中國(guó)大氣和排放的時(shí)空分布特征探討
隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和人民生活水平的提高,，中國(guó)向大氣中排放的活性氮(生物可利用性氮)總量逐年增加，已經(jīng)成為亞洲地區(qū)氮排放量最大的國(guó)家[1].研究表明，中國(guó)大陸地區(qū)大氣的排放量從1950年的2.6Tg增加到2007年的16.0Tg[2-4],，大氣的排放量從1980年的3.8Tg增加到2004年的18.6Tg[5-6],，預(yù)測(cè)2020年將達(dá)到32.4Tg[1]。大氣中的和通過光化學(xué)反應(yīng)生成氨氮和硝酸鹽等氣溶膠粒子,，不僅會(huì)降低大氣能見度,，損害人體健康，還會(huì)增加大氣氮沉降,，引起土壤和淡水酸化以及營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)的生態(tài)失衡,，進(jìn)而導(dǎo)致陸地和水體生態(tài)系統(tǒng)多樣性減少，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能造成不利影響[1,7-10].
研究表明,，1950-2007年間,，中國(guó)大氣排放呈逐年增加的趨勢(shì)[2-4,11-12];1980-2005年間，除了1996-1998年間略有下降以外[13],，大氣排放量也逐年增加[2,14],，而且自2000年以來呈迅速增加的趨勢(shì)[6,15-17].由于考慮的污染源種類以及采用的各污染源的排放因子不同，學(xué)者們估算的同一年份中國(guó)的活性氮排放量有較大差別[1,3,5-6,11,13-14,17-21].這些研究為我國(guó)酸沉降控制提供了科學(xué)依據(jù),，但是缺乏從較長(zhǎng)時(shí)間尺度上對(duì)和排放狀況的對(duì)比分析.
本研究估算了中國(guó)大陸地區(qū)各省份1995-2004年歷年排放量和1985-2010年歷年排放量,，并分析了其排放強(qiáng)度的空間變化.
1 研究方法
1.1 排放量的計(jì)算方法
釋放到大氣中是受到農(nóng)業(yè)活動(dòng)和自然排放共同作用的結(jié)果.大氣中的主要來源有畜禽排放(49%～63%)、肥料施用(11%～12%),、海洋釋放(14%～17%),、土壤釋放(10%～13%)、生物燃燒(4%～7%),、人類糞便(5%～8%),、煤炭燃燒和汽車尾氣排放(3%～4%)等[22-23].
全國(guó)每年的排放量根據(jù)各省(市、自治區(qū))每年的排放量加和得到,，各省(市,、自治區(qū))的排放量等于各類源的排放量乘以排放因子后加和得到，計(jì)算公式如式(1)[2]：
由于人類活動(dòng)引起的排放源i主要有4種,，即：畜禽排泄,、氮肥施用、化肥和合成氨生產(chǎn)和人類糞便排放.
1.1.1 動(dòng)物排量 畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的數(shù)據(jù)來自中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒中的年末存欄數(shù).本計(jì)算中采用的畜禽養(yǎng)殖排放因子見表1[2],，由每年的畜禽養(yǎng)殖數(shù)量乘以各類畜禽相應(yīng)的排放因子即可得到每年各類畜禽的排放量.
1.1.3 氮肥施用中的排放量 根據(jù)各省(市,、自治區(qū))每年的氮肥施用量與各種氮肥的百分比組成，即可算得各省(市,、自治區(qū))氮肥施用的排放量.我國(guó)氮肥生產(chǎn)量組成,、施用量組成及其排放因子見表2[2].
1.1.4 農(nóng)村人口糞便排量 我國(guó)農(nóng)村的衛(wèi)生條件與處理?xiàng)l件差，故本計(jì)算中采用1.3kg/(人.a),，略高于歐洲的排量[2].
統(tǒng)計(jì)了中國(guó)1985-2005年各部門各類燃料的消費(fèi)量[25],，根據(jù)公式(2)乘以相應(yīng)的排放因子(表3)，計(jì)算得到1985-2005年全國(guó)歷年的排放量.
