西安市燃煤锅炉颗粒物中有机碳和元素碳的排放特征研究

燃煤锅炉是城市地区含碳气溶胶的重要来源之一,本研究采集分析了西安市9个燃煤锅炉的PM_(10)和PM_(2.5)样品中的有机碳(OC)和元素碳(EC)。结果表明:燃煤锅炉颗粒物中OC在PM_(2.5)中的质量占比高于在PM_(10)中质量占比,而EC在PM_(10)中的质量占比高于在PM_(2.5)中质量占比。OC、EC和总碳气溶胶(TC)在PM_(10)中的质量占比分别为4.35%±1.09%、4.25%±1.02%和8.60%±1.87%,在PM_(2.5)中的质量占比分别为6.91%±1.09%、2.62%±0.41%和9.53%±1.40%。不同锅炉类型的OC/EC(二者浓度比)差异较大。链条炉、循环流化床和煤粉炉的OC/EC在PM_(10)中分别为1.50±0.96、0.89±1.06和12.03±8.48,在PM_(2.5)中分别为6.72±5.70、1.19±0.65和11.62±5.83。不同锅炉排放的PM_(10)和PM_(2.5)中含碳气溶胶的主导成分不同,通过含碳气溶胶的成分组成可以准确区分锅炉排放来源。PM_(10)中TC和EC的质量占比均呈链条炉(10.64%±5.13%和5.79%±4.78%)>循环流化床(7.25%±2.23%和4.15%±1.14%)>煤粉炉(4.85%±1.84%和0.50%±0.25%),OC的质量占比呈链条炉(4.85%±2.33%)>煤粉炉(4.35%±2.09%)>循环流化床(3.10%±3.37%)。PM_(2.5)中TC和OC的质量占比均呈链条炉(12.97%±5.57%和9.25%±5.63%)>煤粉炉(5.57%±1.86%和5.02%±1.79%)>循环流化床(4.92%±5.41%和2.94%±3.53%),EC的质量占比呈链条炉(3.71%±3.84%)>循环流化床(1.97%±1.88%)>煤粉炉(0.55%±0.07%)。不同锅炉类型对PM_(10)中的EC影响较大,对PM_(2.5)中的OC影响较大,主要是由于不同类型锅炉燃煤燃烧方式和燃烧效率差异所致。

湘南典型烟区土壤有机碳库指数、养分库容对烟叶质量的影响

于2020─2021年采集了耒阳烟区土壤及烟叶样品,分析了土壤有机碳库指数、养分及其库容对烟叶质量的影响和作用途径。结果表明:土壤有机碳库指数、养分总库容量、有效磷库容量及碱解氮库容量是影响烤后烟叶化学成分、外观质量及感官质量的4个主要指标;土壤有机碳库指数通过影响烟叶总钾、总糖、总植物碱含量间接地影响烤烟的感官质量,还通过影响烟叶总钾、总植物碱、总氮(土壤碱解氮)含量间接地影响烤烟的外观质量;土壤有机碳库指数、烤烟总钾含量、总植物碱含量与烤烟的外观质量、感官质量均呈显著正相关;烤烟的总糖含量与其感官质量呈显著正相关;土壤碱解氮含量与烤烟的外观质量呈显著正相关;烤烟总氮含量与其外观质量呈显著负相关。因此,提高耒阳烟区烤烟质量的重点在于提高土壤有机碳库指数。

沈阳市秋冬季PM_(2.5)中有机碳和元素碳污染特征及来源分析

通过分析沈阳市环境空气秋冬季PM_(2.5)中有机碳(OC)和元素碳(EC)质量浓度,研究环境空气PM_(2.5)中OC,EC的污染特征。研究结果表明:沈阳城区秋季环境空气EC和OC质量浓度较高;秋冬季二次有机碳(SOC)平均质量浓度分别达到8.28~14.81μg/m^(3)和6.98~11.59μg/m^(3),二次污染程度较为严重;通过碳组分进行主成分分析,秋冬季碳组分主要来源于生物质燃烧、燃煤排放和汽油车尾气;冬季K^(+)与OC,EC,SOC之间的相关性较好,K^(+)与OC,EC,SOC具有一定的同源性;冬季OC与EC相关性较好,冬季碳质气溶胶污染源来源相对一致。

