华农试验田区PM2.5浓度特征及农业活动排放颗粒物特性

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我国对大气颗粒物来源特征的研究集中在工业源、交通源、城市建筑扬尘源的排放特征,而对农业源排放的颗粒物研究较少,不同的农业活动排放颗粒物的大小、成分不同,对环境造成的影响也不一样。因此本研究旨在探究不同农业活动时期排放的颗粒物对大气中PM2.5、PM10的影响。
  本研究于2016年4月至2017年2月,在华中农业大学试验田区,采用自动在线监测仪全年监测PM2.5,同步记录采样期温度、相对湿度等气象因子,监测期分为春、夏、秋、冬四个季节,并与武汉市青山钢花(工业区)、汉口花桥(居民区)、东湖梨园(风景区)PM2.5的浓度进行对比,探究试验田区与不同功能区PM2.5的污染水平及时间变化规律;同时手工采集秋季农业活动期间水稻收割、耕地、生物质燃烧排放的PM2.5、PM10,分析颗粒物的元素、水溶性离子,矿物组分和颗粒物形貌变化,探究不同农业活动排放颗粒物的污染特征,得到的结论如下:
  1.华农试验田区监测点四个季节PM2.5的日均值浓度为冬季>春季>秋季>夏季。夏季PM2.5浓度的平均值为34.4μg/m3,超标率为0,春季和秋季PM2.5浓度平均值为52.5μg/m3、46.35μg/m3,超标率分别为15.68%、11%,最大超标倍数分别为1.6、2.0倍,冬季污染最为严重,日均浓度值为86.5μg/m3,超标率高达70%,最大超标倍数为2.7倍;与武汉市其他三个功能区监测点相比,总体而言青山钢花工业区污染最严重,其次为华农及汉口花桥,东湖梨园污染较轻。从各季节PM2.5小时浓度均值日变化分析,春季和冬季呈出明显的双峰形,秋季呈现出单峰型,夏季、秋季呈现单峰;而在有农业活动排放颗粒物期间,华农试验田区PM2.5的浓度相对其他功能区监测点,其浓度值在一段时间内会有增加。
  2.收割排放PM2.5、PM10中总水溶性离子占比分别为9.1%、7.0%,耕地排放PM2.5、PM10中总水溶性离子占比分别为20.8%、17.2%,生物质燃烧排放PM2.5、PM10中总水溶性离子占比分别为9.9%、11.9%。收割排放的降尘产生的二次离子SO42-、NO3-、NH4+,占PM2.5、PM10增加的总水溶性离子质量比例分别为33%、27.7%,植物碎屑产生的Cl-、K+、Ca2+、Mg2+占收割排放PM2.5、PM10增加的总水溶性离子质量比例分别62.6%、70.8%;耕地排放PM10中,土壤矿尘离子Ca2+、Mg2+,仅增加0.8μg/m3,土壤尘对颗粒物水溶性离子含量贡献很小;生物质燃烧排放中PM2.5中,K+、Cl-占生物质燃烧排放PM2.5中增加的总水溶性离子质量比例为67.7%,二次离子占22.2%,K+、Cl-对PM2.5水溶性离子贡献大。
  3.收割排放颗粒物中的元素,对细粒子贡献大,耕地排放土壤尘的元素含量,对粗粒子贡献多,生物质燃烧排放的颗粒物的元素含量,对细粒子贡献明显。收割排放颗粒物中,土壤矿尘元素Si、Al、Fe、Ti占PM2.5、PM2.5-10中增加的总元素的比例分别为77.5%、61.2%,K主要富集在PM2.5-10中,占PM2.5、PM2.5-10中增加的总元素的比例分别为6.8%、18.6%,重金属Pb、Cu富集在细粒子中;耕地排放的颗粒中,土壤矿尘元素占PM2.5、PM2.5-10中增加的总元素的比例分别为82.3%、87.6%;生物质燃烧排放颗粒物物中,K主要富集在细粒子中,占PM2.5增加的总元素比例为65%。
  4.农业活动收割期间排放颗粒PM10、PM2.5会将硫酸钙、硫酸铵、磁铁矿、赤铁矿排放到空气中,而耕地期间将石膏、长石、赤铁矿、磁铁矿、排放到空气中,且主要由PM10颗粒物排放。
  5.收割排放的为形状不规则,片状植物残体,以及边缘光滑的矿物颗粒;耕地多排放的为边缘不光滑、形状不规则的矿物集合体颗粒;生物质燃烧排放大部分为单个表面光滑的球形颗粒,少部分为链状烟尘集合体颗粒。
  
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