東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源一次顆粒物排放清單研究

李瑞敏,童全松,陳衛(wèi)衛(wèi)*,王毅勇,張世春,張學(xué)磊,趙紅梅,何月欣

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東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源一次顆粒物排放清單研究

李瑞敏1,2,童全松1,陳衛(wèi)衛(wèi)1*,王毅勇1,張世春1,張學(xué)磊1,趙紅梅1,何月欣1,2

(1.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 長春 130102；2.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

采用自下而上的清單編制方法,搜集各農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié)(秸稈燃燒、整地、收割、谷物處理、化肥施用、農(nóng)機(jī)排放、風(fēng)蝕)排放因子、作物面積和耕作方式等信息,編制了2010年東北地區(qū)縣級尺度的農(nóng)業(yè)一次顆粒物(PM10和PM2.5)排放清單,并分析了農(nóng)業(yè)源顆粒物排放的時(shí)空分布特征.結(jié)果表明:1)2010年東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源一次顆粒物PM10總排放量54.6萬t,PM2.5總排放量35.6萬t;2)東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源一次顆粒物PM10排放量最大的農(nóng)業(yè)活動(dòng)環(huán)節(jié)是秸稈燃燒,占農(nóng)業(yè)源總排放量的比例為60%,秸稈燃燒排放PM2.5占PM2.5農(nóng)業(yè)源排放量的87%,整地環(huán)節(jié)是一次顆粒物排放的第2大農(nóng)業(yè)排放源,對農(nóng)業(yè)源排放PM10和PM2.5總量的貢獻(xiàn)率分別是27%和6%; 3)PM10和PM2.5的排放強(qiáng)度空間分布表明,東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源顆粒物排放區(qū)域集中在黑龍江省東北部和中部地區(qū),吉林省中部和遼寧省中部地區(qū); 4)PM10和PM2.5排放的時(shí)間變化特征顯示,PM10農(nóng)業(yè)源排放年變化曲線中,5月份和9、10月份是農(nóng)業(yè)源排放一次顆粒物PM10較多的月份,PM2.5排放集中在9、10月份;5)本研究估算的污染物排放清單的不確定性為184.3%.未來的工作將側(cè)重于典型農(nóng)業(yè)區(qū)本土排放因子測定,從而有效減小排放清單的不確定性.

東北地區(qū)；農(nóng)業(yè)源；時(shí)空分布；排放清單；PM2.5；PM10

農(nóng)業(yè)排放源是大氣顆粒物的重要來源之一[1-4],農(nóng)業(yè)活動(dòng)釋放的一次顆粒物主要來自于土壤風(fēng)蝕、農(nóng)田耕作、施肥、化學(xué)物質(zhì)使用(例如殺蟲劑)、作物收割、作物加工、谷物處理、殘茬燃燒以及動(dòng)物飼養(yǎng)[4-8].農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)釋放的各類氣溶膠,會(huì)改變當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)區(qū)大氣環(huán)境,進(jìn)而通過大氣傳輸來影響毗鄰的城市/鎮(zhèn)及其他地區(qū),甚至造成區(qū)域大氣污染事件,特別是在農(nóng)業(yè)活動(dòng)強(qiáng)度大和沙塵天氣頻繁的地區(qū)[9-12].歐洲的研究表明,田間土壤耕作和作物收割過程中農(nóng)耕機(jī)械擾動(dòng)產(chǎn)生的顆粒物排放占農(nóng)業(yè)總排放量的80%以上[13].對我國的很多農(nóng)業(yè)區(qū)域而言,農(nóng)田春耕和秸稈燃燒是造成區(qū)域嚴(yán)重大氣污染的重要來源[14-15].

研究區(qū)域的大氣污染問題,不僅要對顆粒物的污染現(xiàn)狀開展研究,還需制定研究區(qū)域相應(yīng)的排放清單,為數(shù)值模擬研究提供所必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).目前,國際上及我國現(xiàn)有區(qū)域尺度農(nóng)業(yè)源大氣顆粒物排放清單編制及數(shù)值模擬研究主要為秸稈燃燒[17-19],對于其他農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié)考慮較少,進(jìn)一步增加數(shù)值模擬研究的不確定性.

