中国农业人为源矿物颗粒物排放清单研究

Mineral particles emitted during agricultural activities are major recurring sources contributing to atmospheric aerosol loading. As a big agricultural nation, field operations could disturb surface soil and release mineral particle into atmosphere, especially for upland crops, which may affect local and regional air quality or aggravate haze events. Up to now, there is no national emission inventory of agricultural dust emissions required to support global air quality. This work proposes to develop a high-resolution inventory of PM10 and PM2.5 from agricultural activities in China based on local parameters. First, local emission factors (EF) of PM10 and PM2.5 from different field operations (e.g., land preparation, planting and harvesting) will be measured in situ in northern China, which provide basic and important index for inventory. The EF values will be also amended by local characteristics of agricultural production, crop type, climate, soil and environmental variables. Second, we will develop a PM emission inventory with resolution of 0.1 °× 0.1 ° and reveal major sources with their spatio-temporal patterns. Finally, we will verify the inventory by comparing the new data with the existing agricultural dust inventory, surface mineral component concentrations, as well as the satellite observations of anthropogenic agricultural dust emissions.

农业生产活动中反复释放出的矿物颗粒物是大气气溶胶浓度增加的一个重要来源。我国是农业大国，北方旱作作物的生产环节中均会对土壤进行扰动而导致大量的矿物颗粒物的排放，这会影响当地及区域空气质量甚至加剧大气霾污染。目前，我国尚未有农业人为源矿物颗粒物排放清单来支持区域的空气质量数值模拟。本项目拟以我国农业人为源矿物颗粒物排放为研究对象，首先对华北、西北和东北主要的旱作作物土壤耕作（例如整地和播种等）和作物收割过程大气颗粒物的排放因子和化学组分进行本地化实地测定，根据当地农业生产特征、作物类型、土壤和气象环境要素对排放因子进行本地化修正。其次，采用最新的作物耕地信息、作物历数据，耕作方式的大气颗粒物排放因子，测定的耕作环节大气颗粒物粒径分布和化学谱，编制中国高精度网格化的农业人为源矿物颗粒物排放清单（包含时间谱、空间谱和化学谱）。最后，利用气溶胶监测网和卫星数据对排放清单进行时空分布进行比较验证。

农业生产活动中反复释放出的矿物颗粒物是大气气溶胶浓度增加的一个重要来源。我国是农业大国，北方旱作作物的生产环节中均会对土壤进行扰动而导致大量的矿物颗粒物的排放，这会影响当地及区域空气质量甚至加剧大气霾污染。目前，我国尚未有农业人为源矿物颗粒物排放清单来支持区域的空气质量数值模拟。本项目拟以我国农业人为源矿物颗粒物排放为研究对象，首先对华北、西北和东北主要的旱作作物土壤耕作（例如整地和播种等）和作物收割过程大气颗粒物的排放因子和化学组分进行本地化实地测定，根据当地农业生产特征、作物类型、土壤和气象环境要素对排放因子进行本地化修正。其次，采用最新的作物耕地信息、作物历数据，耕作方式的大气颗粒物排放因子，测定的耕作环节大气颗粒物粒径分布和化学谱，编制中国高精度网格化的农业人为源矿物颗粒物排放清(包含时间谱、空间谱和化学谱）。最后，利用气溶胶监测网和卫星数据对排放清单进行时空分布进行比较验证。结果显示，中国农业排放的历史趋势(1978-2015年)一直以每4.3%的速度增长，2015年农业排放量约为986.8万吨，耕作环节贡献率(51.0%)高于收获环节贡献率(39.0%)和种植环节贡献率(10.0%)；华东和华中地区显示明显的农业源大气污染物排放，华北、东北、西北和西南地区在 10 月份出现污染物排放峰值，而在华中、华南和华东地区 6、7 月显示出污染物排放峰值；县级尺度农业大气颗粒物排放量清单的编制均比高分辨率尺度高30.5%，经研究修正后，M2(优化土壤质地)、M3(优化土壤质地和水分)和M4(优化土壤质地、水分和风速)的分别下降为52.3%、82.5%和89.6%，其中土壤质地和水分是降低排放的主要因素。高分辨率的中国农业源大气颗粒物排放清单为评估农业活动对中国区域空气质量的影响提供科学数据支撑及应用，在制定中需因地制宜的分析中国区域气候变化及人文特征，此外，研究成果可对目前国家战略需求下的区域环境健康效应评估提供参考价值。