用稳态法确定中国土壤的硫沉降和氮沉降临界负荷

在地理信息系统支持下 ,用稳态法确定了中国土壤的硫沉降临界负荷和氮沉降临界负荷 .中国硫沉降临界负荷最小 [<0 3g·(m2 ·a) - 1]的地区主要分布在东北的大兴安岭、小兴安岭和长白山 ,青藏高原南部雅鲁藏布江河谷以及云南西南部怒江和澜沧江流域 ,而酸沉降污染较为严重的富铝土区域 ,总体上都能够承受 0 8～ 3 2 g·(m2 ·a) - 1的酸沉降 .根据硫沉降临界负荷可以将中国大致划分为东南和西北 2部分 ,东南部大部分地区只能接受小于 3 2 g·(m2 ·a) - 1的硫沉降 ,而西北部普遍可以接受大于 3 2 g·(m2 ·a) - 1的硫沉降 ,其分界线基本上与4 0 0mm等降水量线重合 .与硫沉降临界负荷的分布不同 ,中国氮沉降临界负荷在总体上呈现自西向东逐渐增加的格局 .中国氮沉降临界负荷最低 [<1 0 g·(m2 ·a) - 1]的地区分布青藏高原西部和阿拉善高原 ,而氮沉降临界负荷最高 [>4 0 g·(m2 ·a) - 1]的地区则包括东北平原、华北平原。

中国硫沉降数值模拟

采用致酸污染物长距离传输模型ATMOS,对我国2002年排放的SO2所产生的S沉降分布进行了数值模拟研究.分别将模式输出的ρ(SO2),SO42-湿沉降量与实际监测地面层的ρ(SO2),降水中SO42-湿沉降量进行相关性分析;对我国总S沉降、地面层ρ(SO2)分布,以及S干、湿沉降分布特点等模拟结果进行详细分析.在此基础上,得到模拟各网格的总S沉降数值,将其与相应的S沉降临界负荷值进行比较,获得95%保证率(RAINS-Asia)下我国1°×1°S沉降超临界负荷分布图.为控制我国的S沉降,对各省SO2减排的形势进行分析,并提出具体要求.

东亚地区不同天气下的硫沉降分布

利用欧拉型硫沉降模式分析３个个例，讨论了东亚地区不同天气条件下硫总沉降、干沉降和湿沉降。不同天气条件下硫沉降的分布不同。干沉降与污染源的分布有很好的相关性，而总沉降的分布除决定于排放量外，还明显受到降水场分布的影响。２４ｈ硫沉降量一般为１．０～１０．０ｍｇ／ｍ２，最大可达３２ｍｇ／ｍ２，干沉降量的值为１．０～５．０ｍｇ／ｍ２，最大值为１４．８ｍｇ／ｍ２，湿沉降量的值为０．５～７．０ｍｇ／ｍ２，强降水区附近可达２２ｍｇ／ｍ２。

生长条件对苔藓硫含量和硫同位素组成指示大气硫沉降的影响

对相同大气沉降和土壤背景但生长条件不同的苔藓w(S)和δ(34S)进行了分析.土生苔藓w(S)高于石生苔藓,表明土壤对苔藓w(S)指示大气硫沉降有影响.受树冠遮挡的苔藓w(S)偏低反映了树冠吸收会削弱冠下的大气硫输入,而不同类型树冠对大气硫的截留吸收程度不同,这可能是造成树冠下方苔藓w(S)存在差异的主要原因,但随树冠厚度变化无明显规律.石生苔藓δ(34S)与大气硫δ(34S)吻合,而土生苔藓δ(34S)明显受土壤硫的影响而偏正.此外,树冠下苔藓δ(34S)偏高还与树冠吸收大气硫的过程中发生34S歧视有关,苔藓δ(34S)随树冠厚度增加而偏正,进一步证实了树冠的长期吸收会使沉降到树冠下的大气硫源δ(34S)偏正.因此,受生长条件歪曲了的苔藓w(S)和δ(34S)不能用于解释大气硫沉降的变化和来源,开阔地的石生苔藓比土生苔藓和受树冠遮挡的苔藓更具有大气指示意义.