近期研究顯示,東北地區(qū)空氣質(zhì)量逐漸惡化[16].東北地區(qū)作物生育周期短,土壤裸露時(shí)間長,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化程度高,農(nóng)業(yè)耕種過程中土壤氣溶膠排放的潛力大.此外,近50年來該地區(qū)大量的濕地和草地被開墾成為農(nóng)田,導(dǎo)致土壤濕度降低,土壤有機(jī)質(zhì)減少,進(jìn)一步增加顆粒物排放潛力.本文采用基于統(tǒng)計(jì)資料的自下而上方法,對東北地區(qū)7種主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中一次顆粒物(PM10和PM2.5)的排放量進(jìn)行評估,并分析其時(shí)空分布規(guī)律、各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的貢獻(xiàn)及排放清單的不確定性.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域概況

東北地區(qū)(38°40′N~53°30′N,115°05′E~ 135°02′E)包括黑龍江省、吉林省、遼寧省以及內(nèi)蒙古四盟市(即呼倫貝爾市,興安盟,赤峰市和通遼市)(圖1).東北地區(qū)耕地面積廣大,全區(qū)耕地面積為21.5萬km2,人均耕地面積是全國人均耕地面積的3倍;主要種植農(nóng)業(yè)區(qū)為松嫩平原、三江平原和遼河平原地區(qū);主要作物有玉米,大豆、水稻、小麥、雜糧等.東北地區(qū)屬溫帶濕潤、半濕潤季風(fēng)氣候,主要土壤類型為黑土和黑鈣土,是世界主要的三大黑土區(qū)之一;區(qū)域內(nèi)耕地集中連片,適宜大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn).

1.2 清單編制方法

1.2.1 排放量計(jì)算 通過對東北地區(qū)顆粒物(PM10和PM2.5)排放源進(jìn)行識(shí)別與分類,采用California Agriculture Resource Board(CARB)[20]方法計(jì)算農(nóng)業(yè)源排放一次顆粒物的排放量.基本計(jì)算方法如下:

式中:是農(nóng)業(yè)源PM10或PM2.5的排放量;EF,j是排放因子;A是農(nóng)業(yè)活動(dòng)水平;p是農(nóng)田管理的操作次數(shù);是指控制措施的控制效率;是指排放源;是土地類型.

(1)秸稈燃燒

秸稈燃燒產(chǎn)生的顆粒物總量與作物類型[21]和燃燒狀態(tài)[22]等因素有關(guān),其計(jì)算公式[23]如下:

式中:為縣級區(qū)域;為作物類型;Q為秸稈燃燒PM10或PM2.5排放量;P,i為區(qū)域第種作物的產(chǎn)量;N為第種作物的秸稈量與作物產(chǎn)量之比(草谷比);B為區(qū)域秸稈露天焚燒的比例,本文B值取0.3,為露天焚燒效率,本文值取0.8;EF為第種作物的PM10或PM2.5排放因子.

(2)化肥施用

化肥施用產(chǎn)生的一次顆粒物排放速率計(jì)算公式[24]如下:

式中:AF為施肥量,t/hm2;EF為施肥所產(chǎn)生PM10和PM2.5顆粒物的排放因子,其值分別為1.09kg/t和0.31kg/t.

(3)農(nóng)機(jī)排放

農(nóng)業(yè)機(jī)械排放顆粒物是由于農(nóng)用機(jī)械(包括農(nóng)業(yè)機(jī)械、耕作機(jī)械、排灌機(jī)械和收割機(jī)械和農(nóng)用運(yùn)輸車)的柴油燃燒尾氣產(chǎn)生.PM10和PM2.5排放量的估算方法如公式(3)[24]:

式中:為污染物的排放量,kg;為農(nóng)業(yè)機(jī)械或農(nóng)用運(yùn)輸車的柴油使用量,kg,其中表示農(nóng)業(yè)機(jī)械或農(nóng)用運(yùn)輸車;EF為排放因子,g/kg.

