北京城区大气金属元素干湿沉降特征

为研究北京市大气中金属元素的干湿沉降特征,评估不同观测方法的差异性,于2014年5月至2015年4月在北京城区同步采集了混合沉降和湿沉降样品.利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了样品中19种金属(Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Sb、Tl、Th和U)的浓度.结果表明,混合沉降样品中各金属浓度[7 160.68μg·L~(-1)(Ca)～0.02μg·L~(-1)(Th)]普遍高于湿沉降样品[4 237.74μg·L~(-1)(Ca)～0.01μg·L~(-1)(Th)].两种样品中相同金属的富集因子差异较小,其中Cu、As、Tl、Zn、Cd、Se和Sb的富集因子均大于100,表明这些重金属主要来自人为污染源.气团轨迹分析表明,北京城区降水过程主要受偏南气团的影响,其中来自西南气团的降水样品中Ca、Mg、Fe、Al、Cu、Mo、U和Th等金属浓度较高,而来自南部的气团K、Zn、Mn、Sb、Cd和Tl等金属浓度较高.观测期间大气中金属元素的混合沉降通量变化于3 591.35 mg·(m~2·a)~(-1)(Ca)～0.01 mg·(m~2·a)~(-1)(Th),湿沉降通量变化于1 847.78 mg·(m~2·a)~(-1)(Ca)～0.01mg·(m~2·a)~(-1)(Th).混合沉降与湿沉降差减得到19种金属的干沉降通量变化于1 743.57 mg·(m~2·a)~(-1)(Ca)～0.01mg·(m~2·a)~(-1)(Th).大气颗粒物的粒径大小对金属的干湿沉降过程具有重要影响.     

大气沉降对川东北喀斯特河水中Mg、Ca、Sr和Ba的贡献

在受大气粉尘活动强烈影响的岩溶地区,大气输入对岩溶地表河水中的金属元素尤其是溶解态元素的影响还较少评估。选择位于秦岭山地、受大气粉尘活动强烈影响的川东北岩溶地区的诺水河,通过2011年7月至2014年6月河水中Mg、Ca、Sr和Ba等元素含量及其变化,结合当地大气沉降观测结果,分析了河水中这些元素的季节变化与影响因素,特别是大气输入对河水中这些金属元素的贡献。结果显示:(1)河水中Mg、Ca、Sr和Ba四种元素显示出明显的季节变化,大气降水稀释作用导致夏季河水中元素浓度值偏低,冬季稀释作用的减弱和粉尘活动加强可能导致河水中元素浓度值偏高;(2)河水中Mg、Ca、Sr和Ba四种元素来源于大气沉降的比例分别是3.1%、7.2%、21.3%和34.8%。这表明在川东北地区,大气沉降对喀斯特河水中部分金属元素如Sr和Ba存在显著影响。     

区域大气颗粒物干沉降采集及金属元素分析方法

以颗粒物为载体,从大气向水体、土壤和植被沉降的金属元素污染日趋严重.为了解其在京津冀区域的污染程度和沉降规律,利用聚氨酯泡沫膜片(PUF膜)为代用面,在区域内布设10个站点同步采集大气颗粒物干沉降.选择HNO3-H2O2-HF为消解酸体系,建立了微波消解-电感耦合/等离子体质谱(MAD-ICP/MS)测定其中20余种金属元素的方法,并通过分析2种国家标准物质的条件实验确定了优化的分析方案.结果表明,2007~2008年冬季京津冀地区大气颗粒物干沉降通量变化为85~912 mg.(m2.d)-1,其中河北保定地区金属元素沉降通量最高,兴隆最低;北京、天津和唐山市区明显高于郊区站点.地壳元素(A、lFe、Mn、K、Na、Ca、Mg)干沉降通量变化为151~16 034μg.(m2.d)-1,明显高于人为源元素(Cu、Pb、Cr、N i、V、Zn、Ba)1~3个数量级[14~243μg.(m2.d)-1];Zn和Ca分别是区域内干沉降通量最高的重金属和地壳元素,Mo、Co、Cd、As、Be沉降量较少;Pb和Zn出现明显富集.     

