南京市2013年人為源大氣氨排放清單及特征

劉春蕾 楊峰

摘要根據(jù)搜集的南京市各類人為源氨排放的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，采用排放因子法，建立了南京市2013年人為源大氣氨排放清單。結(jié)果表明，① 2013年南京市人為源大氣氨排放量約為25.79 kt，排放強(qiáng)度為3.91 t/（km2·a）；②農(nóng)業(yè)源是南京市人為源氨的主要排放貢獻(xiàn)源，占總排放量的75.65%；③畜禽養(yǎng)殖是南京市人為源氨排放的最大貢獻(xiàn)源，占總排放量的42.96%，肉雞是南京市畜禽養(yǎng)殖氨排放最大的貢獻(xiàn)源，占畜禽養(yǎng)殖排放總量的35.90%，其次是肉豬，占21.77%；④氮肥施用是南京市人為源氨排放的第二大排放源，占總排放量的2598%，其中，水稻的氮肥施用貢獻(xiàn)了66.84%；⑤廢物處理是南京市人為源氨排放的第三大貢獻(xiàn)源，占總排放量的15.74%，煙氣脫硝占廢物處理源的70.68%。除了畜禽養(yǎng)殖和氮肥施用兩大排放源，煙氣脫硝過程中的氨排放需要引起足夠重視。

關(guān)鍵詞南京；氨排放；清單

中圖分類號X181.3；X501文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）29-263-04

氨（NH3）是大氣中最重要的微量氣體之一，是大氣中唯一的偏堿性氣體，一方面促進(jìn)清除SO2和NOX等酸性物質(zhì)，在底層大氣環(huán)境酸化中起著重要緩沖作用；另一方面氨是生成二次粒子的主控因子，作為PM2.5的重要前驅(qū)物，對霾的形成有重要影響。正是由于氨在大氣環(huán)境問題中，尤其是在PM2.5二次粒子形成過程中的重要性，國內(nèi)外學(xué)者對氨排放研究越來越重視。美國學(xué)者在20世紀(jì)90年代研究認(rèn)為，如果在控制其他污染物排放的同時(shí)，有針對性地對氨排放進(jìn)行控制，可能對二次粒子的控制起到事半功倍的效果。近年來西方研究更是表明，控制氨排放是減少大氣顆粒物濃度最經(jīng)濟(jì)有效的辦法。因此，城市氨排放源清單的建立及氨排放特征的研究對于城市大氣污染控制具有重要意義。

國外有關(guān)人為氨源的研究工作比較早，不少研究人員估算了農(nóng)業(yè)源、非農(nóng)業(yè)源等人為氨源的排放清單。歐洲各國研究表明，動(dòng)物排放的貢獻(xiàn)可達(dá)人為源氨排放的75%，其次是使用化肥。2008年美國NEI數(shù)據(jù)表明，氨排放中畜禽排放占56%，其次是肥料施用為27%。亞洲日本畜禽排泄物釋放占人為源氨排放的64.3%，氮肥施用占4.6%。

近年來，國內(nèi)對于大氣氨排放清單的研究工作開展得也越來越多，主要集中在大尺度層面。如全國層面的，李新艷等對我國大氣氨進(jìn)行了估算并分析了時(shí)空分布特征；區(qū)域?qū)用娴?，黃成等、尹沙沙等、李富春等分別估算了長江三角洲、珠江三角、川渝地區(qū)氨排放及特征。而城市層面的研究比較少，王平、張燦等分別對南通市人為源、重慶市主城區(qū)農(nóng)業(yè)源氨排放進(jìn)行了研究。國內(nèi)研究一致表明，畜禽養(yǎng)殖和氮肥施用是大氣氨排放最主要的兩大貢獻(xiàn)源，貢獻(xiàn)率達(dá)80%以上[6-10]。