(4)作物收割

作物收割過程中,由于收割和機(jī)動(dòng)車行駛過程中發(fā)生的機(jī)械擾動(dòng)[25],產(chǎn)生大量的碎屑,如花粉、孢子、細(xì)菌、真菌、二氧化硅、昆蟲和農(nóng)藥殘留等.作物收割排放一次顆粒物計(jì)算方法:

式中:E是PM作物排放速率,kg/a;EF是作物的排放因子;AH,j是作物的收割面積.

(5)谷物處理

谷物處理排放顆粒物是指糧食從運(yùn)送到儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的的排放,包括谷物的加工(清潔與干燥),裝卸過程和儲(chǔ)存過程.谷物處理過程PM10和PM2.5排放量計(jì)算公式(5):

式中:ER是PM10和PM2.5的排放速率,kg/a;EF是谷物處理的排放因子,kg/t;是谷物處理的質(zhì)量, t/a.

(6)風(fēng)蝕

風(fēng)吹過裸露的農(nóng)業(yè)用地夾帶顆粒物會(huì)形成一次顆粒物,松散的土壤物質(zhì)被風(fēng)吹起、搬運(yùn)和堆積的過程以及地表物質(zhì)受到風(fēng)吹起的顆粒的磨蝕形成土壤風(fēng)蝕,需要考慮人為改變的因素.風(fēng)蝕排放量的計(jì)算公式為(10),其中排放因子計(jì)算公式[26]為(6):

式中:EF,j是風(fēng)蝕排放PM10的排放速率,t/(hm2·a),其中是風(fēng)蝕損失率(對于PM10,=0.0125[25];對于PM2.5,=0.0025[25]),I是土壤風(fēng)蝕指數(shù)t/(hm2·a),K是作物類型表面粗糙度,對于光滑或粗糙的地表面,分別取值1或0.5[26],C為氣候因素.L為無屏蔽寬度因子,當(dāng)無屏蔽寬度小于等于300m時(shí)=0.7,而當(dāng)無屏蔽寬度大于等于600m時(shí),=1.0.V植被覆蓋因子,地面完全裸露時(shí)等于1.其中氣候因子C的計(jì)算方法為:

式中:為縣市年平均風(fēng)速,m/s;為縣市年平均降水量mm;為縣市年平均溫度,℃.

式中:AH是縣市農(nóng)作物種植面積,hm2.

(7)整地

農(nóng)田耕作排放一次顆粒物主要取決于耕作方式和所使用的工具、土壤類型、土壤濕度和作物類型等因素[27].增加田間顆粒物排放的耕作方式包含翻耕、耙地、播種、除草.這些耕作方式由于使用機(jī)械和工具并直接接觸土壤和植物,容易使細(xì)顆粒物懸浮到空氣中[6].

式中:PM為第種作物農(nóng)田PM10和PM2.5的排放量,kg/a;為年耕種次數(shù);A為第種作物的年耕種面積,hm2;N為第種耕作活動(dòng)在每季作物生長過程中的操作次數(shù);EFPMik為第種作物生產(chǎn)過程中第中操作的排放系數(shù),kg/hm2.

1.2.2 時(shí)空分布特征 本文根據(jù)農(nóng)業(yè)源活動(dòng)一次顆粒物排放量以及東北地區(qū)縣級市行政區(qū)劃數(shù)據(jù),利用ARCGIS繪制東北地區(qū)各縣農(nóng)業(yè)源一次顆粒物排放量空間分布、排放強(qiáng)度空間分布和18km×18km網(wǎng)格排放強(qiáng)度空間分布.根據(jù)東北地區(qū)農(nóng)業(yè)活動(dòng)及作物種植信息,得出秸稈燃燒、整地、谷物處理、收割、化肥施用、農(nóng)機(jī)排放和風(fēng)蝕7種主要農(nóng)業(yè)源每月的時(shí)間變化情況.

