碳质气溶胶,包括有机碳气溶胶和元素碳气溶胶,占总细颗粒物(PM2.5)的10%-90%,对地区/区域的空气质量,人体健康和气候效应有非常重要的影响。生物质燃烧比如野火、农业垃圾燃烧和生物燃料燃烧对大气中的有机碳和元素碳有极大的贡献。在中国每年秸秆焚烧的大部分燃烧区域分布在东部和东北部省市地区。生物质燃烧源气溶胶的重要性已在中国东南和北部如华北平原,长三角和珠江三角洲等地区开展的研究中被发现,在我国东北地区农业废弃物的燃烧对区域颗粒物的贡献如何呢?
大气环境中心章炎麟教授团队,通过分析中国东北三江平原的细颗粒物(PM2.5)中的总碳(TC)、有机碳(OC)、元素碳(EC)、可溶性有机碳(WSOC)、无机离子和稳定碳同位素比值(δ13C),对其化学组成和来源特征进行了研究。通过火点图和气溶胶光学厚度图可以发现生物质燃烧密集期是在九月底到十月初。在生物质燃烧期间,PM2.5、OC、EC和WSOC相比非燃烧季增加了4-12倍。非海盐钾与PM2.5、OC、EC和WSOC相关性极高,证实了生物质燃烧的贡献。在生物质燃烧期δ13C 值比平均值低,说明三江平原C3植物(如水稻)燃烧的贡献是决定性的。
研究还发现生物质燃烧排放可能导致二元酸类化合物(PM2.5中含量较高的一种有机化合物,如草酸)浓度增高迅速。研究通过细颗粒物(PM2.5)中的二元酸及生物质燃烧标志物左旋葡聚糖进行了分析。研究发现生物质燃烧期间二元酸及其衍生物浓度相比非燃烧季增加了20余倍。在生物质燃烧期间,左旋葡聚糖与OC、EC、WSOC和二元酸均有更好的相关性。研究结果证实了生物质燃烧对二元酸及其衍生物的显著贡献。并且通过二元酸组分间的比值如C3/C4,F/M,C2/ωC2,C18:1/C18:0 和C2/lev证实了生物质燃烧期间的有机气溶胶主要是未经老化的新鲜生物质燃烧产物。该成果对研究生物质燃烧对大气气溶胶的影响具有重要意义。
以上科研成果以“Inorganic markers, carbonaceous components and stable carbon isotope from biomass burning aerosols in Northeast China”和“Chemical characteristics of dicarboxylic acids and related organic compounds in PM2.5 during biomass-burning and non-biomass-burning seasons at a rural site of Northeast China”为题分别发表于环境科学类权威期刊《Science of the Total Environment》和《Environmental Pollution》,大气环境中心曹芳博士为论文的第一作者。本研究获得科技部重大研发计划、国家自然科学基金的资助。
论文全文链接:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969715307567
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749117333924