杉木枯落物燃烧释放污染物特征及PM2.5成分分析

【目的】探究杉木人工林枯落物在不同燃烧状态时的气态及颗粒态污染物排放特征,并提取、测定细颗粒物(PM 2.5 )污染物的化学成分,揭示林火及林地清理等对杉木枯落物分解、养分循环和大气环境的影响。【方法】分别以杉木人工林枯落物中的叶、枝、皮、干4种主要组分为研究对象,运用自主设计的生物质模拟燃烧系统,采用室内模拟燃烧试验,分析阴燃和明燃2种不同燃烧状态不同枯落物组分释放的气态污染物和PM 2.5 特征及差异。采用德国Elementar元素分析仪,测定PM 2.5 中的碳质成分;采用超声提取-离子色谱和ICP/MS技术,测定PM 2.5 中的水溶性离子和水溶性无机元素。【结果】基于杉木枯落物燃烧时的实时测定,CO 2、CO、NO x 、C x H y 、PM 2.5 的排放因子(EF,单位质量燃料在燃烧后产生的污染物质量)变化范围在阴燃条件下分别是1 001.4~1 364.5、202.3~358.8、0.53~3.09、23.17~53.07、5.11~38.37 g ·kg -1 ,而明燃时分别为1 092.4~1 520.7、115.1~242.6、0.16~1.96、1.21~41.50、2.58~21.07 g ·kg -1 。此外,提取测定PM 2.5 成分的结果表明,颗粒物主要由碳质组分、水溶性离子及少量水溶性无机元素等组成。其中碳质组分含量最大,占50%以上,有机碳(OC)和元素碳(EC)平均质量分数分别为43.29%和12.91%;PM 2.5 中测定出6种阳离子(Li +、Na +、NH + 4、K +、Mg 2+、Ca 2+)和5种阴离子(F -、Cl -、NO 2 -、SO 4 2-、NO - 3),总水溶性离子占10%~33%,阴燃以Cl -、K +、Ca 2+、SO 4 2-为主要组分,明燃以K +、Cl -、SO 4 2-、Na +为主;PM 2.5 中提取测定出16种无机元素,分别为K、Ca、Na、Mg、P、Zn、Al、Cu、As、Ba、Cr、Fe、Mn、Cd、Li、Pb,含量极少,仅占PM 2.5 的0.04%~0.58%,其中K、Ca、Na、Mg、P、Zn为主要元素成分,占总无机元素的96.8%~98.8%。【结论】在不同燃烧状态下,杉木枯落物释放各污染物的排放因子存在显著差异,除CO 2外的其他污染物排放因子在阴燃时显著高于明燃;在同一燃烧状态时,杉木枯落物不同组分的CO、CO 2、NO x 、C x H y 和PM 2.5 等污染物的排放因子也存在显著差异。杉木枯落物燃烧排放的PM 2.5 主要由碳质组分、水溶性离子及少量无机元素等成分组成,阴燃时的各成分排放因子整体表现为高于明燃时。     

异质性供氮环境下杉木、马尾松、木荷氮素吸收偏好及其根系觅氮策略

【目的】林木可吸收利用土壤中的NH_4~+-N和NO_3~--N存在很大的空间异质性,不同树种具有不同的N素吸收偏好和根系觅N策略。研究亚热带主要针叶树种杉木、马尾松和阔叶树种木荷的N素吸收偏好及异质N环境中的根系形态特征和苗木生长,为揭示3个树种的N素营养性状遗传特性提供参考,对营造针阔混交林、提高林地N素利用效率和生产力具有重要理论价值。【方法】以杉木、马尾松和木荷幼苗为研究对象,采用自主研发的异质养分环境根箱培养系统,构建不同N素形态(NH_4~+-N和NO_3~--N)和浓度配比的4个供N处理(NH_4~+∶NO_3~-为10∶0和0∶10的高异质性、8∶2和2∶8的中异质性、6∶4和4∶6的低异质性、5∶5和5∶5的同质性),分析3个树种根系生长与形态特征、苗木生长和生物量。【结果】1)异质性供N处理下,杉木在NO_3~--N斑块中的根长、根表面积和根生物量均显著大于NH_4~+-N斑块中的值,而马尾松和木荷则是NH_4~+-N斑块中的值大于NO_3~--N斑块中的值;杉木根系平均直径NO_3~--N斑块中的小于NH_4~+-N斑块中的值,而马尾松和木荷根系平均直径为NO_3~--N大于NH_4~+-N斑块中的值,3个树种根系特征参数在同质供N处理下的2个斑块间无显著差异。总根长、根表面积和根生物量均表现为:同质低异质中异质高异质,高异质性供N处理下根系生物量比其他3个处理分别高7.96%～20.15%、3.47%～19.07%、4.49%～9.08%。2)3个树种苗高、地径、总生物量表现为:低异质同质中异质高异质,生物量在低异质性供N处理下比其他3个处理分别高5.40%～33.67%、7.61%～31.24%和11.32%～36.61%,根冠比在高异质供N处理下相比同质供N处理下的提高58.47%～92.68%。【结论】在同质供N的理想环境中,杉木、马尾松和木荷的根系生长无显著的N素吸收偏好性。但在NO_3~--N和NH_4~+-N的异质性供N环境下,杉木偏向于在NO_3~--N的斑块中生长更多更细长的根系,而马尾松和木荷则偏向于在NH_4~+-N斑块中生长更多更细长的根系。3个树种根长、表面积和生物量随着异质供N性的程度提高而增大,但根系平均直径越小,且N异质性程度越大越不利于苗木生长和生物量的累积。     