渤海湾大气金属元素沉降和来源解析研究

干湿沉降是污染物从大气进入到地表生态环境的主要途径.渤海湾临近大气污染严重的京津冀地区,同时受航运交通排放影响,但渤海湾大气金属元素沉降量及其来源并不十分清楚.本研究于2016年11月—2017年10月在渤海西岸采集了大气沉降样品,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对样品中25种金属元素的含量进行了测定分析,估算了大气金属沉降量并进行了源解析.结果表明:沉降样品中25种元素的浓度变化范围为2458.8μg·L~(-1)(Ca)～9.9 ng·L~(-1)(Th),年沉降量变化为1229.9 mg·m~(-2)·a~(-1)(Ca)～5.0μg·m~(-2)·a~(-1)(Th).受降水量季节分布的影响,多数金属元素的沉降量在夏季最高,春秋季较低.除Be、Fe、Ni、Cr、Al、Th和U等元素外,其余18种元素都有不同程度的富集,特别是Cd、Ag、Se和Sb等元素已高度富集.燃煤(12.8%)、扬尘(25.9%)、工业(33.1%)和航运(28.2%)是渤海湾沉降样品中金属元素的主要来源,尤其是航运排放对海湾大气Sb、Cd和Mo沉降具有显著贡献.研究结果可为京津冀区域海陆协同发展和环境质量改善提供科学参考.     

被动采样法表征降水离子浓度和通量的局限性

降水(湿沉降)是大气污染物进入地表环境的主要途径,由于传统的被动采样法易受到颗粒物和气体干沉降的干扰,而采集到的混合沉降样品不能科学表征降水化学组成,也不能准确量化湿沉降通量,因此目前正逐步被主动采样法所取代. 采用主动和被动2种采样法同步采集了降水样品,以考察被动采样法表征降水离子浓度和通量的适用性. 结果表明:被动采样法采集的降水样品中离子浓度明显偏高,其中ρ(NO₃-)、ρ(Mg2+)、ρ(Ca2+)、ρ(K+)、ρ(Cl-)、ρ(SO₄2-)、ρ(Na+)和ρ(NH₄+)分别比主动采样法高65%、58%、43%、41%、35%、26%、10%和9%. 受大气污染物干沉降影响,被动采样法获得的NO₃-、NH₄+和SO₄2-混合沉降通量分别比主动采样法获得的湿沉降通量高79%、18%和35%,差异最显著的是NO₃-. 被动采样法可以收集氮和硫的湿沉降,但不能有效捕获二者以颗粒物和气体形式发生的干沉降,对二者沉降总通量(干沉降通量+湿沉降通量)低估达39%〔23 kg/(hm2·a)〕和40%〔20 kg/(hm2·a)〕. 因此,鉴于大气污染形势日趋严重,污染物的干沉降作用凸显,被动采样法已难以准确测算污染物从大气向地表的沉降总通量,需要全面考虑细颗粒物(粒径≤2.5 μm)和气态物种(如HNO₃)的贡献.      

红壤丘陵区冬季大气湿沉降化学特征及森林冠层对其截留作用机制

通过对亚热带千烟洲流域的冬季湿沉降化学特征及森林穿透雨进行研究,揭示亚热带流域森林冠层对大气湿沉降中的营养元素(C、N、P、S)及金属元素(K、Ca、Na、Mg、Al、Fe、Mn、Zn)的截留与作用机制.结果表明:1亚热带丘陵区冬季大气湿沉降以酸沉降为主,p H变化范围在3.49~7.0之间,冬季酸沉降离子中以SO_4~(2-)和NO_3~-为主,其月平均沉降通量分别为4.68 kg·hm~(-2)和0.36 kg·hm~(-2),痕量金属元素中以Zn、K、Ca沉降为主,其沉降通量分别为1.72、0.56、0.36 kg·hm~(-2);2森林林冠对溶解性有机碳(DOC)、溶解性总氮(DTN)、总磷(TP)以及痕量元素Ca、Mg、Mn有明显的截留与离释作用,离释百分比达到64.69%、206.75%、301.38%、137.94%、405.25%、1 226.60%;而对Zn、SO2-4具有很好的吸收作用,吸收百分比为73.50%和12.51%,显著降低了亚热带流域冬季酸沉降对土壤生态系统的危害.     

