with catalytic converters.
Key Words: NH3; swine farm; refuge landfill; traffic source; cropland
大气中 NH3主要来自低空排放源,且在排放源附近干沉降量很大。 高浓度的氨,会对人体和动物健康造
成潜在危害[1]。 近年来,全球大气活性氮排放量急剧上升[2]。 其主要的排放源有养殖业、生物质燃烧、氮肥
施用、污水和汽车尾气等[3]。 王文兴[4]根据欧洲排放因子估算了我国 NH3排放强度,畜禽养殖排 NH3量占人
为源的 64%,氮肥施用占 18%,人类粪便占 17%。
农业生产中,氮肥过量产生大量的 NH3挥发[5鄄6]。 而畜牧业排放的氨更为可观,有研究[7鄄8]表明,大气中
来自动物粪便排放的氨是农业源的 4倍多。 集约化养殖场氨过量排放,可通过各种形式对生态系统产生直接
和间接损害[9鄄10]。 此外,全球城市扩张愈演愈烈,人口剧增,日常生活产生的垃圾及污水排放的 NH3,也危害
着人类的健康[11]。
有研究报道[12]华北地区大气氮素的干沉降高于欧洲、北美等国家,而气态 NH3沉降在干沉降中占重要的
地位。 北京地区大气中 NH3浓度为 0.2—44.4 滋g / m3,且城市高于城郊[13鄄14]。 但对于不同来源 NH3对大气中
氨浓度的影响目前还鲜有报道。 在北京等特大型城市,大气 NH3来源十分复杂,因此,对大气 NH3污染源进行
深入研究势在必行。 本文研究了北京地区的 NH3典型排放源,初步探明了不同排放源的 NH3浓度动态,分析
了各排放源的污染特点,以期为大气污染控制等一系列法规的制定提供理论依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 监测点概况
本研究选取位于北京市的 4个典型 NH3排放源(表 1),分别为、六里屯卫生垃圾填埋场排放源、顺义区北
郎中养殖场排放源、海淀区圆明园西路(中国农业大学西校区门口公路)交通源和海淀区上庄村农田排放源。
各监测点均位于平坦开阔的空间,周围无障碍物影响采样。 采样区域年平均温度 12.5益,多年平均降水量为
400—800mm,主要集中在 6—9月份,雨热同期。 垃圾填埋场内原水调节池与厌氧换热工房及厌氧换热工房
与办公区相距均约 100m,原水调节池与办公区相距约 250m,其中原水调节池为垃圾填埋场 NH3主要来源之
一,采样期间已加盖,选取本监测点可得到垃圾渗滤液未经处理时排放的 NH3浓度,代表了垃圾填埋场污染物
浓度的上限,而厌氧换热工房内的 NH3浓度代表了渗滤液经过氧化池和厌氧发酵处理后排放的 NH3浓度,即
处理过程中污染物的排放;办公区浓度可代表垃圾填埋场的整体处理效果;背景点位于距离场区 500m 处,此
地区上风向的树林内。 北郎中养殖场为一个存栏量 8000头,年出栏肥猪和育种猪 15000头的集约化养猪场,
育肥猪舍代表了整个养殖场猪舍内的 NH3浓度水平,粪池边代表了猪粪对大气的排 NH3量,育肥猪舍与粪水
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池相距约 200m。 公路交通源处日平均交通量为 8万辆,采样点位于公路旁的绿化带内,本采样点位于北京市
北五环边上,污染程度介于三环以内和郊区之间,可代表北京市公路交通源 NH3浓度的平均水平。 上庄约
40%的土地为农田,其他主要土地利用类型包括居民区、商业区和公路,采样点位于上庄试验站农田内,实验
站内全部为试验田,可很好的代表农田 NH3污染水平,采样期间主要作物种植体系为冬小麦 /夏玉米轮作
体系。
表 1摇 不同排放源附近监测点概况
Table 1摇 Introduction of different monitoring sites near emission sources
排放源
Emission sources
采样点
Sampling site
经纬度
Location
采样时段
Period of Sampling
采样点类型
Sampling type
垃圾填埋场 原水调节池 Raw water pool 39毅56忆N,116毅29忆E 2010鄄04鄄08—2011鄄03鄄30 城郊 Suburb site