1.2.3 不確定性分析 使用IPCC誤差傳播公式估算最終誤差分析清單不確定性[28].根據(jù)排放因子數(shù)據(jù)和活動(dòng)水平數(shù)據(jù)使用加法合并原則和乘法合并原則進(jìn)行排放清單不確定性分析.加法合并公式如下:

式中:total為所有量的總和的百分比不確定性;x和u分別表示不確定量及其相關(guān)的百分比不確定性.

乘法合并公式:

式中:total為所有量的乘積的百分比不確定性;u為與每個(gè)量相關(guān)的百分比不確定性.

文章中做假定:統(tǒng)計(jì)資料、活動(dòng)水平數(shù)據(jù)均源于國家統(tǒng)計(jì)局或其他政府部門公開數(shù)據(jù),其誤差不超過5%.若排放因子來源較單一,或者某類型的排放因子只有一個(gè),則統(tǒng)一設(shè)其誤差為200%[28].

1.3 數(shù)據(jù)來源

本文考慮的農(nóng)業(yè)一次顆粒物排放源包括施肥、風(fēng)蝕、收割、谷物處理、秸稈燃燒、農(nóng)機(jī)排放和整地等7種農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié). Pattey等[25]中指出加拿大農(nóng)業(yè)源顆粒物排放包括風(fēng)蝕等10類,而本文中農(nóng)業(yè)源主要指狹義農(nóng)田的排放,不包括動(dòng)物養(yǎng)殖,且花粉逸散和農(nóng)藥施用排放的顆粒粒徑一般大于10μm顆粒,故本文未計(jì)算.同時(shí),查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用排放大量PM10和PM2.5[39].

1.3.1 活動(dòng)水平 數(shù)據(jù)來源中,東北地區(qū)各類作物的產(chǎn)量及種植面積、化肥使用量、農(nóng)業(yè)機(jī)械尾氣數(shù)據(jù)來源于2011年東北各省份統(tǒng)計(jì)年鑒[29-32];谷草比數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[33-34];農(nóng)業(yè)柴油使用量數(shù)據(jù)來自《2012中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》[35].作物歷數(shù)據(jù)來源于中華人民共和國農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司區(qū)域農(nóng)時(shí)數(shù)據(jù)庫[36].

表1 東北地區(qū)農(nóng)田操作環(huán)節(jié)活動(dòng)水平數(shù)據(jù)Table 1 The basic data for agriculture activities in northeastern China

1.3.2 排放因子 排放因子數(shù)據(jù)主要來自于CARB、USEPA等機(jī)構(gòu)指南及文獻(xiàn)資料,具體數(shù)值見表2.

表2 東北地區(qū)農(nóng)田操作環(huán)節(jié)PM10和PM2.5排放因子Table 2 Used PM10and PM2.5emission factors for agriculture activities in northeastern China

續(xù)表2

農(nóng)業(yè)操作環(huán)節(jié)PM10排放因子PM2.5排放因子來源 秸稈燃燒5.77 (kg/t)Jenkins(1996)[38] 玉米5.3(kg/t)5.1(kg/t)Jenkins(1996)[38] 小麥5.1(kg/t)4.8(kg/t)Jenkins(1996)[38] 大豆6.9(kg/t)6.8(kg/t)U.S.EPA(2003)[37] 煙草10.8(kg/t)10.6(kg/t)U.S.EPA(2003)[37] 土豆10.8(kg/t)10.6(kg/t)U.S.EPA(2003)[37] 其他作物10.8(kg/t)10.6(kg/t)U.S.EPA(2003)[37] 農(nóng)機(jī)排放農(nóng)用機(jī)械4.2 (g/kg)3.78(g/kg)張強(qiáng)(2005)[39] 農(nóng)用運(yùn)輸車5.8 (g/kg)5.22(g/kg)張強(qiáng)(2005)[39]