雷州半岛轮伐期内尾细桉人工林土壤有机碳储量变化特征及其影响因素

以广东湛江雷州半岛轮伐期内(1、3、5、7、8年)尾细桉人工林土壤为研究对象,对0~100 cm土层土壤有机碳质量分数、有机碳密度及有机碳储量进行调查分析,以期为提出健康可持续的桉树人工林经营策略提供理论依据。结果表明:不同林龄桉树人工林土壤有机碳质量分数具有明显的垂直分布特征,随着土层深度的增加,土壤有机碳质量分数显著下降,从0~20 cm土层的3.45~7.31 g·kg^(-1)下降至80~100 cm土层的1.90~3.01 g·kg^(-1);随土层深度增加,土壤有机碳密度及土壤碳储量均呈现显著下降趋势,1 m深土层有机碳储量主要集中在0~40 cm,占总土壤碳储量比达到46.90%~53.00%。随林龄增加,土壤有机碳质量分数、有机碳密度及有机碳储量均呈现先显著下降而后显著上升的趋势,且在5年生桉树人工林土壤中出现最低值,各龄级桉树人工林0~100 cm土层土壤碳储量具体表现为从1年生到5年生显著下降,而从5年生到8年生显著回升的趋势。土壤全氮、土壤容重以及土壤含水量作为关键环境因子显著影响土壤有机碳质量分数及碳储量。

农田土壤有机碳积累和团聚体稳定过程及其相互作用关系

土壤有机碳与土壤团聚体是评价土壤质量的重要指标,两者相互作用。土壤有机碳促进土壤团聚体的形成、土壤团聚体保护和固存土壤有机碳。回顾了近年来土壤有机碳与土壤团聚体的相关研究,分别梳理了土壤有机碳和土壤团聚体对土壤质量的意义以及影响因素,阐述了土壤有机碳与土壤团聚体间相互作用的机制。合理的施肥、耕作等农田管理措施能调控土壤微生物,改变土壤有机质物质的分解和有机碳固存及分解速率;同时影响土壤团聚体的结构和稳定性。土壤有机碳通过土壤有机和无机胶结作用、植物根系与菌丝作用以及有机物填充作用促进土壤团聚体的形成;反之,土壤团聚体通过将土壤有机碳进行包裹,减少土壤有机碳矿化,以实现对土壤有机碳的物理保护。综上,对未来提高土壤有机碳含量与增强土壤团聚体稳定性的研究重点进行了探讨,以期为提高土壤质量提供参考。

松阔混交对侵蚀退化地土壤有机碳和微生物群落结构的影响

树种是调控森林土壤有机碳(SOC)积累的重要因子。为明确树种变化对红壤侵蚀退化地表层SOC积累的影响,采用配对实验设计,选择不同恢复年限的马尾松纯林和马尾松+木荷混交林(19和39 a)为研究对象,对比分析表层(0~10 cm)SOC质量分数的差异,并利用相关性分析与结构方程模型探讨其与凋落物特征、土壤氮素水平和微生物群落组成的关系。结果表明:1)恢复19 a的纯林和混交林SOC质量分数无显著差异,而恢复39 a混交林SOC质量分数较恢复19 a纯林、恢复19 a混交林以及恢复39 a纯林分别高39.8%、48.0%和93.6%(P<0.05);2)SOC质量分数与土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮、磷脂脂肪酸总量、矿质氮和细菌呈显著或极显著正相关,与凋落物C/N和真菌细菌之比(F/B)呈显著或极显著负相关;3)结构方程模型分析表明,凋落物C/N是松阔混交后表层SOC质量分数变化的触发因子,矿质氮是微生物群落结构变化的关键因子。凋落物C/N可直接驱动SOC质量分数的变化(-0.35*),或通过矿质氮(-0.70***)诱导F/B、丛枝菌根真菌和细菌的变化起间接调控作用,以上因子共解释SOC质量分数变异的86.8%。综上,松阔混交促进侵蚀退化地SOC的积累,且其有效性随恢复年限增强。这个过程主要通过提升凋落物质量、增加微生物养分来源和土壤氮有效性、改变微生物群落结构完成。在我国实施“双碳”战略的背景下,多树种混交对红壤区退化马尾松林SOC提升具有重要意义。

