木质素示踪有机气溶胶来源和转变的研究

Organic aerosol is one of the important pollutants in atmosphere. Understanding its sources and transformations is significant for setting up the strategy of pollution prevention and revealing organic carbon cycling in atmosphere. Lignin is a powerful biomarker for indicating the origin and diagenesis of terrestrial organic matter. However, use of lignin in the investigation of atmospheric organic carbon is limited due to defects of a traditional analysis. This study will choose organic aerosol as an object and adopt CuO oxidation for lignin determination. In addition, lignin characteristics of burning smoke will be investigated; photodegradation of lignin will be simulated. Based on geochemical parameters of lignin, a diagnostic method for sources and transformations of atmospheric organic matter will be developed. Firstly, lignin in smoke from various plants burning will be measured to supplement its source information. Secondly, photodegradation of lignin in atmosphere will be simulated to elucidate degradation pathway and kinetics of organic matter under different meteorological conditions (light, temperature and humidity). And then the size distribution characteristics and seasonal change patterns of lignin in organic aerosol will be investigated. The proposed study will have significant implications for further understanding the atmospheric transport of organic matter and combating air pollution.

有机气溶胶是空气中重要的污染物之一，了解其来源和转变对制定污染防控对策和揭示大气有机碳循环有重要意义。木质素是一类重要的生物标志物，常用于示踪陆源有机质的来源和降解，但由于传统检测方法的限制，其在大气有机碳研究中的应用还存在一定局限性。本项目以有机气溶胶为研究对象，CuO氧化法为检测方法，结合燃烧烟尘调查和光降解模拟，建立一套基于木质素地球化学参数的大气有机质来源和转变的诊断方法。首先，测定各种植物燃烧烟尘中的木质素组成，补充和完善木质素的来源信息。其次，模拟木质素在大气中的光降解过程，阐明不同气象条件（光照、温度、湿度）下有机质降解的途径和动力学。在此基础上，对有机气溶胶中木质素的粒径分布特征和季节变化规律进行研究。本研究不仅可深化对有机质在大气中传输过程的认识，而且可为防控大气污染提供科学依据。

有机气溶胶是空气中重要的污染物之一，氧化铜氧化法提供了一种完整表征大气颗粒物中木质素组成和含量的方法，对于揭示大气有机碳一次来源和二次过程具有重要意义。本研究首先分析了珠江流域典型焚烧作物和林木的燃烧产物木质素组成，明确燃烧源特征。结果表明，与燃烧前相比，水稻、玉米、高山榕等的燃烧产物中木质素Λ8浓度大幅降低，(Ad/Al)v降解程度大幅升高，说明热氧化过程与木质素在水体和土壤中的降解过程类似，部分产物的(Ad/Al)v降解程度高于粘粒土壤。经比对，燃烧产物的木质素主要参数的值与粗粒气溶胶的范围一致，说明焚烧产物是粗粒气溶胶重要的源。与无氧热解产物相比，有氧燃烧产物木质素含量更低，降解程度没有显著差异。再次，探索了木质素的光降解过程，但在模拟条件下，观测到单体木质素酚难以降解。因此，我们推测木质素的光降解或氧化过程需要自由基的参与。最后，基于完整的源信息，分析了大气颗粒物中木质素的来源、降解及其对有机质陆海传输的意义。大气颗粒物中木质素的浓度Λ8范围在0.08~0.67 mg/100 mg OC，降解参数(Ad/Al)v范围在0.22~0.63，均显著低于植物燃烧产物。经过与其他源进行比较，推测大气颗粒有机碳的几个主要来源包括：燃烧产物、植物碎屑、炭黑。木质素在大气颗粒物中的分布有一定时空差异，在夏季其降解程度较高，在偏远地区降解程度较高，与大气有机质降解过程中的光照强度和温度的作用一致。木质素的四季大气沉降通量为31.7~364 μg/m2/day，春季通量最高，夏季最低，主要与雨水冲刷有关。经估算，南海北部大气木质素沉降量为938 tons/yr，相当于沉积物中埋藏木质素的10%，大气传输是一条重要的陆源有机质输出途径。