福建省硫沉降量变化的分析与比较

应用中国科学院大气物理研究所建立的三维欧拉污染物输送模式模拟了1995、2000、2002年福建省本省排放源造成的和邻近省份排放源向其输送的硫沉降量,结果表明,福建省接收的硫沉降量有一半以上是由周围省份的远距离输送造成的。进而分析了每年4个季节硫沉降的变化特点,并结合福建省气象条件给出理论解释。最后,把这3年福建省SO2及SO42-年沉降量和各季节沉降量分别作了比较,结果显示,造成福建省SO2沉降的主要来源是本省的排放源,而SO42-沉降中外来源占很大比例,超过了50%。

氮-硫沉降对邓恩桉及杉木人工林凋落物C和N残留率的影响

采用二次正交回归旋转设计,以Na2SO4为硫源、46%CO(NH2)2为氮源模拟氮-硫沉降,分析了不同氮-硫沉降水平下邓恩桉(Eucalyptus dunnii Maiden)和杉木〔Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.〕人工林凋落物中C和N残留率的动态变化,并采用Olson指数模型对C和N分解模型进行拟合。结果表明:在不同氮-硫沉降水平下,在1年内随处理时间延长邓恩桉和杉木凋落物的C和N残留率总体上均呈下降趋势;且N较难释放,总体表现为"释放-富集-释放"的动态过程;但在不同氮-硫沉降水平下及不同处理时间凋落物中C和N残留率均有极显著差异(P<0.01)。凋落物中C和N分解的Olson指数模型的相关性总体上达到极显著或显著(P<0.05)水平;邓恩桉和杉木凋落物中C和N的平均分解系数分别为0.877和0.208、0.704和0.600,平均周转期分别为3.148和15.877 a,4.090和4.947 a,显示凋落物中C释放速率大于N,杉木凋落物的C周转期大于邓恩桉但其N周转期则小于后者。在Na2SO4164 kg·hm-2·a-1的水平下,氮沉降对邓恩桉凋落物的C和N释放及杉木凋落物的N释放有促进作用,但对杉木凋落物的C释放有抑制作用;在46%CO(NH2)2150或256 kg·hm-2·a-1的水平下,硫沉降也具有同样的作用。随分解时间的延长,邓恩桉凋落物的C/N值呈波动但总体减小的趋势,而杉木凋落物的C/N值呈波动趋势;但在不同氮-硫沉降水平下凋落物的C/N值均有极显著差异,且邓恩桉凋落物C/N值的变化幅度总体上大于杉木凋落物。

区域尺度大气硫沉降的研究进展

大气硫的沉降一直是人们很关心的问题,尤其是在区域尺度上的硫沉降问题一直是研究热点。发达国家最先开始有关于区域尺度硫沉降的研究,近年来我国也引进并建立了很多基于观测数据的各种模型来研究区域尺度大气硫沉降中的科学问题,并取得了可喜的进展。本文综述了区域尺度大气硫沉降机制和影响因素的相关研究进展,重点阐述了硫在大气中的迁移变化过程与污染源、气象条件、不同下垫面沉降速率对区域尺度大气硫沉降的影响并对今后该领域应开展的研究工作做了展望。

污染源、干沉降和气相化学影响硫沉降的数值研究

利用欧拉型区域硫沉降模式对污染源、干沉降和气相化学等物理化学过程在酸沉降中的作用进行了数值分析。结果表明：排放源的强度和高度影响着污染物的分布和输送，其影响是非线性的。在区域酸沉降模式中，干沉降速度和气相化学转化率简单地取为常数对ＳＯ２及ＳＯ２－４浓度分布引起的误差是不可忽视的。

