氨氣是大氣中含量最高的堿性氣體，與酸性氣體反應會形成二次氣溶膠造成空氣污染。大氣中氨氣及其衍生物的干濕沉降也是大氣氮沉降的重要來源，并導致自然生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化。近年來，國內(nèi)外有關通過減少氨氣排放來控制大氣氣溶膠污染和富營養(yǎng)化的呼聲越來越高。集約化養(yǎng)殖場是氨氣的重要排放源，氨氣排放后如何其在源周邊產(chǎn)生沉降并影響大氣氮的總沉降以及如何影響大氣氣溶膠PM2.5組成及濃度仍不清楚。
針對上述問題，中國科學院亞熱帶農(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大氣氨氣近源沉降研究方法，對我國華中地區(qū)典型集約化奶牛場（月存欄量為800頭至1000頭）進行長達一年的近源大氣氨沉降、氮總沉降與氣溶膠污染研究。研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖場的氨氣平均排放量為26.3?kg?N yr?1 head?1，氨氣近源（養(yǎng)殖場周邊500m范圍）平均沉降量為20 kg N ha-1 yr-1，占到氨氣年排放的10.2%。近源大氣氨沉降呈現(xiàn)顯著的時空變異，主要受養(yǎng)殖場氨排放、風向、風頻及風速等氣象因子驅動。距養(yǎng)殖場500 m范圍內(nèi)，大氣氮總沉降量高達78.4 kg N ha-1 yr-1，是周邊非養(yǎng)殖區(qū)氮沉降量的2.1倍。養(yǎng)殖場PM2.5濃度平均為79 μg m-3，是相鄰城市點PM2.5年均值的1.8倍，含銨二次氣溶膠組分NH4+、NO3-、SO42-是PM2.5重要組分，占PM2.5質量濃度23.1%–52.0%，且PM2.5濃度與PM2.5中NH4+濃度呈顯著正相關，表明氨氣排放對大氣氣溶膠污染具有促進作用。本研究表明養(yǎng)殖場氨氣排放造成近源區(qū)是大氣氮沉降和氣溶膠污染的熱點區(qū)域，今后有必要加強制約化養(yǎng)殖場氨排放的管控。
該項研究成果分別以Increased nitrogen deposition and airborne particulate matter pollution in the vicinity of intensive animal farms caused by ammonia emissions為題發(fā)表在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境領域著名期刊Agriculture Ecosystems & Environment上。已畢業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)博士生易武英是論文第一作者，亞熱帶所沈健林研究員以及長江大學劉國平教授是該文通訊作者，亞熱帶所王敏研究員、澳大利亞墨爾本大學Deli Chen教授等參與了論文研究工作。該研究得到國家自然科學基金、湖南省自然科學杰出青年基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持。
集約化養(yǎng)牛場氨氣排放、近源沉降及其生態(tài)環(huán)境影響示意圖
集約化養(yǎng)殖場八個主風向近源區(qū)不同距離處氨氣沉降量
養(yǎng)殖場PM2.5、PM2.5含銨氣溶膠組分濃度及其相關關系
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