該研究主要依據(jù)2014年8月國家環(huán)保部頒發(fā)的《城市大氣污染物排放清單編制指南》（以下簡稱《指南》），收集了10項(xiàng)大氣氨排放源的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，選取合理的估算方法和排放因子，編制了南京市2013年大氣氨排放清單，估算了各類大氣氨源排放量，并分析了排放特征，為研究南京市大氣污染形成機(jī)制及控制對策提供了基礎(chǔ)資料。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域與對象

該研究以2013年為基準(zhǔn)年，研究區(qū)域?yàn)槟暇┦?，估算的人為氨源包括農(nóng)業(yè)源和非農(nóng)業(yè)源共10項(xiàng)（氮肥施用、土壤本底、固氮植物、秸稈堆肥、畜禽養(yǎng)殖、生物質(zhì)燃燒、化工生產(chǎn)、人體排泄、廢物處理處置、交通源）。

1.2基礎(chǔ)資料與來源

農(nóng)作物耕地面積、固氮植物種植面積、畜禽年內(nèi)飼養(yǎng)量、合成氨來自南京市2014年統(tǒng)計(jì)年鑒；秸稈產(chǎn)生量來自南京市農(nóng)業(yè)委員會(huì)；污水處理、固廢填埋、垃圾焚燒、煙氣脫硝數(shù)據(jù)來自南京市2013年環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒；不同車型汽車保有量來自南京市機(jī)動(dòng)車排氣污染監(jiān)督管理中心。

1.3估算方法

氨排放量的估算主要采用排放因子法，計(jì)算公式為：

Ei，j=（Ai，j× EFj ）（1）

式中，E為氨排放量，i、j分別為地區(qū)、源類別，Ai為活動(dòng)水平，EF為排放因子。

1.3.1氮肥施用。

根據(jù)其他研究人員[12-13]調(diào)查獲取的南京市主要農(nóng)作物小麥、水稻、油菜的平均施氮量，計(jì)算得出南京市小麥、水稻、油菜的氮肥施用量（表1）。不同氮肥施用量組成取自國內(nèi)學(xué)者研究結(jié)果的平均值，排放因子根據(jù)不同作物施肥月份平均溫度選取自《指南》表2。

1.3.2土壤本底。

氨是一種溫室氣體，農(nóng)業(yè)土壤是溫室氣體排放的主要來源之一，土壤因素（土壤質(zhì)地、通氣狀況、pH、土壤含水量和溫度等）是影響農(nóng)田氨揮發(fā)的因素之一[15]。土壤本底排放系數(shù)為每畝耕地每年向大氣排放氨的量。

1.3.3固氮植物。

我國廣泛種植的固氮植物為大豆、花生和綠肥3類。南京市2013年固氮植物（大豆、花生、綠肥）種植面積僅7.17千hm2。

1.3.4秸稈堆肥。

由于沒有直接的秸稈堆肥數(shù)據(jù)，依據(jù)秸稈總量與秸稈肥料化率進(jìn)行估算。《江蘇省秸稈利用發(fā)展規(guī)劃》顯示，南京市2008年秸稈肥料化率為22%，規(guī)劃2012年提高到32%。故選取32%作為南京市秸稈堆肥比例。

1.3.5畜禽養(yǎng)殖。

畜牧業(yè)排放的氨主要來源于畜禽在不同養(yǎng)殖階段糞尿的揮發(fā)。畜禽種類決定了氨氣排泄物的產(chǎn)生量，糞便產(chǎn)生后的排放則受到畜禽舍結(jié)構(gòu)、舍內(nèi)地面類型、糞便清理方法、存儲設(shè)置、還田方法等因素的影響[16]。

估算種類源自2014年統(tǒng)計(jì)年鑒列出的奶牛、水牛、家禽、兔、羊5種。為了區(qū)分家禽中不同種類的排放，依據(jù)其他人員研究方法，利用禽蛋比例、肉產(chǎn)量比例估算了雞、鴨、鵝的數(shù)量，繁殖母豬的比例取7.5%[17]。

