我国大气氨的排放特征、减排技术与政策建议

氨是大气中的碱性活性氮气体,其与酸性前体物反应形成的二次无机气溶胶是PM_2.5的重要成分,影响着PM_2.5重污染事件的发生.为响应我国在2017年开始实施的总理基金“农业排放状况及强化治理方案”研究目标和2018年《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中提出的氨减排行动计划,开展了全国尤其是京津冀及周边地区农业氨减排工作,助力区域农业资源高效利用及大气污染治理.我国2018年氨排放为9.90×106 t,其中京津冀及周边地区“2+26”城市是我国氨排放强度较大的区域(2018年其氨排放量为1.41×106 t),这与观测到的大气氨浓度结果相吻合.农业排放是主要的大气氨来源,农业源中畜禽养殖业约占50%,种植业约占30%,但在对城市大气氨来源的解析中发现,贡献较大的是非农业源氨.通过模型模拟氨减排对大气污染物的影响发现,在减排40%的情景下,可削减华北地区大气中50%的硝酸根离子和15%~20%的PM_2.5峰值浓度.在整合分析的农业氨减排技术清单中,优化氮肥投入总量是种植业控制氨排放的基础,结合氮肥深施,或通过有机肥、低挥发性氮肥和添加脲酶抑制剂的稳定性氮肥来替换普通氮肥可获得较好的控氨效果;养殖业方面,对猪、鸡、牛等主要畜禽养殖场以低蛋白日粮为基础,通过改善圈舍管理、优化粪尿处理处置、提升有机肥农田施入技术等可实现畜牧养殖的全链条氨减排.结合我国氨排放现状和减排潜力,提出了针对我国的氨减排目标,建议强化大气氨监测并结合溯源技术定量化氨来源,加强重点区域氨减排技术的推广和示范,为打赢蓝天保卫战提供科学理论和技术支撑.      

广东省人为源氨排放清单及减排潜力研究

根据各类氨排放源活动水平数据,采用排放因子法,建立了2010年广东省人为源氨排放清单,在分析其排放特征的基础上探讨了氨的减排潜力.结果表明:2010年广东省人为源氨排放量为582.9 kt,畜禽和氮肥施用是排放贡献最大的人为源,分别占总排放量的44.2%和40.4%;茂名、湛江和肇庆依次是排放量最大的3个城市,共占广东省总排放量33.0%;在畜禽源中,肉猪排放量最大,占畜禽源排放总量44.4%,其次是肉鸡、母猪和黄牛,分别占16.0%、15.2%和6.5%;畜禽在畜舍、储存管理、农田施肥和放牧4个养殖阶段的氨排放量不同;控制农业源对NH3的减排起关键性作用,茂名、湛江和肇庆是广东省重点控制的3个城市,肉猪、母猪、肉鸡、黄牛和氮肥施用则为重点控制源,主要控制措施包括低氮饲料喂养、畜舍改造、粪便密封、粪肥注施、延长放牧时间和使用尿素替代物.     

长江三角洲地区人为源氨排放清单及分布特征

根据各类氨排放源的活动水平和排放因子,估算了2004年长江三角洲地区16个城市的氨排放量.结果表明,2004年长三角地区氨排放量为460.68kt,其中,氮肥使用和畜牧源是两个最大排放源,氨排放量分别为227.33kt和203.28kt,分别占长江三角洲地区氨排放总量的49.3%和44.1%,氨排放在长三角地区各城市间有较大差异,排放量超过40kt·a-1的城市为南通市、上海市、嘉兴市和泰州市,这4个城市的氨排放总量约占长三角地区氨排放量的42.5%.长江三角洲地区氨平均排放强度为4.20t·km-2·a-1,排放强度超过6t·km-2·a-1的城市为嘉兴市、南通市、泰州市和上海市,其中,嘉兴市的排放强度最大,为10.83 t·km-2·a-1.     