2 結(jié)果與討論
2.1 1995-2004年中國(guó)大陸地區(qū)的排放量
從圖1可見，10年來我國(guó)大陸的排放量變化波動(dòng)較大,，變化范圍9.5～12.7Tg/a.從1995年的10.6Tg增加到了1996年的11.2Tg,，1997年有較大幅度的下降，達(dá)到10年間的最低值9.5Tg,，之后緩慢回升,，自2000年以來趨于平穩(wěn)，穩(wěn)定在11.8Tg/a左右.
從圖1看出,，相比較其他年份，1997-1999年間,，大氣的年排放量顯著下降.這主要是由于受到1997年亞洲金融危機(jī)和1998-1999年洪澇等自然災(zāi)害等因素的影響.1997-1999年間我國(guó)的畜禽養(yǎng)殖數(shù)量顯著減少,，全國(guó)牛的數(shù)量分別比1996年減少了2297.1萬頭，1546.4萬頭,，1283.3萬頭[25],，全國(guó)豬的數(shù)量分別減少了6839.3萬頭，3479.2萬頭,，2715.6萬頭[25].畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的急劇減少導(dǎo)致了這3年間中國(guó)大陸地區(qū)的排放量相對(duì)較低.
圖1 1995-2004年中國(guó)大陸地區(qū)每年的排放量
Fig. 1 Anuual emission of in the inland of China from 1995 to 2004
2.2 中國(guó)排放強(qiáng)度的空間分布
從1995年,、2000年和2004年我國(guó)大陸地區(qū)的排放強(qiáng)度分布(圖2)可以看出：我國(guó)的氨排放強(qiáng)度空間差異很大，華北和長(zhǎng)江中下游地區(qū)是氨排放強(qiáng)度較高的地區(qū),，其中,，以上海、山東,、河南和江蘇的氨排放強(qiáng)度最高,，都達(dá)到了50kg/以上，上海平均為109.8kg/;其次為河北,、安徽和廣東,，氨排放強(qiáng)度位于35～50kg/之間.西北和東北北部地區(qū)氨排放強(qiáng)度最小，如西藏,、新疆,、內(nèi)蒙古不足3kg/.中國(guó)的氨排放強(qiáng)度呈逐年增加的趨勢(shì)，表現(xiàn)在1991年中國(guó)平均氨排放強(qiáng)度為9kg/[24],，1999年為11kg/,，2004年則達(dá)到了12kg/.
1995年、2000年和2004年我國(guó)人為源的排放總量分別是10.6,，11.8,，12.0Tg，平均11.1Tg,，排放總量占前3位的省(市)為河南,、山東和四川省。2004年的排放總量中，畜禽排氨量為8.3Tg,，大約占總排氨量的69.2%;氮肥施用排氨量1.8Tg,，大約占15.2%;人類排泄排氨量1.7Tg，大約占13.9%;氮肥生產(chǎn)排氨量0.2Tg,，只占1.9%,。在畜禽排氨量中，以牛類和豬類排氨量比例最大,，分別占38.3%和31.1%,，其次為禽類，占20.3%,，羊類和馬類分別占7.5%和2.8%.
圖2 中國(guó)排放強(qiáng)度的空間分布
Fig. 2 Spatial distribution of emission intensity in the inland of China
2.3 1985-2010年中國(guó)大陸地區(qū)的排放量
從圖3看出,，我國(guó)年排放量呈逐年增加的趨勢(shì)，1985-2000年之間穩(wěn)步增長(zhǎng),，從6.2Tg/a增加到13.1Tg/a,，年平均增長(zhǎng)率為5%;2001-2005年之間增長(zhǎng)迅速，從13.4Tg/a增加到22.9Tg/a,，年平均增長(zhǎng)率為88%,，這一研究結(jié)果與Ohara等[5]關(guān)于中國(guó)1980-2003年的年排放量估算值的增長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致.1995年，年排放量12.2Tg,，與Aardenne等[1]的估算值(12.0Tg)基本一致.2005年,，年排放量達(dá)到了22.9Tg，比1995年的12.2Tg增加了大約88.4%,，比1985年增加了大約2.7倍,。在1997-1999年間，我國(guó)排放量有所減少(圖3),，這是由于我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化,，煤炭消費(fèi)量由1996年的103794.2萬t(標(biāo)準(zhǔn)煤)下降到1997年的98801.2萬t、1998年的92020.9萬t,、1999年的92463.8萬t,，之后逐年開始回升[25].