2 結(jié)果與討論

2.1 東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源一次顆粒物排放清單

2010年東北地區(qū)農(nóng)業(yè)一次顆粒物PM10和PM2.5年排放量分別為54.6萬t和35.6萬t(表3). 所有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,秸稈燃燒分別貢獻(xiàn)了總量的60%和87%(圖2).目前,農(nóng)村秸稈綜合利用的途徑較粗放,利用率比較低,在廣大的東北地區(qū)焚燒仍舊是秸稈處理的主要方式.整地環(huán)節(jié)是第二大排放源,分別占PM10和PM2.5總排放量的27%和6%.化肥施用產(chǎn)生的PM10和PM2.5總排放量分別為1.64萬t和0.64萬t,該環(huán)節(jié)的排放在各省中的貢獻(xiàn)相近.其他幾個(gè)排放環(huán)節(jié)(農(nóng)機(jī)排放、風(fēng)蝕、谷物處理和作物收割)對總量的貢獻(xiàn)很少.研究表明,秸稈燃燒、農(nóng)機(jī)排放中PM2.5/PM10比值大于0.9,以粒徑較小(<2.5μm)顆粒物排放為主[25,40];而整地、谷物處理、化肥施用、收割和風(fēng)蝕PM2.5/PM10比值小于0.3,主要以粗粒徑(2.5μm<<10μm)排放為主[40],因此秸稈燃燒在PM2.5總量中貢獻(xiàn)增加,而相應(yīng)整地的貢獻(xiàn)降低.

表3 2010年東北地區(qū)一次顆粒物排放量(萬t)Table 3 The emissions of the primary particulates in northeastern China in 2010(1′104t)

2.2 東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源一次顆粒物排放空間分布

作為東北地區(qū)的農(nóng)業(yè)大省,黑龍江是該地區(qū)農(nóng)業(yè)源一次顆粒物排放最大的省份,PM10和PM2.5排放量為23.7萬t和14.8萬t,分別占總量的43.5%和41.6%.吉林省排放量第2,其次為遼寧省和內(nèi)蒙古四盟市.黑龍江省農(nóng)作物種植面積大,耕地面積約為吉林省的1.96倍,作物產(chǎn)量高,故秸稈燃燒和整地環(huán)節(jié)在黑龍江省的排放高于其他各省.遼寧省化肥施用對顆粒物的貢獻(xiàn)率較高,這是因?yàn)楹谕翆佑杀毕蚰现饾u變薄,化肥使用量增加的緣故[41].與其他省份相比,內(nèi)蒙古四盟市風(fēng)蝕產(chǎn)生的顆粒物總量及貢獻(xiàn)率更高,這可能是由內(nèi)蒙古四盟市地區(qū)較高的風(fēng)速和更少的降雨條件下農(nóng)田風(fēng)蝕排放強(qiáng)度最大造成.

由縣級顆粒物排放總量空間分布圖3(a)可知,東北地區(qū)PM10和PM2.5排放區(qū)域主要集中于黑龍江省東北部和中部地區(qū),吉林省中部和遼寧省中部地區(qū).PM10和PM2.5排放量較大的縣級市有公主嶺市、榆樹縣以及龍江縣,在這些縣市PM10排放量大于10kt/a,PM2.5年排放量大于7kt/a.龍江縣黑鈣土資源豐富,榆樹以及公主嶺市位于松嫩平原腹地,是農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)的縣和縣級市.排放量較小地區(qū)位于東北地區(qū)的東南部和西北部地區(qū)(長白山山區(qū)及大興安嶺和小興安嶺地區(qū))以及城市區(qū).例如漠河縣,長白山地區(qū)一帶以及市區(qū),年排放量不足0.1kt/a.

