氨氣是大氣中含量最高的堿性氣體，主要來自于農(nóng)田氮肥施用及畜禽糞便導(dǎo)致的氨揮發(fā)。氨氣與酸性氣體反應(yīng)會形成大氣氣溶膠，因此氨氣也是一種大氣污染物。近年來，在我國有關(guān)通過減少氨氣排放來控制大氣氣溶膠污染的呼聲越來越高。氨氣化學(xué)性質(zhì)活潑、粘滯性強(qiáng)，能夠較快從大氣向地表沉降而清除。農(nóng)業(yè)源在氨排放清單中占比較大，但農(nóng)業(yè)排放的氨氣是否全部進(jìn)入大氣亟待評估。
我國亞熱帶丘陵區(qū)山多地少，稻田、蔬菜地多分布在山谷地帶，茶園、果園等分布在山間，而養(yǎng)殖場也往往傍山而建。這種農(nóng)田、養(yǎng)殖場與周邊自然生態(tài)系統(tǒng)相依存在的格局，可能使氨氣較平原區(qū)存在較高的近源沉降比例。我國亞熱帶丘陵區(qū)具有較高的氨氣排放強(qiáng)度，但近期的觀測結(jié)果表明，我國亞熱帶丘陵區(qū)的大氣氨氣濃度不高，這間接表明亞熱帶丘陵區(qū)可能存在較高的氨氣近源沉降特征，但目前還未有直接的試驗(yàn)證據(jù)。
中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所土壤生態(tài)與環(huán)境課題組基于前期建立的氨氣近源沉降研究方法，選擇亞熱帶丘陵區(qū)雙季稻田為研究對象，研究了農(nóng)田排放氨氣的去向和沉降過程。結(jié)果表明，稻田（0.6ha）下風(fēng)向100m范圍較高的氨氣濃度主要出現(xiàn)在施用基肥和追肥后15d內(nèi)。隨著距稻田距離的增加，下風(fēng)向大氣中氨氣濃度呈指數(shù)下降。稻田下風(fēng)向100m范圍內(nèi)氨氣沉降量約占揮發(fā)量的80%，表明近源沉降是亞熱帶丘陵區(qū)稻田排放氨氣的重要清除機(jī)制。該機(jī)制大幅減少了農(nóng)業(yè)排放氨氣進(jìn)入大氣的總量，應(yīng)該在清單編制過程中予以考慮，以期客觀評價農(nóng)業(yè)排放對大氣污染的潛在影響。
對丘陵區(qū)典型集約化養(yǎng)豬場（年存欄量平均為8900頭）進(jìn)行長達(dá)一年的氨氣近源沉降進(jìn)行研究則表明，距養(yǎng)豬場500m范圍內(nèi)，NH3濃度變化范圍為14-1200μgm-3，NH3濃度隨著距養(yǎng)豬場距離的增加呈指數(shù)衰減，且具有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律，夏季濃度最高、冬季最低，且與氣溫呈顯著正相關(guān)；養(yǎng)殖場500范圍內(nèi)，氨氣的月沉降量在92-1400kgNmo-1，占到月氨氣排放量的4.1%-14%。一年中養(yǎng)殖場的氨氣總排放量和近源沉降量分別為63000kgNyr-1和5400kgNyr-1，氨氣年近源沉降占到氨氣年排放的8.6%。這表明集約化養(yǎng)殖場是重要的氨氣排放源，氨氣近源沉降對養(yǎng)殖場周邊產(chǎn)生較高的氮輸入，從而會對養(yǎng)殖場周邊生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。而集約化養(yǎng)殖場周邊較低的近源沉降比例，也表明集約化養(yǎng)殖場排放的氨氣大部分會進(jìn)入大氣，從而對大氣氨污染具有重要貢獻(xiàn)。
該項(xiàng)研究成果分別以High NH3 deposition in the environs of a commercial fattening pig farm in central south China為題發(fā)表在Environmental Research Letters期刊和以Dry Deposition of Ammonia around Paddy Fields in the Subtropical Hilly Area in Southern China為題發(fā)表在Atmospheric and Oceanic Science Letters上。該研究獲得國家自然科學(xué)基金（41771336）、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目（2018YFC0213302）、中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃項(xiàng)目（KFJ-STS-QYZD-2021-22-002）、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會（2017418）等基金的支持。
丘陵區(qū)稻田氨氣排放、近源沉降及大氣轉(zhuǎn)化