Refuge landfil 厌氧发酵室 Anaerobic heat workshop 2010鄄04鄄08—2011鄄03鄄30
办公区 Working aera 2010鄄06鄄07—2011鄄03鄄30
背景点 Background 2010鄄12鄄20—2011鄄02鄄17
养殖场 Swine farm 育肥猪舍 fatting house 40毅03忆N,116毅41忆E 2010鄄05鄄04—2011鄄01鄄17 城郊 Suburb site
粪池边 Manure pit 2010鄄03—2011鄄01鄄20
交通源 Traffic source 圆明园西路 Yuanmingyuan West Road 39毅50忆N,116毅08忆E 2010鄄04鄄08—2011鄄03鄄30 城市 Urban site
农田 Farm land
农大上庄农业试验站
Shangzhuang experimental station of China
Agricultural University
40毅08忆N,116毅11忆E 2010鄄05鄄09—2011鄄03鄄30 城郊 Suburb site
1.2摇 样品采集及分析
采样点空气中 NH3采用英国生态水文中心(CEH,Centre for Ecology and Hydrology)提供的被动采样器
ALPHA(Adapted Low鄄cost Passive High Absorption)采集。 采样膜也为英国生态水文中心提供,该膜已经被英
国生态水文中心验证,并与主动采样器 DELTA系统进行了比较,方法可信,已经广泛被欧盟的氮沉降网络广
泛使用。 每个监测点设置 3个重复,采样频率根据排放源的浓度设置为 7—14d(由于垃圾填埋场原水调节池
NH3浓度较高,采样频率为 7d,其他各点均为 14d),样品被采回后保存于 4益冰箱中,每月集中浸提、分析。
样品浸提方法:将采样膜从采样器中取出放于 15mL的离心管中,加入 10mL 的高纯水浸提,浸提过程中
不断摇动离心管,使样品充分浸提,一个小时后,用镊子将采样膜上的浸提液挤干,然后将其取出,浸提后
待测。
浸提液分析采用连续流动分析仪(Continue Flow Analyzer,AA3, Germany,)测定。 连续流动分析仪的工
作原理:样品与水杨酸和二氯异腈脲酸钠(DCI)反应生成蓝色化合物在 660nm波长下检测,得到水样中 NH+4 鄄
N含量,并进一步根据浸提液的体积计算采集的 NH3 质量。 空气中 NH3浓度(C,滋g / m3)可以通过以下方程
计算得到:
C=(17 / 14)伊(me-mb) / V
式中,me为样品中 NH3的质量(以 N计),mb为空白中 NH3的质量。 有效采样体积(V,m3)
根据采样时间以及仪器自身所固有的采样速率,有效采样体积(V,m3)计算方法如下:
V=DAt / L
式中,t为采样时间(h),D= 2.09伊10-5m-2 / s at 10益,A= 3.463伊10-4m2,L= 0.006m,则
V(m3)= 0.004343(m3)伊t(h)
2摇 结果与讨论
2.1摇 垃圾填埋场 NH3浓度
垃圾填埋场各监测点的 NH3浓度有很大的差异(图 1),原水调节池、厌氧换热工房和办公区 NH3浓度变
化范围分别为 137—6581 滋g / m3、39—538 滋g / m3、5.6—24.0 滋g / m3,平均浓度分别为 2801 滋g / m3、198 滋g / m3
和 11.1滋g / m3。 原水调节池 NH3平均浓度超过了国家排放标准(恶臭污染物的排放标准(GB18918—2002)
9357摇 23期 摇 摇 摇 刘杰云摇 等:不同排放源周边大气环境中 NH3浓度动态 摇
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中,NH3的二级排放标准为 1500 滋g / m3),是垃圾填埋场 NH3的主要来源之一,对环境的影响比较大。
图 1摇 垃圾填埋场不同监测点 NH3浓度的时空变异
摇 Fig. 1 摇 Spatial and temperal variation of the ammonia