2013年中国硫沉降数值模拟研究

利用CAMx(5.4)空气质量模型模拟分析了2013年中国大陆地区硫沉降的分布、输送特征。结果表明:模拟的SO_24-、SO_2呈现明显的时空分布特征,SO_2浓度冬季最高,SO^(2-)_4浓度夏季最高;SO^(2-)_4、SO_2浓度较高地区主要分布在经济较发达、人为活动较强烈的东部沿海及四川盆地。模拟的中国大陆地区2013年硫沉降总量为7.03×10~6 t,其中湿沉降量占硫沉降总量的62%左右,SO_2的干沉降和SO^(2-)_4湿沉降是硫沉降的主要方式。源追踪技术(PAST)计算结果显示:跨区域传输对重点区域、省(市)的SO_2、SO^(2-)_4有显著贡献;2013年北京、天津、河北SO_2年均浓度受外来源贡献分别占74%、63%、38%,而外来源对北京、天津、河北SO^(2-)_4年均浓度贡献分别为47%、49%、45%。

东亚地区的硫沉降特征分析

利用一个硫沉降模式讨论了东亚地区的硫沉降特征。大多数地区，干沉降是硫沉降的主要形式，在降水区，湿沉降可占总沉降的２０％～９５％。干沉降以ＳＯ２的沉降为主，ＳＯ２的干沉降占总干沉降的７０％～９０％。降水引起的湿沉降主要是ＳＯ４２－的沉降，ＳＯ４２－的湿沉降量一般为ＳＯ２湿沉降量的１～９倍。干沉降与排放量之比的大值区与排放的大值区相对应，但其中心与排放的大值中心不重合，而是在其附近。

农田生态系统大气硫沉降通量的观测研究

1998年 11月～ 1999年 10月间在中国科学院红壤站 (江西鹰潭 )农田小气候站进行了大气二氧化硫 (SO2 )、硫酸盐粒子 (SO2 -4)浓度采样和雨水样本收集 ,利用阻力模式和全年逐时气象资料计算 SO2 和 SO2 -4的干沉降速度 ,估算干沉降通量 ,利用降水资料和雨水中硫酸根离子浓度估计大气硫的湿沉降 ,从而定量研究大气硫沉降输入农田生态系统的通量 ,结果表明 :农田下垫面上 SO2 和 SO2 -4干沉降速度的年平均值分别是 0 .373± 0 .170 cm· s-1(月均值 0 .16 1～ 0 .5 45 cm·s-1)、0 .198± 0 .12 3cm· s-1(月均值 0 .15 2～ 0 .2 6 9cm· s-1)。农田下垫面硫年总沉降量为 10 .3g· m-2 ,其中干沉降占总沉降的 83.3%。硫的干沉降又以 SO2 的干沉降为主 ,占年干沉降总量的 92 .2 %。大气硫沉降输入占农田生态系统输入总量的 90 %以上 。

四川中东部地区2009年大气硫沉降模拟

采用第三代公共多尺度空气质量模型Models-3/CMAQ,对四川中东部地区2009年1月、4月、7月和10月SO2排放所产生的硫沉降分布进行数值模拟研究,并且将该模型输出的ρ(SO2)、SO42-湿沉降量分别与地面层的ρ(SO2)、降水中SO42-湿沉降量实测值进行相关分析,探讨硫沉降的季节、区域分布特征及湿沉降变化.结果表明:ρ(SO2)模拟值与实测值的R(相关系数)为0.445,SO42-湿沉降量模拟值与实测值的R为0.510;四川中东部地区夏季硫沉降量为2.2×104t,高于其他三季,冬季最小,为1.0×104t;硫沉降呈三大片区分布,宜宾、乐山、泸州为高值分布区,资阳、遂宁、南充、广安和达州均属于硫沉降低值区,成都、德阳、绵阳片区属硫沉降次高值区;干沉降中SO2沉降量在各季所占比例均在85%以上,湿沉降中各季SO42-沉降量所占比例均在99%以上.