中国旱作农田一氧化氮排放及减排:Meta分析

农田是大气污染物一氧化氮（NO）的主要排放源之一.与水稻田相比,旱作农田NO排放量和排放系数高,但其异质性及影响因素尚不明确.目前,我国农田NO排放和减排的研究以原位观测为主,缺乏系统的整合（Meta）分析.通过收集文献数据,定量分析玉米-冬小麦、水稻-冬小麦旱地阶段、蔬菜、茶园和果园等旱作体系NO排放量和排放系数的异质性及主要影响因素;定量评价减量施氮、有机肥替代化肥、配施新型增效氮肥和施用生物质炭等管理措施对NO排放量和排放系数的影响.收集相关文献共计49篇（发表于2006~2021年）.结果表明,玉麦轮作、茶园和果园体系年排放量平均值分别为1.44、7.45和0.92 kg ·hm^-2,在这3个体系间有显著性差异（P<0.05）,稻麦轮作旱地阶段和蔬菜季节排放量平均值分别为2.13 kg ·hm^-2和2.09 kg ·hm^-2.在玉麦轮作、稻麦轮作旱地阶段和茶园体系中,NO排放量均与施氮量呈正相关关系（P<0.01）,但在蔬菜和果园体系中二者无显著相关性.玉麦轮作、稻麦轮作旱地阶段、蔬菜、茶园和果园体系排放系数平均值分别为0.31%、0.71%、0.96%、1.74%和0.13%,除玉麦轮作分别与稻麦轮作旱地阶段和蔬菜体系间的差异不显著外（P>0.05）,在其余体系间均有显著性差异（P<0.01）.由于各体系间排放系数差异大,在编制区域或全国农田NO排放清单时,有必要对各作物体系采用不同的排放系数.减量施氮仅在减氮比例高于25%时可显著降低NO排放量（36%）,但对排放系数的影响不显著.由于减氮比例过高可能会造成作物减产,尚需进一步确定既不影响作物产量又降低NO排放的减氮比例.有机肥替代化肥在土壤有机碳含量低［ω（SOC）<15 g ·kg^-1］或酸性（pH<7）条件下以及配施新型增效氮肥在玉麦轮作农田中可显著降低NO排放量（-46%~-38%）和排放系数（-62%~-45%）,施用生物质炭的影响不显著.可为不同田间条件下分别采取有效的NO减排措施提供依据.     

华北平原曲周县人为源氨排放清单及分布特征

以华北地区典型农业县曲周县为研究对象,通过收集本地人为源活动水平数据和相关氨排放因子,利用排放因子法建立2002～2019年人为源氨排放清单,并且采用当地实测的农田氮肥施用氨排放因子和县域农户生产调研数据优化2019年氨排放清单.结果表明,曲周县氨排放总量呈现“双峰”模式,从2002年的6 682.9 t增加到2004年的7 195.0 t,随后下降到2008年的5 872.0 t; 2015年增加到7 010.5 t,随后逐步下降到2018年的5 636.3 t.畜禽养殖(61%～75%)和氮肥施用(14%～28%)是主要氨排放源. 2019年曲周县氨排放总量为6 559.7 t,其中氮肥施用和畜禽养殖分别贡献28%和61%.小麦为氨排放最高的作物,占种植业氨排放总量的40%;蛋鸡为氨排放量最大的畜禽,贡献率为畜禽养殖的40%.在空间分布上呈现南高北低的趋势,南里岳乡和白寨乡为主要排放热区,全县平均氨排放强度达到13.5 t·km^-2.在县域尺度上重点开展小麦种植和蛋鸡养殖氨减排将有助于华北平原大气氨污染治理.     

超低排放下燃煤电厂氨排放特征

燃煤电厂采用SCR(选择性催化还原)脱硝过程消耗大量的氨,同时存在氨逃逸和氨排放问题.为了掌握超低排放燃煤机组的氨排放程度、脱硝氨逃逸情况以及各环保设施对氨的协同脱除能力,为燃煤电厂氨减排政策制定和氨减排技术研发提供支持.在京津冀大气污染传输通道城市中选取11个城市中的14台机组,采用例如DL/T 260—2012《燃煤电厂烟含脱硝装置性能验收试验规范》的标准方法用稀硫酸吸收烟气中的氨再结合分光光度测试方法,对环保设施多个位置的烟气中氨进行浓度测试.结果表明:①氨排放浓度介于0.05~3.27 mg/m3之间,平均约0.95 mg/m3,通过烟气排入大气中氨的浓度不高;②测试的14台机组中有7台机组(约50%)脱硝氨逃逸值高于设计值(2.28 mg/m3),说明脱硝氨逃逸超过设计值呈普遍现象,个别电厂脱硝氨逃逸严重,氨逃逸亟待解决;③环保设施对逃逸氨具有较好的协同脱除能力,平均脱除率约为64.86%.建议对于SCR脱硝氨逃逸严重的机组,对SCR出口烟道截面氮氧化物(NO_x)实施网格式测试,在此基础上实施精细化精准喷氨、优化流场、提高SCR脱硝运行水平(或采用专业化运维),从源头上减少氨耗量,降低系统能耗和氨排放.      