concentration at different sites in refuge landfill
原水调节池的 NH3浓度变化比较大,虽没有明显的
季节规律性,但夏季浓度整体高于冬季。 垃圾填埋场原
水调节池的 NH3浓度之所以变化较大,受三方面因素的
影响:产生渗滤液的垃圾组成,温度和降水[15]。 不同垃
圾组分,其分解速度不同[16],果类、蔬菜和粮食等食品
降解的速度快,而塑料、橡胶等人工合成高分子材料的
降解则非常慢。 夏季产生的垃圾 50%以上为可降解的
垃圾[15],由分解速度较快的垃圾产生的渗滤液中所含
NH3浓度会比较高,而分解慢的垃圾产生的渗滤液中所
含 NH3浓度会比较低。
垃圾填埋场原水调节池 NH3排放不仅受垃圾组成
的影响,温度和降水对其影响也很大[15] .垃圾降解为酶
催化反应,其反应速度对温度的变化很敏感。 有研究表
明[17],当垃圾处于 41益环境中时,其降解速度最大,填
埋气的产量也达到了最大。 温度高于或低于 41益,垃
圾降解速度都会变慢,当温度高于 70益或低于-5益时,微生物将停止活动,垃圾也将不再降解。 而北京地区
4—10月份的气温一般都在 20益以上,有利于垃圾的降解。 春季,随着温度的逐渐升高,冬季产生的垃圾也开
始分解,加上春季的垃圾分解,故在春季,渗滤液中 NH3浓度也比较高。 降水对渗滤液的影响有两方面[15],一
方面,降雨后,雨水与垃圾渗滤液混合使渗滤液中的污染物浓度有所降低,从而减小了 NH3的生成速度和浓
度。 另一方面,更重要的是,降水后,填埋区垃圾中的微生物可利用的水分增加,有利于微生物的分解活动,产
生更多的 NH3,增加了渗滤液中 NH3的浓度。 北京地区 7、8、9 月份降雨量比较大,对 NH3的排放影响也比较
大,冬季,尤其是 11、12月份,北京几乎没有降水,且温度比较低,微生物的分解活动缓慢,NH3的浓度也比
较低。
根据每次污水的处理程度不同,厌氧换热工房的 NH3浓度也不同,污水处理效果好,则 NH3浓度小,反之
则大;经过氧化沟、氧化池等各个环节的处理,办公区监测到的 NH3浓度已经降到了 11.1 滋g / m3。
垃圾填埋场产生的 NH3在各个监测点之间有很大的差异,虽然经过处理之后,NH3浓度有了很大的降低,
但是其整体污染仍相当严重,办公区 NH3浓度在场区中最低,但其浓度仍高于背景点的浓度(4.8 滋g / m3)。 所
以,垃圾填埋场是一个极重要的 NH3源,而随着生活水平的提高,生活垃圾的产生有逐渐增加的趋势,如果不
对 NH3采取有效的减排措施,垃圾填埋场的污染会日趋严重,它将成为一个更大的 NH3源。
2.2摇 养殖场 NH3排放
由图 2可知,育肥猪舍的 NH3平均浓度为 2379滋g / m3,变化范围为 195—5980滋g / m3,这与郑鲲的研究结
果相似[18],粪池边 NH3浓度为 64—346 滋g / m3,平均浓度 205 滋g / m3。 其中育肥猪舍内夏季 NH3浓度最低,春
秋次之,而冬季最高,这与猪舍的窗户开闭有密切关系。 根据育肥猪对温度的反应及季节变化,春秋季猪舍窗
户白天打开,晚上关闭,夏季窗户全天打开,而冬天由于温度低,窗户全天关闭。 据报道,通风速率对 NH3的浓
度有很大的影响[19]。 因此,在猪舍窗户打开的情况下,猪舍的通风速率加快,加快了氨气从舍内向舍外的扩
散速度,这样就导致了舍内氨气浓度的显著下降,故夏季猪舍内的 NH3浓度最低。 冬天,门窗全天关闭,猪舍
内产生的 NH3不易向外扩散,使得猪舍内的 NH3浓度很高。 而猪舍外的粪池边则表现为夏季最高,冬季最低。
本研究养殖场猪舍 NH3平均浓度与韩国报道的值基本相当,但明显低于欧洲国家的水平。 德国猪舍内的
氨气浓度平均值高达 7589 滋g m3[20],爱尔兰育肥舍内的氨气浓度高达 9850 滋g m3[21],英联邦育肥舍内氨气浓
度的平均值高达 30000 滋g m3[22]。 有研究认为[23]猪舍的通风系统、地板类型及粪便处理方式可显著影响 NH3
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图 2摇 养殖场育肥猪舍和粪池边 NH3浓度随时间的变化