污染源、气象条件变化对我国SO_2浓度及硫沉降量分布的影响

用三维欧拉型污染物长距离输送模式 ,模拟了中国大陆SOx的分布 ,并采用不同时期 ( 1 975、 1 980、 1 987年 )的污染源与气象场资料 ,分析了污染源与气象条件变化对SOx分布产生的影响。研究表明 ,在该期间中国SOx污染比较严重的地区 ,气象条件变化导致SO2 浓度和硫沉降量的相对变化通常在 2 0 %左右 ;污染源对SO2 浓度与硫沉降量的作用通常大于气象条件 ,污染源变化产生的SO2 浓度与硫沉降量的相对变化率为气象条件变化的几倍 ,甚至 1～ 2个量级 ,尤其SOx污染比较严重的地区更为明显 ;但对西北及青藏高原地区 ,在源排放量变化不大 ,而气象条件变化较显著时 。

华东典型地区大气硫沉降通量的观测和模拟研究

本文使用中国科学院常熟和鹰潭生态实验站和气象站的观测资料,应用区域酸沉降模式系统(RegADMS)和大叶阻力相似模型来研究华东地区不同下垫面条件上的大气硫沉降问题,定量估计了农田下垫面上大气硫化物的沉降通量。SO2和硫酸盐的干沉降速率使用大叶阻力相似模型来估计,使用与降水量有关的参数化方案来确定湿沉降系数。结果表明,常熟地区农田下垫面的大气硫沉降通量为19.0 gm-2a-1,其中干沉降占42%;而位于江西红壤地区的鹰潭站的大气硫沉降通量为10.4 gm-2a-1,其中干沉降占83%。比较发现,两地硫干沉降通量绝对值相差不大,但其在总沉降通量中所占的份额有较大差异;常熟站的硫湿沉降通量比鹰潭站要大9.23 gm-2a-1,该差异是由两地污染状况和气象条件的不同造成。华东地区的年硫沉降总量为1.88 Mt(1 Mt=106t),其中72.8%沉降在农田下垫面上。硫沉降中43%是干沉降,57%是湿沉降。

用苔藓组织硫含量、S/N比值探讨江西省大气硫沉降

本文通过对江西省"r"型酸控区19个采样点88个细叶小羽藓样品进行分析,发现在大气硫浓度高的地区苔藓组织硫含量也高,说明细叶小羽藓可以作为监测植物指示大气硫污染。江西省苔藓组织硫含量从南往北递增,赣东北苔藓组织有着高的硫含量。南昌市和贵溪市市区苔藓组织硫含量和其相应的郊区苔藓组织硫含量有显著性差异(P<0.01),且市区苔藓组织硫含量明显高于郊区苔藓组织硫含量,说明这两个城市市区苔藓受到了点污染源的影响。对细叶小羽藓组织硫含量和大气SO2浓度进行线性回归分析,发现细叶小羽藓的组织硫含量(y)和大气SO2浓度(x)存在显著线性正相关(y=6.09x+0.16,R2=0.95,P=0.003)。用S/N=0.15把江西省采样点分为两组,贵溪市贵溪冶炼厂周围有着高的大气硫沉降量(组Ⅰ),其它采样点均是硫缺乏或者说是氮过量(组Ⅱ)。

模拟氮硫沉降对邓恩桉人工龄林凋落物C、N含量的影响

采用二次正交回归旋转设计，研究模拟氮硫沉降下建阳市的邓恩桉幼林凋落物C、N含量动态变化。经过1a的监测和分析发现，凋落物分解过程中，C、N含量均呈双峰变化模式，各处理间呈显著差异，C含量在初始值（44.76%）附近上下波动，N含量整体随时间呈增长趋势。Na2SO4为130－192 kg·hm-2·a-1， CO（NH2）2为203－300 kg·hm-2·a-1，氮硫两因子沉降量增加有利于C、N含量的增加。Na2SO4为192 kg·hm-2·a-1，CO（NH2）2为300 kg·hm-2·a-1，C含量最大；Na2SO4为192 kg·hm-2·a-1，CO（NH2）2为256 kg·hm-2·a-1，N含量最大。研究为邓恩桉人工林可持续经营提供基础数据和理论参考。