由圖3(b)可見,高排放強(qiáng)度分布在中部及三江平原地區(qū).具體包括吉林省的中部地區(qū)以及黑龍江省中南部和東部,遼寧省的北部.例如黑龍江省的佳木斯市和肇東縣、望奎縣等位于松嫩平原,是PM10排放強(qiáng)度較大的地區(qū).吉林省中部的榆樹市,公主嶺市、農(nóng)安縣和梨樹縣等地也是排放量較大的地區(qū),排放強(qiáng)度大于20kg/hm2.東北地區(qū)各縣及縣級市PM10排放強(qiáng)度平均值為8kg/hm2. PM2.5排放量較大的地區(qū)有望奎縣,四平市和農(nóng)安縣,排放強(qiáng)度大于18kg/hm2.圖3(c)為18km× 18km網(wǎng)格排放強(qiáng)度空間分布,東北地區(qū)的中部(松嫩平原地區(qū)和遼河平原地區(qū))和東北部地區(qū)(三江平原地區(qū))是排放強(qiáng)度較大的地區(qū),PM10及PM2.5排放強(qiáng)度最大值大于4t/(18km×18km)和3t/(18km×18km).這是由于平原地區(qū)具有廣大的耕地面積,土壤質(zhì)地好(黑土區(qū)),是農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)的地區(qū).排放強(qiáng)度較小的地區(qū)有西北部(大興安嶺地區(qū)、小興安嶺地區(qū))和東南部(長白山地區(qū)).排放強(qiáng)度小于0.1t/(18km×18km).這些地區(qū)位于林區(qū)及山區(qū),農(nóng)田耕作面積較小,農(nóng)業(yè)活動(dòng)少.

2.3 東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源一次顆粒物排放時(shí)間分布

由圖4可見,5月,9月和10月份是農(nóng)業(yè)源PM10的主要排放月份,分別占年排放量的32%、24%和29%.在5月份,整地活動(dòng)貢獻(xiàn)71%,是主要排放來源,因?yàn)榇蠖鄶?shù)的整地和播種在5月份進(jìn)行.由于部分秸稈或殘茬也在此期間進(jìn)行燃燒,因此秸稈燃燒也貢獻(xiàn)了17%.此外,化肥施用在5月有較高的貢獻(xiàn)率5%,這與5月份是農(nóng)作物施基肥相一致.9月和10月份,秸稈燃燒的貢獻(xiàn)率為72%和60%,整地環(huán)節(jié)在該月份的貢獻(xiàn)率為5%~6%.在東北地區(qū),9和10月份是農(nóng)業(yè)活動(dòng)最集中的時(shí)期,秸稈燃燒、收割、谷物處理、農(nóng)機(jī)排放、整地等多種農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié)都有明顯排放.5月、9月和10月份,PM2.5排放占全年總量分別為17%,30%和34%.因?yàn)榻斩捑谶@3個(gè)月份進(jìn)行露天焚燒,且以細(xì)顆粒物排放為主,因此秸稈燃燒排放占當(dāng)月PM2.5排放總量分別為62%,95%和91%.

2.4 排放清單的不確定性分析

顆粒物排放清單的不確定為184%(表4).文獻(xiàn)報(bào)道的秸稈燃燒和風(fēng)蝕的排放因子數(shù)據(jù)較多,且有本土實(shí)測數(shù)據(jù)[23,26].谷物處理和收割的排放因子來源較單一,設(shè)其誤差為200%.

表4 農(nóng)業(yè)源排放一次顆粒物PM10的不確定性(%)Table 4 Uncertainty of the agriculture sources emission from PM10(%)

秸稈燃燒環(huán)節(jié)排放因子范圍5.1~10.25g/kg,因農(nóng)作物不同而有所差別[25].秸稈露天燃燒比例是引起排放清單的不確定性之一,文獻(xiàn)中指出東北地區(qū)秸稈露天焚燒比例0~30%[28].本文計(jì)算秸稈燃燒排放PM10與文獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果近似.其中,曹國良等[28]計(jì)算2003年P(guān)M10秸稈燃燒排放量為15.55萬t,陸炳等[42]計(jì)算2007年秸稈室外燃燒排放量較大,吉林、遼寧PM10年排放量20萬t以上,黑龍江省35.3萬t.本文計(jì)算PM10的排放量為32.55萬t.風(fēng)蝕環(huán)節(jié)排放因子范圍14.40~ 349.5t/(hm2·a).化肥施用、谷物處理、收割和農(nóng)機(jī)排放的排放因子資料很少.