Fig.2摇 Temperal variations of the ammonia concentrations at fatting house and manure pit of swine farm
的浓度。 本研究中北郎中养殖场猪舍为自然通风,水泥地板鄄干清粪系统,自然通风促使猪舍内的 NH3扩散出
猪舍外,降低了舍内的浓度,每天工人将猪粪清理出猪舍,从而降低了粪便对猪舍内 NH3浓度的贡献,而欧洲
国家多采用机械通风,漏缝地板鄄湿清粪系统,机械通风速率远大于自然通风速率,故 NH3挥发量也比较大;产
生的猪粪通过漏缝地板进入地下,与水混合,定期清理,在此期间,猪粪累积排放的 NH3要明显高于每天清理
猪粪产生的 NH3。 与欧洲的漏缝地板鄄湿清粪系统相比,此自然通风,水泥地板鄄干清粪系统虽然可降低猪舍
内的 NH3浓度,却增加了对猪舍外的影响。 据郑鲲[18]的研究,猪舍内的中心位置,NH3浓度可高达 6000
滋g / m3,猪场内猪粪堆积区 NH3浓度可达 200 滋g / m3,而在距离猪场 5m 远的地方浓度迅速降为 50 滋g / m3,到
200m的地方,浓度则进一步降至 25—30 滋g / m3,而国际报道的结果一般在 100m 以内,氨气浓度会降至 20
滋g / m3 以下,故本研究中的集约化养殖场对周围大气的影响较大。
2.3摇 交通源 NH3排放
图 3摇 交通源 NH3浓度随时间的变化
摇 Fig. 3 摇 Temperal variation of the ammonia concentration at
traffic source site
本研究发现,公路交通源采样点附近监测的结果表
明,NH3浓度(如图 3)在 6.4—32.2 滋g / m3 之间,平均为
15.2 滋g / m3,这与 Ianniello[12]和 Meng[13]的结果相一致。
一直以来,交通源都作为 CO、NOx、NMVOC(非甲烷挥
发性有机化合物)等的重要排放源而备受关注[24鄄25],从
本研究的结果来看,交通源也是 NH3的重要排放源。 交
通源产生的 NH3可能与交通源附近较高的颗粒物浓度
有关。 Ianniello[12]的研究表明,交通源附近大气中 NH3
浓度与 PM2.5含量呈显著的相关性。 交通源 NH3排放也
存在着明显的季节变化,夏季浓度高于冬季,尤其是在
7、8月份北京地区的温度最高,交通源附近的 NH3浓度
也最高,说明温度对其有较大的影响。 大气温度和湿度
可显著影响交通源排放的 NH3浓度[26],高温促进了颗
粒物中的 NH3挥发,尤其是硝酸铵的解离对温度的响应极为敏感。 而交通源附近的 PM2.5含量一般都比较
高[12],这些高浓度的 PM2.5在高温条件下为 NH3的产生提供充足的“原料冶。
此外,近年来,为了减少汽车尾气排放 NOx的污染,采用了先进的后处理装置,这些后处理装置,如选择性
催化还原系统(SCR),虽然可有效的降低 NOx的排放,同时也带来了二次污染物 NH3的排放[27]。 SCR后处理
技术是通过向排气管内喷入还原剂(通常是尿素水溶液),使还原剂经过热解、水解产生 NH3,而 NH3随后存
1457摇 23期 摇 摇 摇 刘杰云摇 等:不同排放源周边大气环境中 NH3浓度动态 摇
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储在催化器内,与废气中 NOx发生反应,生成无害的 N2和水[28]。 当还原剂喷入过量,会导致多余的 NH3随废
气排入大气,造成二次污染。 所以,安装有尾气后处理装置的机动车辆也是 NH3不容忽视的重要排放源,且随
着机动车保有数量的持续增加,交通源将会成一个越来越重要的 NH3排放源。
2.4摇 农田 NH3排放
图 4摇 农田 NH3浓度时空变异
摇 Fig. 4 摇 Spatial and temperal variation of the c the ammonia
concentration at cropland site
农田是 NH3的重要排放源[29]。 尤其是近几十年
来,过量施肥问题严重[30],农田施肥供大于需,过剩的
