灰霾形成条件(关于减少农业氨排放以缓解灰霾危害的建议)
大量科学证据表明,灰霾主要是由碱性污染物氨(NH3)与酸性污染物二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)在空气中发生化学反应,生成硫酸铵和硝酸铵,形成PM2.5凝结核,吸水并结合其他污染物而形成(图1)。在NH3大量存在的条件下,SO2和NOx形成PM2.5的速度会急剧增加。NH3在灰霾形成中的重要性,引起了全社会的高度关注。基于国家重大科学计划项目“我国活性氮源及其对空气质量与气候变化的影响机理研究”和我们长期“氮素循环与环境影响”的研究结果,提出种植和畜牧养殖氨气减排措施,供政府灰霾治理决策参考。
图1 农业氨挥发对PM2.5形成的贡献
设定农业氨减排目标
中国目前每年大约排放1500万t的NH3(以纯氮计,下同),与酸性物质NOx(700万~800万t,以纯氮计)和SO2 (900万~1000万t,以硫计)排放量(《2015中国环境状况公报》)的酸当量相当,对灰霾的形成具有重要的贡献。中国农业源氨排放量占总排放的90%左右,其中种植和牲畜养殖业排放大约各半,牲畜养殖排放略高。
图2 挥发大量氨气的农田化肥撒施以及牲畜养殖废弃物的露天风干
3)氮肥品种单一,基本都是铵态氮和产铵态氮肥料(如尿素)。铵态氮肥在中国北方碱性土壤上极易以氨的形态挥发到大气中。与此同时,铵态氮肥在土壤中会氧化成为硝态氮,该氧化过程同时排放大量温室气体N2O。改性硝酸铵比尿素的价格高10%~30%,由于其损失低,净花费并未增加。若施用改性硝态氮肥,既无氨挥发,也不因硝化过程而排放N2O。建议在加强监管的基础上,在中国北方,特别是华北平原,适当供应改性硝态氮肥,减少铵态氮肥的施用。
制订规模化畜禽养殖各个环节的操作规程和氨减排措施
中国畜禽养殖每年排泄的畜禽粪便大约1500万t纯氮,约为化学氮肥使用量的1/2。当前畜禽粪便氮素收集还田率大约为50%,其余大部分直接排放到大气和水体,成为重要的污染源(图2)。建议制订从饲料选择、畜舍构造、粪尿贮存、处理到田间施用等各个环节的操作规程和氨减排措施,作为规模化畜禽养殖操作和监管的依据。具体包括:
1)推广应用低蛋白含量的饲料品种。饲料中的碳氮比会显著影响牲畜粪便中的氮含量,加强对适应中国牲畜种类的低蛋白饲料品种研制和推广应用,有助于降低单位畜禽产品的氮素排泄量,可以从源头同时降低向地表水排放的氨氮以及向大气中排放的氨气。
2)控制规模化养殖场的氨气排放。规模化养殖圈舍氨气排放占牲畜养殖总氨气排放的10%~30%。采用合理的建筑设计可以降低圈舍的氨气排放,包括建设集中的排泄和粪便收集区域、快速的粪便清除系统、排泄区的温度控制以及酸性中和物质的使用等措施。建议通过引入合理技术标准规范控制新建养殖场的氨气排放;对已有的养殖场进行技术改造,安装现场在线氨浓度监测制备,加大对规模化养殖氨气排放的治理和监管,切实降低养殖场的氨气挥发。
3)推行规范化的粪便储存、堆沤和施用技术。中国目前的牲畜粪便处理倾向于固液分离,堆沤生产有机肥,减少向水体的排放,常忽略向大气的氨气排放。建议推广应用封闭式的粪便贮存、处理和施肥方式,降低粪便储存、处理和施用环节的氨排放。
上述4个方面建议和措施的实施,不仅可以控制氨排放引起的大气污染,还可减轻氮素流失导致的水体富营养化、硝酸盐淋洗引起的地下水污染、大量施用铵态氮和产铵态氮肥料导致的土壤酸化、大气氮沉降增加导致的生态环境退化,减少施用氮肥和有机肥引起的温室气体N2O的排放以及氮肥制造过程中巨大的化石能消耗和碳排放。因此,减少种植和养殖业的氨排放是一举多得的举措,也是治理活性氮大气和水体污染、保证食物生产安全的根本。(责任编辑 王丽娜)
本文作者:
巨晓棠,谷保静,蔡祖聪。作者简介
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巨晓棠,中国农业大学资源与环境学院,教授;谷保静,浙江大学公共管理学院,研究员;蔡祖聪,南京师范大学地理科学学院,教授。注:本文发表在2017年第13期《科技导报》,欢迎关注。
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