基于Meta分析的不同生产条件下秸秆还田对土壤氨挥发的影响

为探明不同生产条件下中国农田土壤氨挥发对秸秆还田的响应,通过搜集已发表的试验数据,以秸秆不还田作为对照,基于Meta分析研究了在不同自然因素和农田管理措施条件下,秸秆还田对土壤氨挥发的影响效应.同时通过偏相关分析,找出秸秆还田条件下氨挥发损失的主要影响因素并进行量化.结果表明,秸秆还田能够减少农田土壤氨挥发损失,其减排作用随生育期累积降水量的增高而减弱,随生育期均温的增高而增强;当土壤pH<6时,秸秆还田显著促进土壤氨挥发,pH≥6时,秸秆还田会显著抑制土壤氨挥发;秸秆还田对土壤氨挥发的减排效果随土壤黏粒含量的增大而增强;当土壤全氮<0.1%和>0.2%时,秸秆还田显著抑制土壤氨挥发,当土壤全氮在0.1%～0.2%时,秸秆还田会显著促进土壤氨挥发;当施氮量在60～180 kg·hm^-2和施氮量>240 kg·hm^-2时,秸秆还田会显著降低土壤氨挥发量（P<0.05）,而施氮量在180～240 kg·hm^-2时,秸秆还田显著促进土壤氨挥发;以翻耕或旋耕方式进行秸秆还田会显著抑制土壤氨挥发,而秸...     

基于在线观测本地因子的长三角家禽养殖氨排放时空分布特征

为获取长三角地区家禽养殖氨排放因子和时空分布特征,通过在线高分辨率监测系统对典型规模化蛋鸡养殖场棚舍养殖和粪便堆肥环节的氨浓度进行连续监测,获取不同季节、不同生长阶段的氨浓度和排放因子,并建立基于本地化排放因子的长三角家禽养殖氨排放清单.结果表明,棚舍养殖和粪便堆肥环节春夏秋冬4个季节ρ（NH₃）日均值分别为：（1.85±0.38）、（4.58±0.33）、（3.87±0.12）、（2.83±0.47）mg·m^-3和（2.04±0.50）、（4.04±1.04）、（2.51±0.67）、（1.55±0.16）mg·m^-3,氨浓度呈显著的日小时变化趋势,养殖棚舍春夏秋冬小时ρ（NH₃）最大值出现在中午13:00～14:00,最小值出现在凌晨01:00～03:00,粪便堆肥环节夏秋季节的小时ρ（NH₃）最大值出现在16:00～19:00,春冬季的日小时变化过程则不明显;氨日小时浓度变化主要受日温度变化、畜禽活动和清粪管理等因素影响.蛋鸡不同生长阶段的氨浓度呈显著差异,青年鸡、产蛋鸡...     

京津冀农业源氨排放对PM2.5的影响

根据收集的京津冀区域农业氨排放源活动水平数据,使用排放因子法建立了2014年京津冀地区农业氨排放清单.结果表明,2014年京津冀地区农业源氨排放总量为1750695t,平均排放强度为8.09t/km²;河北省、北京市和天津市农业氨排放量分别为1594087t、58822t和97786t.;猪和蛋鸡是畜禽养殖业中氨排放的主要来源,分别占31.29%和26.07%.模拟结果表明,农业氨减排使京津冀地区PM_2.5的年均浓度下降12.04μg/m³,下降比例约为18.36%,4月份和7月份农业氨减排对PM_2.5的影响较大,而1月份影响较低;农业氨减排使无机盐（硫酸盐+铵盐+硝酸盐）的年均浓度下降10.00μg/m³,年均浓度下降比例为41.84%,对硝酸盐的影响最大,铵盐次之,硫酸盐最小.     

