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华北典型农田和畜禽场环境大气中活性氮化学组成和浓度变化特征

本站小编 Free考研考试/2022-01-23

摘要
摘要:大气活性氮(Nr)是导致霾污染和过量氮沉降的主要前体物。随着近年来大气污染防治行动的深入,消减农业源Nr排放逐渐被提上议事日程。目前,针对农田和畜禽养殖场内外环境大气中Nr的实地测量资料较为缺乏,且以往研究多以氨气(NH3)为主,很少关注其他Nr成分。为了阐明农业活动对大气Nr的潜在影响,本研究基于扩散管主动采样系统,对华北平原典型农田(河北香河和栾城农田)、养猪场和蛋鸡养殖场环境大气中的4种Nr成分,即NH3、硝酸气体(HNO3)、颗粒态铵盐(p-NH4+)和颗粒态硝酸盐(p-NO3-)开展了现场同步观测。结果显示:观测期间猪舍内NH3和p-NH4+平均浓度(1 250.9 μg·m-3和76.6 μg·m-3)显著高于舍外(378.5 μg·m-3和4.2 μg·m-3);而猪舍内HNO3和p-NO3-平均浓度(10.3 μg·m-3和20.8 μg·m-3)与舍外接近(9.8 μg·m-3和22.1 μg·m-3);鸡舍内仅NH3平均浓度(197.7 μg·m-3)显著高于舍外(77.3 μg·m-3),而p-NH4+、HNO3和p-NO3-平均浓度(7.3 μg·m-3、9.0 μg·m-3和6.2 μg·m-3)均与舍外接近(10.7 μg·m-3、9.9 μg·m-3和7.2 μg·m-3)。总体上看,养猪场环境大气中Nr浓度显著高于养鸡场(P < 0.05)。香河和栾城农田大气NH3、p-NH4+、HNO3和p-NH4+的平均浓度分别为21.4 μg·m-3、1.9 μg·m-3、4.4 μg·m-3和5.5 μg·m-3,显著低于养殖场外Nr浓度(P < 0.05)。从形态组成上看,养殖场和农田大气Nr主要以NH3-N(占比>80%)的形态存在,说明华北农业活动产生的Nr主要通过NH3的形式向外扩散传输,并没有在当地快速转化为颗粒物。未来需要进一步研究Nr在大气中的传输路径和转化机制,为制定有效的减排措施提供科学支持。
关键词:华北平原/
农田/
养殖场/
养殖圈舍/
活性氮/
大气污染
Abstract:Reactive nitrogen (Nr) is the main precursor of atmospheric haze pollution, which leads to excessive nitrogen deposition. With prevention and control measured for air pollution in recent years, reducing Nr from agricultural sources has recently been suggested. Currently, field measurements focusing on atmospheric Nr in farmland and animal farms are still limited and are mainly focused on ammonia (NH3), with little attention being paid to other Nr components. In order to characterize the potential impact of agricultural activities on atmospheric Nr concentrations, this study carried out simultaneous field measurements of major Nr species, including gaseous NH3, nitric acid (HNO3), particle ammonium (p-NH4+) and nitrate (p-NO3-), in two farmlands (Xianghe farmland and Luancheng farmland in Hebei Province), a pig farm and a poultry farm in the North China Plain using the active denuder sampling system. The results showed that the average concentrations of NH3 and p-NH4+ inside the pig house (1 250.9 and 76.6 μg·m-3, respectively) were significantly higher (P < 0.05) than those outside the pig house (378.5 and 4.2 μg·m-3, respectively). However, the average concentrations of HNO3 and p-NO3- inside the pig house (10.3 and 20.8 μg·m-3, respectively) were comparable to those outside the pig house (9.8 and 22.1 μg·m-3, respectively). In contrast, the measured Nr concentrations were similar both inside and outside the poultry house for all Nr species (overall ranged from 6.2 to 10.7 μg·m-3) except for NH3, which was significantly higher (P < 0.05) inside (197.7 μg·m-3) compared to outside (77.3 μg·m-3). In general, atmospheric Nr concentrations in the pig farm were significantly higher than those in the poultry farm (P < 0.05). The average air concentrations of NH3, p-NH4+, HNO3 and p-NO3- in the farmland were 21.4, 1.9, 4.4 and 5.5 μg·m-3, respectively, which were significantly lower than those outside the pig and poultry farms (P < 0.05). From the perspective of chemical composition, Nr mainly existed in the form of NH3-N (accounting for more than 80%) in pig, poultry and farmland environments, which indicated that the Nr produced by agricultural activities in the North China Plain mainly diffused outward in the form of NH3 instead of transforming into particles locally. Detailed investigations on the transmission mechanisms and transport pathways of Nr in the atmosphere are urgently needed to provide scientific support for the implementation of effective emission mitigation measures.
Key words:North China Plain/
Farm land/
Intensive pig and poultry farms/
Breeding house/
Reactive nitrogen/
Air pollution



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http://www.ecoagri.ac.cn/article/exportPdf?id=9d6cbe35-79fa-4bd4-9587-1e30afab3a66
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