水稻土和湿地土壤有机碳测定的CNS元素分析仪法与湿消化容量法之比较

土壤固碳研究中需要精确的(有机)C计量,而常规的湿氧化法与CNS元素分析仪法测定结果的吻合性是C计量中的问题。国外对旱地土壤的研究表明,这两种方法的结果基本可以对比,但是否同样对于湿地土壤也适用还不清楚。采用CNS元素分析仪(仪器法)和重铬酸钾外加热湿氧化法(容量法)对20个水稻土样品,26个淡水湿地土壤样品和20个沿海湿地土壤样品进行了总有机C(TOC)的对比测定。结果表明,无论是土壤的表土样品还是剖面样品,仪器法测定结果约低于容量法10%以下。两种方法对淡水湿地土壤和水稻土的有机C含量的测定可以对比,但是重铬酸钾氧化容量法对于含氯化物较高的沿海湿地土壤有机C的测定可能不精确。CNS元素分析仪测定的精密度和准确度较高,可以用于各种湿地土壤的C计量。

苏北低山丘陵区典型森林土壤碳库质量分析

研究森林土壤不同土层SOC、ASOC含量和SOCD可以为土壤碳库质量的量化分析评价提供参考。以苏北低山丘陵区不同森林类型土壤为研究对象,对其SOC、ASOC含量和SOCD的变化特征进行系统分析。结果表明:(1) 不同森林类型SOC、ASOC含量和SOCD均随土层深度呈递减趋势,并且SOC含量下降的幅度明显大于ASOC。(2) 弃荒裸地除外,针叶林SOC、ASOC含量高于其他森林类型,而针叶林SOCD低于其他森林类型。(3) 6种森林类型ASOC/TOC(%)均小于对照的弃荒裸地,而6种森林类型CPMI(%)均高于对照的弃荒裸地,针叶林CPMI(%)大于其他森林类型,针叶林的固碳潜力较强。(4) 不同森林类型能够维护森林土壤碳库质量的稳定性,加强地表凋落物的科学管理,可以提高该地区森林土壤碳库的赋存能力。

元素分析仪法测定河流中颗粒物有机碳

碳是生命的基本元素,是生物圈物质和能量传递的关键,近年来,温室效应、全球变暖等环境问题,使全球碳循环受到广泛关注,而颗粒有机碳(POC)是碳循环过程中重要的参与者,其是微生物利用消耗的主要物质来源。目前,元素分析仪法是测定POC最常用的方法,但其前处理方法仍存在一定争议,为更准确测定水体中POC,本文通过对比实验验证分析了在颗粒物量多(>200 mg)和量少(<100 mg)情况下POC的元素分析仪方法的预处理方法,明确最佳预处理实验条件。在本研究中确定了去除量多颗粒物中无机碳的最佳酸浓度为1 mol/L,对于量少颗粒物可用熏蒸方法完全去除无机碳,所需的时间为9 h。

祁连山康乐林区4种土壤有机碳和微量元素变化特征研究

为了加大对祁连山生态环境保护的力度,在祁连山康乐林区采用野外采样室内分析的方法,研究了4种土壤有机碳和微量元素变化特征。结果表明,4种土壤剖面0~40 cm土层有机碳含量、有机碳密度和微量元素含量均值排序为暗厚干润均腐土>暗沃寒冻雏形土>草毡寒冻雏形土>钙积干润均腐土;4种土壤随着土壤剖面垂直深度的加深,有机碳含量、有机碳密度和微量元素含量在递减;暗厚干润均腐土、暗沃寒冻雏形土和草毡寒冻雏形土0~10 cm土层有机碳含量较高、密度较大,钙积干润均腐土0~10 cm土壤层有机碳含量较低、密度较小。暗厚干润均腐土、暗沃寒冻雏形土、草毡寒冻雏形土和钙积干润均腐土0~40 cm土层有效态硼、锰和铜均值含量中等,有效态锌均值含量极低。