畜禽養(yǎng)殖排放因子分別為奶牛25.52 kg/a，水牛10.56 kg/a，黃牛37.61 kg/a，母豬22.58 kg/a，肉豬2.82 kg/a，蛋雞0.49 kg/a，肉雞0.18 kg/a，蛋鴨0.35 kg/a，肉鴨0.03 kg/a，

鵝0.24 kg/a，兔0.24 kg/a，山羊4.93 kg/a。

1.3.6生物質(zhì)燃燒。

生物質(zhì)燃燒包括生物質(zhì)鍋爐、戶用生物質(zhì)爐具和生物質(zhì)開放燃燒三大類。開放燃燒包括森林大火、草原大火、秸稈露天焚燒3種形式。由于數(shù)據(jù)獲取原因，該研究僅估算了戶用生物質(zhì)爐具和生物質(zhì)開放燃燒兩大類的氨排放量。

生物質(zhì)燃燒活動(dòng)水平計(jì)算公式為：

A= P×N×R×η （2）

式中，A為生物質(zhì)燃燒量，P為主要農(nóng)作物產(chǎn)量，N為農(nóng)作物谷草比，R為燃燒比例，η為燃燒率。生物質(zhì)燃燒活動(dòng)水平可直接由主要農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生量、燃燒比例、燃燒率來估算，秸稈焚燒比例取經(jīng)驗(yàn)值為20%，農(nóng)作物秸稈燃燒率取0.9。

戶用生物質(zhì)燃料包括戶用秸稈、薪柴和生物質(zhì)成型燃料3部分。戶用生物質(zhì)爐具燃燒量依據(jù)其他學(xué)者研究成果[18]計(jì)算，該研究選取了南京市高淳區(qū)作為江蘇農(nóng)村地區(qū)家庭能源消費(fèi)水平與構(gòu)成的研究區(qū)域，數(shù)據(jù)與該研究具有較高的適用性與統(tǒng)一性。

43卷29期劉春蕾等南京市2013年人為源大氣氨排放清單及特征

1.3.7化工生產(chǎn)。

涉及到氨排放的行業(yè)主要包括合成氨生產(chǎn)和氮肥生產(chǎn)。該研究中氮肥和合成氨產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自統(tǒng)計(jì)年鑒，排放因子取自《指南》。

1.3.8人體排泄。

由于人體排放與污水處理廠的氨排放有部分重疊之處，在此處對人體排放的人口基數(shù)進(jìn)行了修正。以南京市農(nóng)村戶籍人口數(shù)為基數(shù)，借鑒青島市社會(huì)科學(xué)院研究人員實(shí)證得出的沿海發(fā)達(dá)地區(qū)農(nóng)村留守人口比例（以青島市為例）估算南京市農(nóng)村留守人口數(shù)[19]，以此作為南京市沒使用衛(wèi)生廁所的人數(shù)來估算人體氨排放量。

1.3.9廢物處理處置。

廢物處理處置氨排放源包括了污水處理、固廢填埋、焚燒和煙氣脫硝過程4個(gè)方面。目前，國內(nèi)燃煤電廠和水泥脫硝的主流工藝是選擇性催化還原法（SCR）和非選擇性催化還原（SCNR）以及在二者基礎(chǔ)上發(fā)展起來的SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)。而該工藝中氨水作為還原劑在裝載、運(yùn)輸、系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)量、輸送過程中可能存在跑冒滴漏等無組織排放，過量的未參與反應(yīng)的氨還會(huì)隨脫硝煙氣一起排放，形成二次污染，由脫硝工程引發(fā)的氨排放問題引起了廣泛關(guān)注。

1.3.10交通源。

我國自1999年以來先后頒布并實(shí)施了國1～國5階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)。《指南》的排放因子考慮了不同排放標(biāo)準(zhǔn)對污染排放的影響，這是與其他同類交通源研究的主要區(qū)別。