我国南方两个典型森林生态系统的硫、氮和汞沉降量

利用混合降水采样器,对江西千烟洲和湖南会同两个森林生态站的大气硫、氮和汞的湿沉降和穿透水沉降进行了为期1 a的观测.在2013-12~2014-11的观测期间,千烟洲站降水中的SO_4~(2-)-S、NO_3~--N、NH_4~+-N和Hg的体积加权平均质量浓度分别为1.89 mg·L~(-1)、0.957 mg·L~(-1)、0.401 mg·L~(-1)和12.5 ng·L-1,而穿透水中的平均浓度分别为2.39 mg·L~(-1)、1.18 mg·L~(-1)、0.897 mg·L~(-1)和22.2 ng·L-1,穿透水浓度较降水有不同比例的增加.会同站穿透水中的元素平均浓度则分别为2.93mg·L~(-1)、1.60 mg·L~(-1)、0.502 mg·L~(-1)和22.0 ng·L-1.基于穿透水的千烟洲站大气硫、氮和汞的沉降量分别为3.56g·(m2·a)-1、3.02 g·(m2·a)-1和30.6μg·(m2·a)-1,会同站分别为6.18 g·(m2·a)-1、4.48 g·(m2·a)-1和37.3μg·(m2·a)-1,三者均在夏季达到最高.汞的干湿沉降量相当,而硫和氮的湿沉降量在总沉降量中占主导地位.与硫沉降和氮沉降主要来自人为源不同,自然源对汞沉降的贡献较明显,特别是在会同站.     

株洲市大气降尘中元素特征及来源分析

为研究湖南省株洲市大气降尘中多种元素的分布特征以及来源,于2012年1~12月对株洲市12个点的大气降尘样品进行采集并对其中28种元素的含量进行分析.结果表明,株洲市城区各采样点大气降尘年沉降量为23.14~114.67 g·m~(-2),其中工业区和商住混合区年均值分别为89.46 g·m~(-2)和33.20 g·m~(-2),低于其它工业城市;工业区和商住混合区降尘中分别有10种元素(Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、Mn、Fe、Zn、Pb)和8种元素(Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、Fe、Zn)含量大于1 000 mg·kg~(-1),其中工业区2种重金属元素(Zn、Pb)含量超过10 000 mg·kg~(-1),远高于地壳中的含量.株洲市大气降尘主要来源为金属冶炼、地表扬尘、汽车尾气、建筑粉尘和与Mo、Ba元素相关的工业生产.相关性分析、主因子分析和迁移特征分析表明降尘中Mn、Fe、Co、Cu、Zn、As、Se、Ag、Cd、Sn、Sb、Tl、Pb等13种元素主要来自株洲市工业区废气排放,其中Cu、Zn、As、Ag、Cd、Se和Pb等7种元素污染严重,工业区重金属元素含量是土壤背景值中含量的7.4~4 079.4倍,商住混合区是土壤背景值的3.6~1 413.4倍,背景比值最高的为Cd元素.工业区的污染程度明显高于商住混合区.     