我国不同林区典型乔木树种枝叶燃烧碳排放特性

[目的]对我国不同林区典型乔木树种燃烧释放含碳物质排放特性的研究,可为了解含碳气体和颗粒物对大气环境和全球碳循环的影响提供科学依据.[方法]本研究运用自主设计的生物质燃烧系统,模拟东北林区、南方林区和西南林区共19种典型乔木树种枝、叶燃烧,分析不同树种、不同树种类型及不同林区的含碳气体(CO2、CO和CxHy)、颗粒物...     

华南农产品主产区2005—2014年秸秆露天燃烧污染物排放估算及时空分布

为了解华南农产品主产区秸秆露天燃烧大气污染物排放情况,通过室内模拟试验,实测该地区水稻、小麦、豆类、油菜、玉米、棉花和花生秸秆CO、CO₂、NO_x、C_xH_y和PM_2.5的排放因子,并基于统计年鉴计算出的研究区域农作物秸秆产量和露天燃烧量,对华南主产区4省2005—2014年间秸秆露天燃烧各类污染物的排放总量进行估算,并分析其时空动态变化。结果表明：不同农作物秸秆燃烧时CO、CO₂、NO_x、C_xH_y和PM_2.5的平均排放因子分别为165.32、1 231.76、1.94、38.47 g·kg^-1和7.54 g·kg^-1。2005—2014年,华南农产品主产区农作物秸秆产量范围59.361（福建）~185.890 Mt（云南）;秸秆燃烧量范围13.629（福建）~41.902 Mt（广东）;CO、CO₂、NO_x、C_xH_y和PM_2.5的排放总量分别为18 926.32、149 866.73、153.13、6 467.09 kt和870.33 kt。水稻是研究区域大气污染物的主要来源,对各类污染物贡献率为61.16%~84.83%。研究区域污染物时空分布结果显示,广东全省、广西中部和云南东部是大气污染物单位网格排放高值区,福建全省污染物排放较低且分散。研究区域各省不同污染物排放在时间上的变化存在差异。福建污染物排放呈下降趋势,广东、广西、云南呈上升趋势。     

基于MCD45A1的我国大陆地区草地火时空格局分析

基于2001—2016年我国大陆地区中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感影像数据,运用R和ArcGIS软件以及Mann-Kandell显著性检验、核密度和随机森林等方法分析草地火时空分布及影响因素。研究结果显示,我国大陆地区草地火时空分布不均衡,东北区域火集中在黑龙江省西部、东部区域和吉林省西部区域;华北区域火集中在内蒙古与黑龙江省、吉林省交汇处,河北省、山西省与内蒙古交汇区域火密度较大;西北区域火集中在新疆西北部、中部区域及甘肃省中部区域;西南区域火集中在甘肃省、青海省、四川省和西藏交汇区域以及云南省少部区域;16年火次数和面积分别是2.32×10~4次和2.57×10~6 hm~2,各区域火次数和面积差异明显,华北、西北、东北、西南、华中、华东和华南等区域火次数占总次数比例分别为41.08%、21.81%、19.82%、16.29%、0.44%、0.36%和0.20%,火面积比例分别是52.14%、18.51%、15.80%、13.19%、0.14%、0.11%和0.11%;年变化表明华北区域草地火灾面积呈增长趋势,西北、东北、西南和华中等区域呈降低趋势而华南区域呈显著降低趋势;华北、西北和东北区域草地火次数呈增长趋势,西南华东和华南呈降低趋势,华中呈显著降低趋势;月变化表明草地火的月际变化不均匀,火比率呈双峰分布,北方区域草地火多集中在3—5月和8—10月,南方华中区域草地火多集中在8—10月,华南集中在1—3月。此外草地火受海拔和坡向影响明显,海拔在1 000 m和2 000 m、阳坡和半阳坡区域是草地火频发区。通过对我国大陆地区草地火时空特征分析研究,为深入探究草地火污染排放和损失评估提供科学依据,为各级政府和相关部门制定防火政策提供理论和数据支持。