农田土壤施用系列新型氮肥后气态氮(NH3和N2O)减排效果比较:以夏玉米季为例

为了解不同品种新型氮肥相对常规施肥其氨(NH3)和氧化亚氮(N_2O)的减排效果,本文通过田间原位试验同步研究了夏玉米生长季氮肥施用后的农田NH_3挥发和N_2O排放及其主要驱动因子.以常规施肥(复合肥+尿素,CK)为对照,设置了5个肥料处理,分别为脲铵氮肥(UA)、稳定性复合肥料(UHD)、硫包衣氮肥(SCU)、脲甲醛复合肥(UF)和有机肥(OF),施氮量(以N计)均为300 kg·hm~(-2).相关分析结果表明,氨挥发和N_2O排放受环境因子影响,均与土壤WFPS呈显著负相关(P0.05),N_2O排放还与土壤硝态氮呈极显著正相关(P0.01).进一步回归分析表明,N_2O排放(F_(N_2O))主要取决于土壤硝态氮(x)含量的变化,而氨挥发(F_(NH_3))主要取决于土壤铵态氮(x)含量的变化.与CK相比,除了UA,其它肥料处理都降低了土壤的氨挥发,尤其是UF和OF处理减少了37%~43%.但对于N_2O排放,所有处理与CK皆无显著差异.进一步计算每种处理氨挥发和N_2O的气态氮损失总量,与CK相比,UHD、SCU、UF和OF分别减排了9%、5%、30%和23%,而UA增加了3%.     

控释氮肥减量配施对土壤氨挥发和N2 O排放的影响

施用控释氮肥是提高氮素利用效率、减少氮素损失的重要途径.为研究聚合物包膜氮肥与普通尿素配比减量施用对旱作棕壤氨挥发和N₂O排放的影响,利用15N同位素标记技术,通过5个不同氮肥施用量处理,分析施肥后土壤的氨挥发和N₂O排放规律以及玉米的当季氮肥利用率.结果表明:①土壤氨挥发主要出现在施肥后的前2周,普通尿素氨挥发速率最大可达4.04 kg/（hm2·d）,最大值出现在施肥后第7天,施用配比包膜氮肥氨挥发峰值出现时间比普通尿素延迟2 d,且氨挥发总量明显降低,为2.15 kg/（hm2·d）.②对于各处理下的氨挥发总量,无氮处理（CK）为3.69 kg/hm2,常规尿素处理（NU）为18.64 kg/hm2,配比控释氮肥处理（PU1）为9.39 kg/hm2,减量配比控释氮肥处理（PU2）为6.44 kg/hm2,再减量配比控释氮肥处理（PU3）为5.02 kg/hm2.③N₂O排放规律呈现先平稳后升高的趋势,较高的N₂O排放通量集中在施肥后的55~91 d之间.N₂O排放峰值最高的是常规尿素处理,在施肥后第79天出现,达到0.299 mg/（m2·h）,施用配比包膜氮肥N₂O排放峰值均低于常规尿素处理.④施用配比包膜氮肥玉米产量高于普通尿素处理,减量配比包膜氮肥不会降低玉米产量.⑤土壤氨挥发总量与施氮量呈显著正相关.施用配比包膜氮肥相比于普通尿素可显著减少土壤氨挥发,减量配施氮肥相比于全量施肥可显著减少土壤氨挥发.因此,施用配比包膜氮肥,可在保证粮食产量的前提下减少氮肥投入,降低氮肥的气态损失,从而降低环境风险.      

氨氧化过程中稻壳生物炭抑制酸性农田土壤N2O排放

为探明在土壤环境有利于氨氧化作用发生的条件下,稻壳生物炭对酸性农田土壤N₂O排放的影响,将生物炭分别按质量比0%（对照）、2%、5%和10%与土壤充分混匀,开展为期17d的室内静态土壤培养实验,研究土壤N₂O排放速率的日变化以及整个培养期间的N₂O累积排放量.同时,测定了培养终态土壤样品的pH值、NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N和溶解性有机碳（DOC）含量,分析稻壳生物炭对土壤N₂O排放影响的机理.结果表明,不同稻壳生物炭添加量均显著抑制了酸性农田土壤的N₂O排放（P<0.001）,且以5%和10%处理的抑制作用最明显;与对照处理相比,2%、5%和10%处理的N₂O累积排放量分别减少了87.68%、94.59%和96.90%.培养前后土壤pH值、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量的变化表明,稻壳生物炭显著促进了土壤的硝化作用,尤其是5%和10%处理.线性回归分析表明,土壤N₂O排放速率与NO₂^--N含量显著正相关（P<0.01）,且NO₂^--N含量对N₂O排放速率的解释程度为45%.由于稻壳生物炭促进了土壤的硝化作用,使NO₂^-更易转化为NO₃^-,减少了NO₂^-积累,进而减少了通过硝化菌反硝化作用途径产生的N₂O.培养结束时,5%和10%处理的DOC含量显著高于对照处理,但培养过程中,稻壳生物炭并未显著促进土壤有机碳矿化.     