基于ELPI+研究南昌碳气溶胶粒径分布与肺沉积表面积

掌握气溶胶及碳组分的粒径分布有助于识别来源和探讨形成机制,肺沉积表面积(LDSA)是气溶胶颗粒在人体呼吸道肺泡区沉积的健康风险评估重要指标。2017年12月-2018年11月,利用荷电低压颗粒物采样分析仪(ELPI+)研究南昌室内、外气溶胶和碳组分的粒径分布与LDSA,结果显示,采样期间环境空气混合受体点、道路旁、打印室、学生宿舍的主要空气颗粒物分别为核模态与积聚模态、爱根核模态与核模态、核模态、积聚模态。室外、室内空气颗粒物中有机碳(OC)粒径分布特征相似,为单峰型,峰值出现在0.256~0.382μm;颗粒物中元素碳(EC)的粒径分布在室内呈单峰型,在室外呈多峰型;不同微环境颗粒物OC/EC比值的粒径分布大多呈“L”型,打印室内不同粒径颗粒物OC/EC比值无明显差异,近似呈“—”型。室外空气颗粒物中优势碳组分是OC_(2)、OC_(3)、OC_4和EC_(1),主要源于燃煤排放和机动车尾气,室内空气颗粒物的优势碳组分是OC_(1)、OC_(2)、OC_(3),主要源于香烟燃烧和室外空气渗透。不同微环境颗粒物的LDSA有差异,室外混合受体点、道路旁和室内打印室、学生宿舍的LDSA日均值分别为49.0、10.9、29.9和31.0μm^(2)/cm^(3);在有明显贡献源(如打印机工作或香烟燃烧)的室内环境中,特别是香烟燃烧的影响下,短时间内颗粒物LDSA非常高,超过环境空气颗粒物LDSA的最高值;道路旁空气中小于100 nm颗粒的LDSA占比高,存在香烟燃烧的室内100~600 nm粒径颗粒物的LDSA占比高。

第十四届全运会大气污染物减排措施对西安市气溶胶中水溶性离子和含碳组分的影响

人为源密集的城市是空气污染影响的主要区域,厘清城市地区排放源的变化与大气污染物浓度之间的影响作用机制,有助于协调我国大气污染防控与城市社会经济发展之间的关系。为研究第十四届全运会期间大气污染物减排措施对西安市大气污染物(PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)、O_(3)和CO)的影响,于2021年8月6日至10月1日使用在线监测仪器观测了环境六要素、气象要素和PM_(2.5)中的气溶胶化学组分(有机碳、元素碳和水溶性离子)。结果表明:大气污染物减排措施对主要污染物O_(3)和PM_(2.5)浓度日变化的影响不同,主要由温度对光化学过程的影响和扩散条件差异导致。O_(3)在减排措施实施期间晴天峰值浓度更高、持续时间更长、浓度变化更迅速。PM_(2.5)在减排措施实施前晴天白天的峰值浓度较高,并在减排措施实施期间晴天夜间的峰值浓度较高。大气污染物减排措施对PM_(2.5)中化学组分的影响不同,尤其是对有机碳的组成影响较大。与减排措施实施前晴天相比,减排措施实施期间晴天NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、NH_(4)^(+)、Cl^(-)、Ca^(2+)、Na^(+)和NO_(2)^(-)浓度降低了17.9%~71.8%,K^(+)、Mg^(2+)和元素碳浓度增加了1.9%~13.6%,有机碳浓度仅降低了1.0%,但是一次有机碳浓度增加了13.6%,二次有机碳浓度降低了4.7%。NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)值在减排措施实施期间晴天(0.53)远低于减排措施实施前晴天(1.66),表明减排措施实施期间交通源的贡献显著降低。降雨对NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)的清除较弱,反而会增加其浓度,但对K^(+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)和Na+的清除作用较强。NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)在减排措施实施前后均是水溶性离子最重要的组成,在水溶性离子中的占比为90.8%(减排措施实施前的晴天)~95.8%(减排措施实施期间的雨天)。二次有机碳是有机碳的主要组成,占比为75.5%(减排措施实施期间的雨天)~79.9%(减排措施实施前的晴天)。不同阶段的水溶性离子和含碳气溶胶浓度日变化特征不同。NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)浓度晴天的日变化为单峰型分布,雨天为多峰型分布。