該研究按照排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間對南京市歷年來汽車保有量進(jìn)行了劃分，得到不同類型汽車國1前到國5的汽車保有量。根據(jù)《指南》所列道路機(jī)動(dòng)車年均行駛里程（VKT）估算南京市不同車型機(jī)動(dòng)車行駛里程，然后與相應(yīng)的排放因子的乘積之和即為道路移動(dòng)源氨排放量。

2結(jié)果與分析

2.1南京市人為源大氣氨排放清單

根據(jù)上述研究方法和數(shù)據(jù)，估算得到南京市2013年人為源氨排放清單（表3），2013年南京市人為源氨排放總量為25.79 kt。農(nóng)業(yè)源和非農(nóng)業(yè)源的排放量分別占總排放量的75.65%和24.35%，農(nóng)業(yè)源是南京市氨排放的最主要來源。畜禽養(yǎng)殖、氮肥施用和非農(nóng)業(yè)源中的廢物處理分別為前三大貢獻(xiàn)源，共貢獻(xiàn)84.68%，固氮植物的貢獻(xiàn)最少，僅0.04%，可忽略不計(jì)。南京市的人口數(shù)量在江蘇省13個(gè)省轄市內(nèi)排位第3，龐大的社會(huì)生活、生產(chǎn)活動(dòng)對畜禽和糧食等物質(zhì)的需求巨大，畜禽屠宰和農(nóng)田氮肥施用日益增長。建議下一步開展詳細(xì)的農(nóng)業(yè)氨排放源空間分布研究，以促進(jìn)南京市科學(xué)地實(shí)施網(wǎng)格化、精細(xì)化氨排放控制措施。

2.2排放源貢獻(xiàn)分析

畜禽養(yǎng)殖是南京市氨排放的最大貢獻(xiàn)源。圖1為各類牲畜貢獻(xiàn)率情況，從大到小排列為肉雞（35.9%）>肉豬（21.77%）>羊（12.27%）>蛋雞（10.2%）>母豬（7.23%）>奶牛（5.94%）>肉鴨（1.9%）>蛋鴨（156%）>鵝（1.49%）>水牛（1.11%）>兔（0.61%）>黃牛（0.02%）。肉雞是南京市畜禽養(yǎng)殖氨排放最大的貢獻(xiàn)源，其次是肉豬。家禽（雞、鴨、鵝）占總年內(nèi)飼養(yǎng)量的95.57%，排放了51.05%的氨，家畜（豬、牛、羊）僅占總年內(nèi)飼養(yǎng)量的360%，但排放了48.34%的氨。這是由于大型動(dòng)物的糞便排放量大，含氮高，排放因子高。我國畜禽養(yǎng)殖一直呈現(xiàn)高速增長狀態(tài)，畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的增加必然帶來種種環(huán)境問題。江蘇是傳統(tǒng)的羊和家禽養(yǎng)殖大省，所以南京在控制畜禽養(yǎng)殖氨排放時(shí)，要重點(diǎn)控制豬、牛、羊等大型家畜。

氮肥是2013年南京市人為源氨排放第二大貢獻(xiàn)源。圖2為南京市2013年各農(nóng)作物氨排放貢獻(xiàn)率情況，從大到小排列為水稻（66.84%）>小麥（17.16%）>油菜（16%）。水稻氮肥施用的氨排放是3種作物中最高的，原因主要有：一是水稻是南京市種植面積最大的農(nóng)作物，超過油菜和小麥的種植面積之和。二是水稻的平均施氮量最高，比小麥的要高52.6%，比油菜高26.57%。三是與作物種植季節(jié)有關(guān)。水稻是夏種秋收作物，水稻的施肥時(shí)間處于高溫時(shí)間，氨排放因子大，而油菜、小麥?zhǔn)乔锓N夏收作物，施肥時(shí)溫度低，氨排放因子小。