清單沒有包括草原牧草收割環(huán)節(jié)排放的PM10,但由于其所占比例較小,且分布區(qū)域較少,未進(jìn)行計(jì)算,影響清單的不確定性.

3 結(jié)論

3.1 2010年東北地區(qū)PM10總排放量為54.6萬t,PM2.5的排放總量為35.6萬t.區(qū)域集中排放主要位于三大平原地區(qū),即三江平原(黑龍江省東北部),松嫩平原(黑龍江中部地區(qū)和吉林省中部),及下遼河平原(遼寧省中部).在這些地區(qū),PM10和PM2.5年排放量較強(qiáng)的縣或縣級市年排放量大于10,7kt/a,排放強(qiáng)度為20,18kg/hm2.東北地區(qū)的西北部大、小興安嶺地區(qū),東南部長白山地區(qū)排放量較小,年排放量小于0.1kt.

3.2 東北地區(qū)農(nóng)業(yè)源一次顆粒物PM10和PM2.5的最大排放源是秸稈燃燒,其貢獻(xiàn)率分別為60%和87%.整地環(huán)節(jié)貢獻(xiàn)率分別為27%和6%,是排放顆粒物的第2大農(nóng)業(yè)源.

3.3 農(nóng)業(yè)排放一次顆粒物PM10集中在5月、9月和10月份,分別占全年排放的32%、24%和29%.PM2.5同樣在5月、9月和10月份有較大的排放,貢獻(xiàn)率分別是17%,30%和34%.

3.4 農(nóng)業(yè)源PM10總排放量的不確定性為184.3%.

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* 責(zé)任作者, 副研究員, chenweiwei@iga.ac.cn

Primary particulate matter (PM) emission inventory from agricultural activities in northeastern ChinaLI

Rui-min1,2, TONG Quan-song1, CHEN Wei-wei1*, WANG Yi-yong1, ZHANG Shi-chun1, ZHANG Xue-lei1, ZHAO Hong-mei1, HE Yue-xin1,2

(1.Key Labortory of Wetland Ecology and Environment, Northeast Institute of Geography and Agroecology, Changchun 130102, China；2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049, China)., 2016,36(6)：1601~1609

Agricultural PM10and PM2.5inventories on the county-level scale in northeastern China were developed in this study. Based on bottom-Up method, we firstly collect the agricultural activity data, including conventional farming operations (i.e., straw burning, land preparation, harvest, grain processing, fertilizer, agricultural machinery, and wind erosion), emission factors of these operations and crop area at each county. And then, county-level PM10and PM2.5emission inventories from agricultural operations in 2010 were developed and spatio-temporal distributions were analyzed. The results showed that the magnitude of agricultural PM10and PM2.5emissions in northeastern China were 54.6′104tons and 35.6′104tons, respectively. The PM10and PM2.5emissions from straw burning were highest, which accounted for 60% and 87% of the total emissions, respectively. In addition, land preparing occupied 27% and 6% for PM10and PM2.5, respectively. The spatial distribution of agricultural PM emissions, concentrated on three plains,the Sanjiang Plain (in the northeast of Heilongjiang), the Songnen Plain (in the middle of Heilongjiang and Jilin Provinces), the Liaohe Plain (in the middle of Liaoning Provinces). Based on temporal variations, agricultural PM10emissions mainly occurred in May, September and October, which contributed 88% of total emissions. The PM2.5was mainly released in September and October. The uncertainty of emission inventory was 184.3%. More information on local emission factors will be helpful to decrease the emission inventory uncertainty.

northeastern China；emission inventory；agricultural activities；spatio-temporal distributions；PM2.5；PM10

X513

A

1000-6923(2016)06-1601-09

李瑞敏(1988-),女,吉林白山人,中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士研究生,主要研究方向?yàn)榇髿猸h(huán)境監(jiān)測和排放清單.發(fā)表論文2篇.

2015-11-10

國家自然科學(xué)基金(41205106,41275158,41575129);中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDB05020304);吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20150204031SF)