北京冬季PM_(2.5)中元素碳、有机碳的污染特征

通过2003年1月对北京市区PM2 5中元素碳(EC)、有机碳(OC)连续测量,分析了其污染特征。监测资料表明,北京市区PM2 5中ρ(OC)高于ρ(EC),它们多在夜间高、白天低,且变化趋势大致相同。北京市区冬季ρ(OC) ρ(EC)的值较低。

南京市PM_(2.1)中有机碳和元素碳污染特征及影响因素

采用DRI Model 2001A热/光碳分析仪测定了2011年南京市区(南师)和郊区工业区(南化)大气气溶胶细粒子(PM2.1)中有机碳(OC)和元素碳(EC)的含量,并对两地的OC、EC污染特征进行了评价,分析了细粒子中含碳物质的来源.结果显示,在PM2.1中,南京市市区OC、EC的年平均浓度分别为12.79,3.18μg/m3,郊区工业区分别为13.44,3.74μg/m3,工业区污染更加严重.市区和工业区冬春季OC、EC含量较高且冬季OC、EC相关性较高,这与冬季燃煤量增加,并且受内陆西风及逆温的影响,污染物集中在南京市上空不易扩散有关;夏季两地OC、EC含量及相关性均达到最低,可能由于夏季降雨频繁,加上台风作用,稀释和清除了部分污染物.应用OC/EC比值法对市区和郊区工业区二次有机碳(SOC)含量进行了估算,两地均是夏季SOC占TOC比例最高,分别为46.63%、45.65%,SOC主要来自于光化学反应,可见在光照充裕、辐射强烈的夏季更加有助于SOC的生成.

中亚热带山区土地利用变化对土壤有机碳储量和质量的影响

通过对中亚热带山区天然林、人工林(用材林和经济林)、次生林、果园和坡耕地等7种典型土地利用方式的土壤有机碳储量及质量的研究,结果表明:中亚热带山区天然林转变为其他土地利用类型后,土壤有机碳储量下降了25.6%～51.2%,而表层0～20cm土壤有机碳储量下降了45.1%～74.8%,比底层土壤有机碳对土地利用变化的响应更为敏感。土壤轻组有机碳储量(0～60cm)下降了52.2%～84.2%,轻组有机碳占总有机碳比例从13.3%降到3.0%～10.7%,比土壤总有机碳对土地利用变化更为敏感。天然林转变为其他土地利用类型后土壤有机碳损失巨大的原因主要与凋落物归还数量及质量,水土流失和经营措施对土壤(特别是表层土壤)的扰动引起土壤有机质加速分解等因素有关。坡耕地人为干扰最严重,土壤有机碳下降幅度最大。中亚热带山区土地利用变化引起土壤有机碳储量下降幅度高于全球平均水平,主要与区域降水和地貌条件有关。因此,保护山区脆弱生态环境,加强天然林保护和植被恢复,合理营造人工林,减少耕作,对山区土壤碳吸存、减缓大气CO2浓度升高和气候变化以及促进山区可持续开发的生态服务功能发展都具有重要意义。

