研究生知识库

大气环境与人类活动密切相关，大气环境的每一个因素都关系和影响到人类的生存与发展。气溶胶作为城市大气环境中的重要物质组分，其成分和来源极其复杂。我国近些年饱受气溶胶污染的困扰，2013年以来，灰霾天气曾多次肆虐全国各地，并逐步受到广泛的关注。尽管我国先后开展了一系列气溶胶的相关研究，却主要集中在京津冀、长三角和珠三角地区。研究显示，气溶胶硝酸盐既是环境中重要的氮源，又是除硫酸盐以外的主要大气酸沉降物种。因此，在人口稠密且生态环境脆弱的西南喀斯特地区开展气溶胶硝酸盐的相关研究意义重大。硝酸盐是气溶胶细粒子中占比较重的二次无机生成物，主要来自近地面NOx（主要来自工业生产、生物质燃烧、火力电厂及汽车尾气排放等）的进一步氧化，并通过干、湿沉降的方式进入地表，参与不同圈层间的氮元素地球化学循环。气溶胶硝酸盐的稳定氮、氧同位素组成（δ15N&δ18O-NO3–）信息在一定程度上能够指示硝酸盐的来源及其形成转化路径和机制。通过对贵阳市的PM2.5及其硝酸盐的稳定氮氧同位素的研究，可进一步认识我国西南喀斯特地区的气溶胶污染现状，初步认识机动车尾气对城市气溶胶细颗粒物的贡献，为控制并削减NOx排放、有效应对城市气溶胶硝酸盐污染问题提供基础数据和理论指导。本研究选取贵阳市作为研究区，以位于中心城区的南明区中国科学院地球化学研究所为城市区域代表，而以乌当区盘龙山森林公园为城市背景点代表，分别针对贵阳市城区交通高峰期与非高峰期和城市背景点昼夜进行冬、夏季PM2.5采样，测定并比较PM2.5浓度、硝酸盐浓度及稳定氮、氧同位素组成的季节、昼夜和时段等差异，力求达到示踪机动车尾气来源的贵阳市PM2.5中硝酸盐的目的。研究结果表明：（1）贵阳市PM2.5的质量浓度时空差异显著，城区高于背景点，冬季高于夏季。城区主要受到人为污染源的影响，背景点则受到区域大气质量迁移的影响；冬、夏季气象条件和人为活动同为影响贵阳市PM2.5的质量浓度变化的重要因素。（2）贵阳市城区PM2.5中的水溶性离子以SNA为主，主要以NH4NO3、NH4HSO4和(NH4)2SO4等形式存在。根据二次水溶性离子[NO3–]/[SO42–]的质量比值（小于1），表明贵阳市细颗粒物仍以固定污染源（如工矿企业燃煤）为主，而移动污染源的贡献也不可忽视。根据水溶性离子的Pearson相关性分析结果显示，冬季贵阳市PM2.5主要来源于化石燃料燃烧，夏季生物质燃烧源对贵阳市PM2.5的贡献显著。硝酸盐的质量浓度冬季显著高于夏季，与当地气象条件要素（大气稳定度、温度等）有关。冬季高峰期与非高峰期硝酸盐质量浓度差异不显著，表明机动车尾气对冬季PM2.5中硝酸盐质量浓度变化的影响有限；而夏季PM2.5中硝酸盐质量浓度变化可能主要受到交通源机动车尾气的影响。（3）贵阳市冬季PM2.5中硝酸盐的δ15N值较夏季明显偏正，且差异显著，推测其主要来自人为燃煤源NOx的转化，而夏季硝酸盐的来源相对复杂，可能为自然和人为源（闪电固氮、土壤生物源、生物质燃烧和机动车尾气等）NOx转化的混合。冬季PM2.5中硝酸盐δ15N值中午>晚高峰>早高峰，但高峰期与非高峰期的δ15N值差异不显著，表明冬季硝酸盐并非主要来源于机动车尾气NOx的二次转化；而夏季该值时段变化为早高峰>晚高峰>中午，高峰期与非高峰期的δ15N值差异显著，表明夏季高峰期硝酸盐可能主要受到机动车尾气NOx二次转化的影响。（4）贵阳市PM2.5中硝酸盐δ18O值冬季明显高于夏季，且差异显著，表明冬、夏季硝酸盐的形成转化路径不同，夏季NO2+OH的反应路径相对重要，而冬季主要由N2O5水解生成硝酸盐。贵阳市冬、夏季高峰期与非高峰期PM2.5中硝酸盐δ18O值的分布特征一致，表现为晚高峰>中午>早高峰，且高峰期与非高峰期差异不显著，表明冬、夏季日时段硝酸盐的形成路径受O3的影响逐渐增大，而受?OH的氧化作用逐渐减弱，进一步推测其主要受到光照强度和O3浓度的日变化影响。（5）拟定贵阳市大气颗粒物PM2.5中硝酸盐的主要来源分别为燃煤和机动车尾气NOx的二次转化，而且在转化为硝酸盐的过程中氮原子相对保守，根据简化的稳定同位素二元混合模型计算，得出结果显示冬季贵阳市PM2.5中硝酸盐的来源主要为燃煤NOx的转化，而夏季汽车尾气排放NOx为贵阳市PM2.5中硝酸盐的主要来源。