利用SPSS軟件對(duì)1985-2000年的年排放量與每年的GDP進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示,，二者之間呈顯著正相關(guān),，皮爾森相關(guān)系數(shù)為0.96(P>0.01).以排放量為因變量，以GDP為自變量建立下面的回歸方程：
把中國(guó)2001-2005年歷年的GDP代入方程(4),，計(jì)算得到2001-2005年的年排放量,，并與利用方程(2)統(tǒng)計(jì)得到的結(jié)果進(jìn)行比較，誤差范圍為-1.6%～11.9%,，平均誤差為0.1%.在P=0.01水平對(duì)模擬值與統(tǒng)計(jì)值之間進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),，結(jié)果表明差異不顯著,，說明該方程可以用來估算中國(guó)的年排放量.把2006-2010年的GD
P總量代入方程(3)，可模擬得到2006-2010年的年排放量(在圖3中以虛線表示).由模擬結(jié)果可知,，2010年中國(guó)大陸地區(qū)排放量為36.7Tg.
圖3 中國(guó)大陸地區(qū)1985-2010年的年排放量模擬值與統(tǒng)計(jì)值對(duì)比
Fig. 3 Emission of in the inland of China from 1985to 2010
2.4 中國(guó)排放強(qiáng)度的空間分布
我國(guó)大陸地區(qū)各省份的年排放強(qiáng)度可以用全國(guó)的年排放量乘以各省份GDP占全國(guó)GDP的比率后除以各省土地面積后得到.從圖4看出,，我國(guó)大陸地區(qū)的排放強(qiáng)度有逐年增加的趨勢(shì)，1990年排放強(qiáng)度在20kg/以上的省份有10個(gè),，到2004年增加到了19個(gè),，排放強(qiáng)度在50kg/以上的省份則由1990年的4個(gè)增加到了2004年的11個(gè).排放強(qiáng)度空間差異很大，有從內(nèi)陸到沿海逐漸增加的趨勢(shì).以2004年為例,，排放強(qiáng)度最高的是上海,，達(dá)到了1637.2kg/，其次是北京(463.6kg/)和天津(353.9kg/),，然后是江蘇(188.0kg/),、浙江(147.1kg/)和山東(123.0kg/)，排放強(qiáng)度最低的是西藏(0.2kg/),、青海(0.8kg/),、新疆(1.7kg/),、內(nèi)蒙古(3.3kg/)和甘肅(4.8kg/)(圖4).
圖4 中國(guó)大陸地區(qū)年排放強(qiáng)度的時(shí)空分布Fig. 4 Spatial distribution of emission intensity in the inland of China
3 結(jié)論
(1) 在1996年以前,，我國(guó)大陸地區(qū)的和的年排放量基本相當(dāng)，但是此后的年排放量經(jīng)歷了1997-1999年的下降之后,，變化比較平穩(wěn),，而的年排放量自2000年以來呈逐年迅速增加的趨勢(shì)，從1985年的6.2Tg增加到1995年的12.2Tg,，進(jìn)而增加到2004年的20.6Tg,，增長(zhǎng)率分別為68.9%和232.2%.
(2) 2004年我國(guó)大陸地區(qū)的排放總量中，畜禽排泄,、氮肥施用,、人類糞便、氮肥與合成氨生產(chǎn)分別占69.2%,、15.2%,、13.9%和1.9%;2004年我國(guó)的排放總量中，煤炭來源的占到了排放總量的77.4%,，這主要是受到我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的制約.
(3) 和的排放強(qiáng)度都具有明顯的空間差異,，表現(xiàn)在中東部地區(qū)的排放強(qiáng)度明顯高于西部地區(qū)，這與中東部地區(qū)人口多,、能源消費(fèi)量大以及畜禽養(yǎng)殖數(shù)量大有關(guān).
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