廢物處理在南京市大氣氨排放貢獻(xiàn)率達(dá)15.13%，為2013年南京市人為源氨排放第三大貢獻(xiàn)源，廢物處理的氨排放不容忽視。圖3為南京市2013年廢物處理分類型氨排放貢獻(xiàn)率情況，從大到小排列為煙氣脫硝（70.68%）>固廢填埋（29.14%）>垃圾焚燒（0.13%）>污水處理（0.05%）。廢物處理中，垃圾焚燒和污水處理貢獻(xiàn)很小，可忽略不計(jì)，煙氣脫硝貢獻(xiàn)率最大。這是由于南京市自20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)化、城市化進(jìn)程走在全國前列，是全國著名的石化、鋼鐵基地，重化工業(yè)占工業(yè)經(jīng)濟(jì)的80%，火力發(fā)電、鋼鐵、石化化工、水泥等行業(yè)用煤導(dǎo)致全市煤炭消耗量居高不下，全市12個(gè)30萬kW以上燃煤機(jī)組全部建成脫硝設(shè)施，6條4 000 t以上水泥熟料生產(chǎn)線脫硝工程已全部建成投運(yùn)，而這些煙氣脫硝過程產(chǎn)生了一定量的氨逃逸。

3結(jié)論與討論

南京市2013年大氣氨排放總量為25.79 kt，排放強(qiáng)度為3.91 t/（km2·a）。

農(nóng)業(yè)源是南京市人為源氨排放的主要來源，占總排放量的75.65%，非農(nóng)業(yè)源貢獻(xiàn)了24.35%。

畜禽源是南京市人為源氨排放的最大貢獻(xiàn)源，占總排放量的4296%，肉雞是南京市畜禽養(yǎng)殖氨排放最大的貢獻(xiàn)源，占畜禽養(yǎng)殖排放總量的35.9%，其次是肉豬，占21.77%。

氮肥施用是南京市人為源氨排放的第二大排放源，占總排放量的2598%。其中，水稻的氮肥施用貢獻(xiàn)了66.84%。

廢物處理是南京市人為源氨排放的第三大貢獻(xiàn)源，占總排放量的1574%。煙氣脫硝占廢物處理源的70.68%，煙氣脫硝過程中的氨排放需要引起足夠重視。

氨排放量估算的不確定性主要來自3個(gè)方面：一是活動(dòng)水平是否準(zhǔn)確。該研究中大部分活動(dòng)水平數(shù)據(jù)來自各權(quán)威部門，包括統(tǒng)計(jì)年鑒、環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒等，能夠較好地保證數(shù)據(jù)的可靠性。但是，還有一部分?jǐn)?shù)據(jù)是在其他研究人員研究成果基礎(chǔ)上進(jìn)行的估算，必然與實(shí)際情況存在一定偏差，如南京市化肥施用量、戶用生物質(zhì)燃燒量等。在實(shí)地調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶的化肥施用量實(shí)際上超過以往研究結(jié)果，實(shí)際氮肥施用氨排放量被低估。二是排放因子是否跟當(dāng)?shù)厍闆r相符。各地排放因子是不一樣的，而該研究所用的排放因子大部分來源于《指南》，代表的是全國平均水平。要減少這個(gè)因素的影響，需要進(jìn)行排放因子本地化測試。三是排放源類別是否較全面也會(huì)影響到總排放量的估算。該研究中按照《指南》增加了煙氣脫硝部分的氨排放，估算的煙氣脫硝氨排放量達(dá)到了總排放量的10%，而其他研究都沒有涉及煙氣脫硝氨排放的估算。另外，近年來南京市為了減少煤炭量使用，將很多小燃煤鍋爐改造成了生物質(zhì)鍋爐，由于數(shù)據(jù)獲取原因，該研究未將生物質(zhì)鍋爐的氨排放量估算入內(nèi)?？傊?，開展詳實(shí)的活動(dòng)水平調(diào)查，進(jìn)行排放因子本地化測試是提升城市氨排放估算精度的必要途徑。

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