天津冬季PM_(2.5)与PM_(10)中有机碳、元素碳的污染特征

研究了天津冬季PM2.5和PM10中碳成分的污染特征。结果表明,天津冬季PM2.5和PM10的平均质量浓度分别为(124.4±60.9)、(224.6±131.2)μg/m3;总碳(TC)、有机碳(OC)与元素碳(EC)在PM2.5中的平均质量分数比在PM10中分别高出5.0%、3.6%、1.2%;PM2.5中OC、EC的相关系数较高,为0.95,表明OC、EC的来源相对简单,可能主要反应了燃煤和机动车尾气的贡献。OC/EC的平均值在PM2.5和PM10中分别为3.9、4.9,次生有机碳(SOC)在PM2.5和PM10中的平均质量浓度分别为14.9、23.4μg/m3,分别占OC的48.5%(质量分数,下同)、49.8%,OC/EC较高可能主要与直接排放源有关;PM2.5中的OC1与OC2的比例明显高于PM10,而聚合碳(OPC)的比例又低于PM10,同时PM2.5与PM10中的EC1含量均较高,表明天津冬季燃煤取暖和机动车尾气是重要的污染源。

广州大气细粒子中有机碳、元素碳和水溶性有机碳的分布特征

在广州市中山大学采样点进行了为期1年的大气细粒子(PM2.5)采样,监测分析得到PM2.5及有机碳(OC)、元素碳(EC)和水溶性有机碳(WSOC)等组分的质量浓度,并进行了比较和评价分析。结果表明广州市细粒子碳污染较严重。对OC、EC和WSOC质量浓度的月变化和季节变化特征进行了讨论,并分析了原因。OC、EC浓度相关性好,表明OC、EC来源大部分相同。根据OC/EC比值,估算二次有机碳(SOC)量,结果是SOC占OC的1/3。讨论了SOC和SOC/OC比值的季节分布,结果证明SOC夏季生成比冬季多。

广州市夏季室内外PM_(2.5)中有机碳、元素碳的分布特征

2004年7～8月在广州市9个采样点的室内、室室外同步采集了PM2.5样品,采用热光反射碳分析仪分析得到OC、EC的质量浓度,对OC、EC污染水平、空间分布、室内室外质量浓度关系、OCEC质量浓度关系及二次有机碳等特征进行了深入细致的分析研究.结果表明,OC室内、外平均质量浓度为17.3和19.9μg·m-3,EC室内、室外平均质量浓度为6.5和6.6μg·m-3,总碳气溶胶占PM2.5质量的50%以上;在不同类型采样点OC、EC质量浓度存在区别;室内环境中OC、EC质量浓度相关性显著,室外环境中OC、EC质量浓度相关性不显著;OC、EC质量浓度比ρ(OC)ρ(EC)超过2;室内、室外PM2.5中二次有机碳质量浓度是7.6和10.0μg·m-3,占总有机碳的比率为43.8%、45.5%.

广州市灰霾期间大气颗粒物中有机碳和元素碳的粒径分布

使用冲击式采样器(MOUDI)采集广州市灰霾形成过程的大气颗粒物.分析了有机碳(OC)和元素碳(EC).结果表明,灰霾期间大气主要消光部分积聚态颗粒物及其中的OC和EC,在PM10(可吸入颗粒物)中所占的比例及其绝对浓度要远高于正常天气.正常天气OC和EC呈双模态分布,严重灰霾天气EC的粒径分布呈单一模态分布,OC的粒径分布呈双模态分布,峰值都向大粒径方向偏移.结果显示,大气颗粒物、OC和EC在积聚态的大幅度增长是形成灰霾天气的重要原因.

上海中心城区冬季PM_(2.5)中有机碳和元素碳组成变化特征

采样分析了上海中心城区冬季2009年1月-2月PM2.5中有机碳和元素碳组分,并对其污染和变化特征进行了分析。监测分析结果表明,中心城区范围内OC、EC质量浓度空间分布无明显差异;OC、EC是PM2.5的重要组成部分,其在PM2.5中的质量分数分别为8.88%、1.49%;ρ(OC)/ρ(EC)比值较高,为5.73,且存在一定程度的二次有机污染;OC质量浓度和EC质量浓度有着很好的相关性,二者一定程度上有着相同的源;春节前后,TC浓度变化(即OC+EC)呈现明显的假日效应,机动车排放是TC的重要来源之一。