肥料则通过 NH3挥发进入大气。 如图 4所示,上庄农田
NH3浓度为 2. 3—21. 9 滋g / m3,平均为 7. 8 滋g / m3,与
07—09年的平均值 9.4 滋g / m3 [31]接近。 农田 NH3排放
的季节性差异比较大,其中,6—8 月份 NH3浓度最高,
最高可达 21.9 滋g / m3,12月—翌年 3 月份最低,最低浓
度为 2.3 滋g / m3。 华北平原冬小麦 /夏玉米轮作体系,农
户常规氮肥施用量高达 500—600 kg N hm-2 a-1,而氮肥
的表观利用率常低于 30%,超过 20%的氮肥则通过
NH3挥发进入大气[6]。 春季,冬小麦开始生长,开始第
一次施肥,但由于温度比较低,NH3挥发量不是太大,
4—5月份 NH3浓度有所升高,但变幅不大;进入夏季,
农田进行第 2次施肥,且施肥量比较大,由于夏季温度
较高,高温促进氮肥(北京地区多施用尿素)分解,释放大量的 NH3,所以,夏季,大气中 NH3浓度最高;冬季,
温度很低,也没有施肥活动,故冬季大气中 NH3浓度最低。 虽然农田排放到大气中的 NH3浓度不及垃圾填埋
场、养殖场等排放源高,但是,大面积的农田 NH3挥发对大气环境的影响,并不比其他排放源小。
3摇 结论
本研究通过在北京地区不同 NH3 排放源采样点进行 NH3 浓度长达 1a的连续监测,结果表明各排放源对
大气中 NH3浓度的影响各异。 垃圾填埋场中,原水调节池处的 NH3浓度最高,平均高达 2801 滋g / m3,厌氧换
热工房次之,办公区最低。 养殖场中,育肥猪舍内的 NH3浓度平均高达 2479 滋g / m3。 交通源采样点 NH3 的平
均浓度为 15.2 滋g / m3。 农田采样点 NH3的平均浓度为 7.8 滋g / m3。 各排放源 NH3浓度均存在着明显的季节变
化:夏季浓度较高,冬季浓度较低。 养殖场、垃圾填埋场、农田等典型 NH3排放源对空气中 NH3的影响都比较
大,其中养殖场采样点的 NH3浓度最大,其次为垃圾填埋场。 值得注意的是,由于目前机动车保有数量的增
加,且大多数机动车辆都安装了尾气后处理装置,NOx 的典型排放源———公路交通源采样点的 NH3浓度甚至
要高于农田采样点,从而使交通源也成为 NH3的重要排放源。
本研究表明,垃圾填埋场、养殖场、交通源、农田等污染源对大气中 NH3有较大的贡献,因此应加强对这些
排放源的控制和管理,降低 NH3排放对大气环境的影响。 在垃圾填埋场的 NH3污染源中,原水调节池的污染
最严重,因此应着重控制原水调节池的 NH3排放。 可采用 SBR工艺的多级运行方式[32],或利用微生物技术、
生化脱氮等对渗滤液进行治理。 针对集约化养殖场,尤其是猪舍内高浓度的 NH3排放,应积极开展源头治理,
如在饲料中添加抑制剂等。 汽车尾气处理装置的增设增加了公路交通源的 NH3排放,为降低其 NH3排放,相
关部门应注重不断完善 SCR后处理系统的功能和减排效率。 而农田施肥是氨挥发的主要来源,因此在施肥
过程中应改变传统的肥料撒施方式,氮肥深施,既可提高氮肥利用率,同时还可减少环境污染。 此外,相关部
门还应不断完善有关 NH3减排的法律法规,加快建立完善氨氮减排的体制机制。
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酝葬糟则燥糟藻灶贼则怎泽 泽责援 宰粤晕郧 匝蚤袁再粤晕 杂澡葬灶糟澡怎灶袁再粤晕 允怎灶曾蚤灶袁藻贼 葬造 渊苑源猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
孕燥责怎造葬贼蚤燥灶袁 悦燥皂皂怎灶蚤贼赠 葬灶凿 耘糟燥泽赠泽贼藻皂
砸藻造葬贼蚤燥灶泽澡蚤责 遭藻贼憎藻藻灶 则澡蚤扎燥泽责澡藻则藻 皂蚤糟则燥遭蚤葬造 糟燥皂皂怎灶蚤贼赠 枣怎灶糟贼蚤燥灶葬造 凿蚤增藻则泽蚤贼赠 葬灶凿 枣葬遭葬 遭藻葬灶 枣怎泽葬则蚤怎皂 憎蚤造贼 燥糟糟怎则则藻灶糟藻 蚤灶 憎澡藻葬贼 葬灶凿
枣葬遭葬 遭藻葬灶 蚤灶贼藻则糟则燥责责蚤灶早 泽赠泽贼藻皂 阅韵晕郧 再葬灶袁 阅韵晕郧 运怎灶袁 栽粤晕郧 蕴蚤袁 藻贼 葬造 渊苑源源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