南方典型地区油-稻轮作下大气硫沉降动态

1998年11月～1999年10月间,利用中国科学院红壤站(江西鹰潭)农田小气候分站进行了全年逐时气象资料收集,通过阻力模式求算SO2和SO42-的干沉降速度,结合大气中SO2、硫酸盐(SO42-)粒子和雨水的收集和测定,定量研究了大气沉降向农田生态系统的硫输入.结果表明,12个月大气硫沉降总量为94.9 kg S/hm2,其中大气中硫干沉降量(SO2+SO42-粒子干沉降)占81.9%.大气中SO2干沉降是大气干沉降的主要贡献者,占大气硫干沉降总量93%.并对不同季节及不同的作物生长期间硫的沉降动态进行了分析、比较.

应用稳态模型计算中国南方地表水的硫沉降临界负荷

为了解我国地表水体对酸沉降的响应情况 ,应用基于酸度平衡的稳态模型计算我国南方地表水的硫沉降临界负荷 .文中根据我国实际情况获得了计算地表水背景硫酸盐浓度的经验公式 .结果表明 ,我国南方绝大部分地表水的硫沉降临界负荷大于 2 0keq·(hm2 ·a) - 1,对酸沉降不敏感 .临界负荷小于 2 0keq·(hm2 ·a) - 1的水体主要为部分山地水体 .除了这部分山地水体外 ,其余水体的现状S沉降都没有超过临界负荷 ,表明它们在短期内不会发生酸化 .超临界负荷的地区分布和临界负荷类似 ,均表现为东南沿海的福建、广东和江西 3省低于西南和华中地区 .对模型结果的不确定性分析表明 ,只要模型参数的取值在合适的范围内 ,参数的不确定性对结果造成的误差较小 。

韶山森林生态系统硫沉降临界负荷

MAGIC和SMART模型在计算临界负荷时均存在一定的局限,但二者机理较为类似,考虑的主要反应过程可以相互补充.为了准确地计算硫沉降临界负荷,将MAGIC模型与SMART模型相结合,模拟了一定酸沉降量下生态系统化学状态随时间变化的趋势,并计算出韶山硫沉降临界负荷为1.76keq(hm2.a)-1.通过与MAGIC模型计算的硫沉降临界负荷2.28keq(hm2.a)-1比较,用MAGIC和SMART模型相结合的方法计算临界负荷更接近实测值.

河南省北部农区大气氮和硫沉降特征

人为活动导致大气氮和硫沉降的增加及其随后产生的诸多不良生态效应。定量农田大气氮和硫沉降输入可以为农田氮硫的养分管理提供参考依据。近年来,国家大气清洁行动对大气活性氮和硫的排放产生了较大影响,然而关于华北农区氮和硫的综合沉降研究并不多见。该研究在河南省北部农区采集大气NH_(3)、NO_(2)和SO_(2)浓度,研究大气PM_(2.5)中PNO_(3)^(-)、PNH_(4)^(+)和PSO_(4)^(2-)浓度的季节变异,定量大气氮和硫干沉降量。采集大气降雨获得大气氮和硫湿沉降量。结果表明:2020年试验点大气NH_(3)、NO_(2)和SO_(2)月平均浓度分别为13.9μg/m^(3)(以N计,下同)、10.38μg/m^(3)和4.1μg/m^(3)(以S计,下同)。大气PM_(2.5)浓度61.3~110.8μg/m^(3),秋冬季PM_(2.5)浓度较高,夏季较低。PNO_(3)^(-)、PNH_(4)^(+)和PSO_(4)^(2-)3种无机离子总和在4个季节中占PM_(2.5)的比例分别为15.0%、37.0%、29.8%和37.0%。PNO_(3)^(-)在秋冬季PM_(2.5)中的比重最大。大气硝态氮、铵态氮和硫的年湿沉降量分别为11.5、8.07和14.36 kg/hm^(2)。大气氮和硫年干沉降量分别为21.39 kg/hm^(2)和6.15kg/hm^(2)。大气硫年沉降量低于小麦和玉米硫的养分吸收量,显示施用硫肥可能对作物具有增产效果。