华北地区城镇多环芳烃干沉降特征

分别于冬季和夏季采集了北京、天津和秦皇岛3个城市,遵化、沧县、涞源和张北4个县城以及两处人为活动较少的背景地区降尘样品,分析了降尘量及降尘中多环芳烃含量,据此计算了各样点多环芳烃干沉降通量.结果表明,所研究城市夏季和冬季多环芳烃平均沉降通量分别为(6.3±7.4)μg·m-2·d-1和(16.4±14.9)μg·m-2.d-1,县城为(2.2 4±0.9)μg·m-2 d-1和(16.3±3.8)μg·m-2·d-1,对照点明显低于城镇,两季多环芳烃沉降通量分别为(1.0±0.3)μg·m-2 d-1和(1.6 4±0.7)μg·m-2,d-1.两季节获得的所有样点多环芳烃干沉降通量与降尘量显著相关,若分季节统计,相关性更加明显,且冬季降尘中多环芳烃含量显著高于夏季.由此可见,对多数样点而言,导致其多环芳烃干沉降通量差别的首要因素是降尘量,其次为季节差异.仅个别数据(夏季秦皇岛)表现出不同.降尘中多环芳烃成分谱具有明显的季节差异,城市与县城冬季降尘中菲的相对含量显著高于夏季.不同类型样点间差别较小,表现出区域性趋同现象,同种类型样点之间的多环芳烃成分谱则非常一致.     

华北工业城市降水中金属元素污染特征及来源

为了解华北工业地区降水中金属元素的污染特征及其来源,使用干湿沉降自动观测仪采集了河北唐山市2009年12月～2010年11月大气降水样品,使用ICP-MS对样品中25种金属元素的浓度进行了分析.结果表明,唐山降水中地壳元素(Ca、Mg、Na、K、Fe和Al)占所测元素浓度总量的97.72%,重金属(Zn、Mn、Pb、Ba、Sb、Cu、Ni、As、V、Co和Se)仅占2.25%;Zn和Ca分别是含量最高的重金属和地壳元素,加权平均浓度分别为88.7μg·L-1和4.5 mg·L-1.降水中金属元素浓度的季节变化十分明显,多数元素表现为冬春季高、夏秋季低的特征.唐山降水中部分重金属的浓度高于华北背景地区泰山顶的报道结果,其中Tl、As、Ag、Zn、Pb、Cd、Se和Sb的富集因子介于102～105之间,明显受到人类活动的影响.因子分析表明唐山降水中金属元素的污染主要与钢铁冶炼工业、扬尘和燃煤的源排放有关.     

东亚地区不同天气下的硫沉降分布

利用欧拉型硫沉降模式分析3个个例,讨论了东亚地区不同天气条件下硫总沉降、干沉降和湿沉降。不同天气条件下硫沉降的分布不同。干沉降与污染源的分布有很好的相关性,而总沉降的分布除决定于排放量外,还明显受到降水场分布的影响。24h硫沉降量一般为1.0～10.0mg/m²,最大可达32mg/m²,干沉降量的值为1.0～5.0mg/m²,最大值为14.8mg/m²,湿沉降量的值为0.5～7.0mg/m²,强降水区附近可达22mg/m²。     

东亚地区的硫沉降特征分析

利用一个硫沉降模式讨论了东亚地区的硫沉降特征。大多数地区,干沉降是硫沉降的主要形式,在降水区,湿沉降可占总沉降的20%~95%。干沉降以SO₂的沉降为主,SO₂的干沉降占总干沉降的70%~90%。降水引起的湿沉降主要是SO₄2-的沉降,SO₄2-的湿沉降量一般为SO₂湿沉降量的1~9倍。干沉降与排放量之比的大值区与排放的大值区相对应,但其中心与排放的大值中心不重合,而是在其附近。      

AERMOD模型在土壤环境影响预测中的应用

目的分析以大气沉降为主的土壤影响预测及评价。方法采用AERMOD模型进行有机废气干沉降量、湿沉降量、总沉降量的计算。结果该区域内甲苯干沉降量占总沉降量比在97%～99%之间,湿沉降对总沉降量的贡献值很小,甲苯在该区域干沉降过程沉降速度范围为0.0003～0.0033 m/s,平均沉降速度为0.0016 m/s。结论以甲苯为代表的有机废气大气沉降计算主要以干沉降为主,干沉降速度具有明显的日变化特征,一般在中午前后出现最大值,大气沉降对周围土壤环境影响较小。     