悦澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽 燥枣 泽燥蚤造 枣藻则贼蚤造蚤贼赠 蚤灶 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 藻糟燥泽赠泽贼藻皂泽 蚤灶 凿藻责则藻泽泽蚤燥灶泽 遭藻贼憎藻藻灶 噪葬则泽贼 澡蚤造造泽
再哉 再葬灶早袁 阅哉 匀怎袁 杂韵晕郧 栽燥灶早择蚤灶早袁 藻贼 葬造 渊苑源缘缘冤
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耘增葬造怎葬贼蚤燥灶 燥灶 糟葬则遭燥灶 泽藻择怎藻泽贼则葬贼蚤燥灶 藻枣枣藻糟贼泽 燥枣 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 葬造枣葬造枣葬 责葬泽贼怎则藻泽 蚤灶 贼澡藻 蕴燥藻泽泽 孕造葬贼藻葬怎 葬则藻葬
蕴陨 宰藻灶躁蚤灶早袁 宰粤晕郧 在澡藻灶袁 匀粤晕 匝蚤灶早枣葬灶早袁 藻贼 葬造 渊苑源远苑冤
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蕴葬灶凿泽糟葬责藻袁 砸藻早蚤燥灶葬造 葬灶凿 郧造燥遭葬造 耘糟燥造燥早赠
耘枣枣藻糟贼泽 燥枣 凿藻藻责 增藻则贼蚤糟葬造造赠 则燥贼葬则赠 贼蚤造造葬早藻 燥灶 泽燥蚤造 憎葬贼藻则 葬灶凿 憎葬贼藻则 怎泽藻 藻枣枣蚤糟蚤藻灶糟赠 蚤灶 灶燥则贼澡藻则灶 悦澡蚤灶葬忆泽 匀怎葬灶早鄄澡怎葬蚤鄄澡葬蚤 砸藻早蚤燥灶
蕴陨 再蚤遭蚤灶早袁孕粤晕郧 匀怎葬灶糟澡藻灶早袁再粤晕郧 载怎藻袁藻贼 葬造 渊苑源苑愿冤
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耘枣枣藻糟贼泽 燥枣 造葬灶凿泽糟葬责藻 责葬贼贼藻则灶泽 燥灶 则怎灶燥枣枣 葬灶凿 泽藻凿蚤皂藻灶贼 藻曾责燥则贼 枣则燥皂 贼赠责蚤糟葬造 葬早则燥枣燥则藻泽贼则赠 憎葬贼藻则泽澡藻凿泽 蚤灶 贼澡藻 栽澡则藻藻 郧燥则早藻泽 砸藻泽藻则增燥蚤则
葬则藻葬袁 悦澡蚤灶葬 匀哉粤晕郧 在澡蚤造蚤灶袁栽陨粤晕 再葬燥憎怎袁载陨粤韵 宰藻灶枣葬袁藻贼 葬造 渊苑源愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
蕴葬灶凿 糟燥增藻则 糟造葬泽泽蚤枣蚤糟葬贼蚤燥灶 燥枣 再葬灶糟澡藻灶早 悦燥葬泽贼葬造 晕葬贼怎则葬造 宰藻贼造葬灶凿泽 遭葬泽藻凿 燥灶 月孕 灶藻怎则葬造 灶藻贼憎燥则噪 葬灶凿 耘栽酝垣 则藻皂燥贼藻 泽藻灶泽蚤灶早 凿葬贼葬
载陨粤韵 允蚤灶糟澡藻灶早袁 韵哉 宰藻蚤曾蚤灶袁 云哉 匀葬蚤赠怎藻 渊苑源怨远冤
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耘葬则造赠 则藻泽责燥灶泽藻泽 燥枣 泽燥蚤造 悦匀源 怎责贼葬噪藻 贼燥 蚤灶糟则藻葬泽藻凿 葬贼皂燥泽责澡藻则蚤糟 灶蚤贼则燥早藻灶 凿藻责燥泽蚤贼蚤燥灶 蚤灶 葬 糟燥造凿鄄贼藻皂责藻则葬贼藻 糟燥灶蚤枣藻则燥怎泽 枣燥则藻泽贼
郧粤韵 宰藻灶造燥灶早袁悦匀耘晕郧 杂澡怎造葬灶袁云粤晕郧 匀怎葬躁怎灶袁藻贼 葬造 渊苑缘园缘冤
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允陨粤 月蚤灶早则怎蚤袁 在匀韵哉 郧怎葬灶早泽澡藻灶早袁 允陨粤晕郧 再葬灶造蚤灶早袁 藻贼 葬造 渊苑缘员远冤
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源员远苑 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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本期责任副主编摇 王德利摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
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