中科院地环所历时四年研究雾霾形成机制发现，氮肥氨气促进PM2.5的生成，农业污染源的“贡献率”可能达20%

金羊网记者 李钢 李妹妍

在探讨中国环境问题时，困扰我国北方的雾霾往往是焦点话题之一。

以往，在追究中国北方的雾霾成因时，大众的注意力都集中在工业、汽车、燃煤等排放的原因上。今年的全国两会上，中国科学院地球环境研究所（以下简称“地环所”）所长周卫健院士在与李克强总理对话时提出，该所研究团队耗时四年对中国北方的雾霾形成机理进行研究发现，农业污染源在PM2.5的形成过程中起到了很大的作用，其“贡献率可达20%以上”。但在现实中，这一因素却在研究和治理中被忽视。

不过，中国雾霾的形成机制异常复杂，四年的研究依然不能完全解决雾霾课题。因此，周院士向总理建议，要集中多学科的科学家攻克“我国北方雾霾的成因、发展趋势、环境影响与应对”的研究项目。

数据比对

中国霾与伦敦雾不同

羊城晚报记者了解到，地环所的研究团队从2012年至2016年一直在从事我国北方雾霾形成机理的研究。研究团队核心成员王格慧告诉记者，他们在西安和北京两个地点进行外场观测，获得大量的研究数据，研究成果已经以论文的形式发表在美国国家科学院院报上，论文名称为《从伦敦雾到中国霾持续的硫酸盐形成》。

王格慧告诉记者，雾霾中硫酸盐是主要成分。因此，通过研究空气中高浓度硫酸盐的形成原因，就可以大致知道雾霾的成因。

此外，硫酸盐不仅是PM2.5的主要成分，硫酸盐的形成还会促进雾霾中另外两种成分——有机物和硝酸盐的生成。在以往的雾霾天气中，尤其是在湿度较大的冬季，往往可以监测到硫酸盐浓度暴增的现象。

那么，这些高浓度的硫酸盐是从哪里来的呢？科学家们发现，大气中的硫酸盐主要是由二氧化硫经过光化学反应氧化形成。

通过对比也发现，伦敦雾和中国霾都在这一反应中形成了硫酸盐，但是和伦敦雾不同的是，中国的灰霾粒子pH值偏中性。

王格慧说，研究团队查阅了上世纪五十年代英国学者的一些观测数据，根据这些数据，当时的伦敦因为工厂和居民燃煤排放过量，大气中存在着高浓度的二氧化硫和二氧化氮，在浓雾天气下，二氧化硫吸附在雾滴上形成了硫酸。

“雾滴直径约数十微米，硫酸被高度稀释，没有显现强酸性。到了中午前后，气温升高，雾滴上的水汽蒸发流失，雾滴直径一下子缩小到1微米-2微米，硫酸也相应地高度浓缩，从而形成大量强酸性气溶胶。”王格慧说。

与伦敦雾滴的大颗粒相比，中国霾的粒子比雾滴要小得多，属于纳米级的物质，因此当二氧化硫转化为硫酸所产生的小粒子时就会呈现酸性，但是由于空气中又存在着较高浓度的氨气，中和了硫酸而形成了硫酸盐。

探究成因

氮肥氨气促PM2.5生成

研究的深入带来新的问题：对硫酸起到中和作用的较高浓度的氨气是从何而来的呢？

研究团队根据以往的数据资料，将中国的雾霾现状与伦敦雾进行了比对。研究发现，华北地区秋冬季出现PM2.5浓度暴增的大范围雾霾，其成因与以往的洛杉矶光化学烟雾、伦敦的雾霾不一样。

“我们的雾霾是兼有洛杉矶的光化学、伦敦的煤烟型的一种复合型的污染，煤烟燃烧排放、机动车排放、工业排放，还有农田种植中氮肥的使用以及养殖业排放的氮，都是成因。”王格慧说。

王格慧进一步解释说，二氧化硫和二氧化氮想要在颗粒物上进行反应，必须要有氨气让二氧化硫能够“进去”，完成化学反应；第二，如果没有氨，硝酸盐也不能形成硝酸铵。因此，氨气在这一过程中起到促进作用。

问题现状

氮肥用量近年在增加

据记者了解，根据以往的观点，PM2.5的来源往往被定义为五大来源：机动车尾气排放、工业污染、燃煤污染、施工扬尘以及外来污染等，对氨气污染这一方面却缺少足够的重视。

根据北京大学环境学院团队的研究发现，2006年中国的氨排放总量为980万吨，超过了北美与欧洲的总和，而且，中国在近20年的时间里，一直是全球最大的氨排放国。另一项来自哈佛大学的研究报告则显示，从2005年至2008年之间，中国每年的氨排放量约为1020万吨，与此同时，美国的数字为340万吨，欧盟的数字则为376万吨。

“有研究显示，我们国家这些年氮肥使用量是增加的，每亩地氮肥使用量非常高。”王格慧说。据介绍，关于氨气的来源，科学界普遍的看法是，中国80%的氨气来自农业，譬如农田氮肥排放以及畜牧养殖业牛羊粪便。

中科院大气物理研究所研究员王跃思表示，大气中的氨对颗粒物的形成和增长起到了极其重要的作用，可以说是大气霾污染的生成促进剂。他指出，在重污染天气中，氨污染具有一种可怕的爆发效应，与氨直接相关的硫酸铵、硝酸铵的浓度会呈现十几倍的快速增长。

研究表明，大气中大部分的氨气主要来自生物圈，如农业生产中的化肥使用、养殖场中动物粪尿以及污水的处理等。

北京市环保局去年启动了一项“京津冀区域大气氨排放特征与控制对策研究的课题”，研究显示大气中的氨气主要来自生物圈，排泄物当中的尿素和化肥的使用不当被认为是氨气排放的主要来源。

克霾之路

多学科专家协同攻关

王格慧表示，虽然在四年的研究中取得了不少成果，但是距离彻底攻克雾霾难关还有很长的路要走。她指出，要想根治雾霾，就要控制氮氧化物和氨氮的排放。通过对氨气和二氧化氮的排放控制，干预二氧化硫的形成过程，从而可以有效地缓解雾霾状况。

周卫健院士则建议，由中科院进行牵头，组织国内外的顶尖专家进行协同攻关，攻克雾霾这个难题。

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极地气候变化也可能是中国雾霾的“帮凶”

据新华社电 美国佐治亚理工学院研究人员15日说，极地气候变化可能加剧了中国近年来的冬季雾霾问题。

这项发表在新一期美国《科学进展》杂志上的研究显示，全球气候变化导致极地北冰洋海冰消融与西伯利亚降雪增加，这会影响中国冬季风的传播路径与强度，便于区域静稳天气形成，不利于空气污染物扩散，让中国东部平原人口与工业中心地区更易遭受严重空气污染侵袭。

“中国地区的空气污染排放在过去4年中处于下降趋势，但冬季空气质量并没有明显改善，”负责这项研究的佐治亚理工学院地球与大气科学系教授王育航解释说，“这一现象很大程度上与近年来北极地区秋季海冰快速减少和中高纬欧亚地区初冬降雪增加导致的气候效应相关。上述极地气候变化减弱了影响中国中东部地区的冷空气强度，使空气污染物更容易累积并形成区域性大范围严重空气污染。”

不过，对于这个结论，专家们看法不一。美国得克萨斯农工大学张人一教授指出，这项研究尚不足以证明北极海冰快速融化与中国重度雾霾之间的因果关系。