黑龙江凉水国家级自然保护区大气氮沉降特征

为了监测黑龙江凉水国家级自然保护区的大气氮沉降水平,在2015年生长季用干湿沉降采集器连续观测了大气氮湿沉降和颗粒物干沉降量,并在非生长季用自制观测桶观测了大气混合氮沉降量.结果表明:(1)该区2015~2016年度大气氮沉降总通量(生长季湿沉降+颗粒物干沉降以及非生长季混合沉降)为12.93 kg·(hm~2·a)~(-1),其中无机氮沉降总通量为8.27kg·(hm~2·a)~(-1),NH_4~+/NO_3~-为1.3;有机氮沉降总通量为4.66 kg·(hm~2·a)~(-1),占全氮比例为36.0%.(2)生长季(湿沉降+颗粒物干沉降)和非生长季(混合沉降)氮沉降总量分别为11.42 kg·hm~(-2)和1.51 kg·hm~(-2),分别占全年氮沉降总通量的88.3%和11.7%.(3)生长季氮湿沉降总量为9.28 kg·hm~(-2),占生长季氮干湿沉降总量的81.3%,且与降水量显著正相关(R2=0.87,P0.001);生长季颗粒物干沉降总量为2.14 kg·hm~(-2),占生长季干湿沉降总量的18.7%.该区氮湿沉降量受降水量影响明显,且在全国属于中等水平,存在一定的环境风险,当地在生活生产过程中应注意环境保护与水质监测.     

重庆地区降水污染分析

通过对近10年来重庆市国控点降水样品监测结果的分析，认识重庆地区降水污染特征、降水污染的现状及变化趋势；探讨了降水污染变化趋势与能源结构和大气污染控制措施实施效果的关系以及降水污染程度的大小与降水pH值和酸雨的关系，以期人们对降水污染和降水酸化有更清楚更全面的认识。     

重庆市铁山坪2001~2010年酸沉降变化

我国"十一五"期间实现了全国二氧化硫(SO2)排放总量削减10%以上的目标,但氮氧化物(NO x)排放量仍持续增长.为了评估排放的变化对酸沉降控制的效果,2001~2010年在重庆铁山坪连续开展了10 a的穿透水观测,结果表明该地区硫沉降有明显的下降趋势,而氮沉降有明显的上升趋势,总体上酸沉降有所下降.以上趋势和重庆市同期SO2排放量有所下降而NO x排放量持续增长的趋势是一致的,这表明我国酸沉降控制取得一定的效果.但是,2010年重庆铁山坪的穿透水硫沉降量和氮沉降量分别达到9.9 keq·(hm2·a)-1和4.5 keq·(hm2·a)-1.如果以此作为总沉降量的近似,将可能存在硫沉降被高估28%,氮沉降被低估50%的不确定性.以上硫沉降和氮沉降水平均达到甚至超过欧美在历史上酸沉降最严重时期的水平,表明重庆地区的酸沉降问题依然严重.     

内蒙古温带草原氮沉降的观测研究

在内蒙古太仆寺旗对温带草原地区的氮沉降进行了为期1 a(2011年11月～2012年10月)的观测.在线分析大气NH3和NO2浓度,用CMAQ模型计算的干沉降速率计算了气体干沉降量;采集降水、降尘和穿透雨样品并测定NH4+和NO3-浓度,分别得到湿沉降、颗粒物干沉降和穿透雨沉降量.观测结果表明该地区的氮沉降量已经高达3.43 g.(m2.a)-1,有可能对草原生态系统产生危害.其中,湿沉降占44%,气体干沉降占38%,颗粒物干沉降占18%.干沉降对氮沉降的贡献大于湿沉降,必需重视干沉降的测定,而穿透雨沉降明显小于总沉降,说明穿透雨法不适合于草原地区.从组分上看,还原态氮(包括NH4+和NH3)对氮沉降的贡献为71%,而氧化态氮(NO3-和NO2)的贡献仅29%,因此在控制氮沉降时,不应只针对NOx排放进行削减,NH3减排同样重要.