稻壳的资源化利用与节能减排的思考

稻壳是稻谷加工过程中最大的副产品,我国稻壳资源丰富,但目前并没有被充分有效地利用,即浪费了资源、又污染了环境。随着经济与社会的发展,在资源消耗量不断加大的同时,研究稻壳的合理利用,使稻壳资源化、变废为宝,解决污染问题,实现节能减排目标。     

南通市人为源大气氨排放清单及特征

根据收集的南通市各类人为氨排放源的活动水平数据,采用合理的估算方法和排放因子,估算了2009年南通市的人为源大气氨排放量。结果表明,2009年南通市人为源大气氨排放量为60.02 kt,其中,畜禽源和氮肥使用是两个最大排放源,氨排放量分别为31.54 kt和23.43 kt,分别占南通市大气氨排放总量的52.5%和39.0%。畜禽源中生猪是NH3排放最大贡献源,占畜禽源排放总量的46.4%,其次是家禽,其贡献率为36.4%。南通市氨平均排放强度为6.59 t.km-2.a-1。     

南通市人为源大气氨排放清单及特征

根据收集的南通市各类人为氨排放源的活动水平数据,采用合理的估算方法和排放因子,估算了2009年南通市的人为源大气氨排放量。结果表明,2009年南通市人为源大气氨排放量为60.02 kt,其中,畜禽源和氮肥使用是两个最大排放源,氨排放量分别为31.54 kt和23.43 kt,分别占南通市大气氨排放总量的52.5%和39.0%。畜禽源中生猪是NH3排放最大贡献源,占畜禽源排放总量的46.4%,其次是家禽,其贡献率为36.4%。南通市氨平均排放强度为6.59 t.km-2.a-1。     

济南市典型行业VOCs排放特征及减排潜力分析

基于济南市2020年大气污染源排放清单,选取化工、工业涂装、印刷和家具制造作为VOCs排放典型行业,对VOCs排放现状及存在问题进行调查分析,并依据企业规模及末端治理技术现状,设计出2种减排情景,估算减排潜力.结果表明,典型行业VOCs排放量从大到小依次为化工(7 947.92 t)、工业涂装(2 383.29 t)、印刷(792.87 t)和家具制造(143.79 t),其中,化工和工业涂装以大型企业为主,VOCs排放量占比分别为46.45%和50.89%,印刷和家具制造以中型企业为主,VOCs排放量占比分别为51.76%和42.37%;末端治理以单一低效治理技术为主,燃烧技术和组合技术等高效治理技术的使用率仅为7.46%;企业现场调研发现部分企业存在未完成源头替代、无组织排放管理不到位和末端治理设施适配性差等问题,具有一定的减排潜力.在设计的2种减排情景下,化工行业减排潜力最大,减排率为69.58%～84.99%,工业涂装、印刷和家具制造行业的减排率分别为26.98%～34.74%、 36.96%～59.74%和8.55%～40.45%.各行业的大、中型企业减排潜力较大,平均减排率...     

贵阳地区氨排放量估算

根据氨的不同排放源和排放因子,对贵阳地区2006年氨排放总量进行了估算。结果表明:贵阳地区氨排放总量为72.6kt,其中99.85%来自人为源排放,仅0.15%为自然源排放;在人为源中主要以家畜排放为主,排放量为27.8kt,占总排放量的38.30%;其次为燃煤排放,排放量为23.4kt,占32.26%。贵阳地区氨的排放强度达9.04t/km2,比中国和国外其他地区高,人均排放量达20.57kg/人,虽然与欧洲人均排放量接近,但比其他地区高很多;贵阳地区氨的排放与日本相似,都是以能源和动物排放为主,与中国和国外其他地区均不同,这可能跟贵阳特殊的地理条件和能源结构有关。