东北黑土区农业生产颗粒物排放系数研究

The emission of particulate matter (PM) from agricultural production in large areas may significantly influence air quality. Accurate quantification of PM emissions is built on the basis of local emission factors from agricultural operations (EF). So far, limited studies on EF for agricultural production in different regions increase the uncertainty for emission inventory of PM and difficulty for control measure of air pollution in China. .Northeast blackland is a major compartment of agricultural PM emission in China due to one-fifth coverage of total arable land and typical climate, soil and cropping system. The project is to measure local EF of PM (e.g., TSP, PM10 and PM2.5) from agricultural production (land preparation, sowing and harvest) using upwind/downwind concentrations of PM, dispersion model and meteorological data.Three main crops (soybean, maize and wheat),two land preparation types (fall and spring operation),two production scales (large mechanization for state-owned farm and small mechaniztion for family farm), are selected to investigate the difference of EFs for different production scale, land preparation and crop type. The results will provide basic data, key parameter and method to estimate regional PM emission, and help determine effective measures to reduce regional PM emission.

大面积农业生产过程中的颗粒物排放会显著影响区域大气环境质量。准确定量农田颗粒物排放需要尽可能采用当地耕作类型的排放系数。然而，到目前为止，具有中国地域特点的农业生产过程颗粒物排放及排放系数的研究还很缺乏，这限制了我国农业颗粒物排放清单的编制和对区域空气污染的防控。.东北地区农田占总耕地面积的1/5以上，具有典型的气候、土壤和种植制度特点，是我国农业颗粒物排放研究的重要组成部分。本项目拟通过上下风向田间颗粒物浓度和相关气象数据观测，结合扩散模型，获得黑土区三种主要旱田作物（大豆、玉米和小麦）在两种生产规模下(大小型机械化)的关键环节（整地、播种和收获）颗粒物排放系数，并揭示不同生产规模、不同整地方式和不同作物类型的颗粒物排放差异。研究成果对于估算东北地区农业颗粒物排放和实施减排措施均有重要意义。

农业耕作是区域大气矿物颗粒物排放的重要排放源之一。明确典型区域农业耕作类型的大气颗粒物排放系数及影响因素是本地化排放清单的关键参数，而目前国内相关研究非常少。以东北典型黑土区为对象，我们首先对于不同耕作环节、不同生产方式和作物类型下农田的排放系数进行田间测定，获取了一套适用于黑土区的排放系数；其次我们比较了本地化的排放系数和国际现有排放系数之间的差异，依据国际上的及实测的排放系数，结合作物耕作面积和信息，编制了东北县级农业耕作排放清单，深入分析了该区域的排放状况。最后，我们测定了作物生长季节大气颗粒物PM10和PM2.5的浓度及主要化学组分，给出了春季耕作及秋季收割产生的大气颗粒物排放的日变化规律及化学组分信息，为东北区域空气质量模型模拟提供重要参数。. 整地、播种和收割环节的PM10排放系数分别为107 ± 27 mg m-2, 17 ± 5 mg m-2 和26 mg m-2 （土壤湿度小于15%）。整地和播种的排放系数与表层土壤湿度呈负指数相关性。评估的东北地区农业耕作PM10和PM2.5排放总量分别为35.1和9.8 kilotons yr-1，其中黑龙江省占约45%。时空分布显示大部分的PM排放发生在4月，5月和10月，分布在东北地区的中部平原，主要是旱作作物区。未来需要去评估农业耕作PM排放对区域空气质量模型模拟的影响。. 整地播种期间、生长季节期间和收获期间PM10日变化浓度平均值分别为168 ± 63 (52-277) μg m-3，85 ± 65 (36-228) μg m-3和207 ± 88 (103-310) μg m-3。在三个时期，PM2.5占PM10的比例分别为44%, 56% 和66%。整地播种期间矿物质气溶胶元素（Al, Ca, Fe, and Mg）是PM10的主要组成，生长季节期间，OC, NO3-, SO42- and NH4+是主要的组成，而碳素（OC和EC）是收获和秸秆焚烧期间的主要成分。我们的结果表明春季的农业土壤颗粒物排放和秸秆焚烧期间的有机质排放是东北区域主要污染事件。因此发展农业土壤和秸秆焚烧大气颗粒物排放清单有助于更好的模拟和改进东北区域空气质量模拟。