防治霾可毫不考虑农村的面源污染吗终稿Word文档格式.docx

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显然，该文指出了霾中的氮与农业施用的化肥有关。

实际上，绝不只这篇外文有这样的看法，仅就笔者所见，还有两篇外文也持相似观点[9][10]。

这些国外文献的共同特点，都强调了氮的污染对于形成霾的影响；

三篇文章在题目中就点出了“Nitrogenpollution”，而且超量施用氮肥都是主要因素之一。

但是，前述政府部门或领导提到的防治霾的措施[3][4][5]，却丝毫未提及也要治理农村面源氮污染。

是外国学者是傻子或脱离中国实际的胡诌？

还是中国学者和官员的疏忽？

2.疑问之二---对北京PM2.5源解析的质疑：

2014年4月15日北京市环保局局长所介绍的北京PM2.5组成[11]如图1所示。

由图1北京形成霾的PM2.5中，有30%属于“其他”，这么高比例的“其他”是什么？

却没有说明；

农村氮污染的衍生物有的很难化验，是否就隐含在“其他”里？

图1中铵盐的含量比例是11%；

按化学原理，燃烧源排放的氮，仅是NOx，而不可能是氨（以下还要详谈），而由氮肥挥发产生的氨气最易于与其他组分化合生成铵盐。

此外，PM2.5的来源中“区域传输”占28～36％，是否有许多就是北京农村氮污染？

3.疑问之三---对科学院研究成果的质疑：

毫无疑问，科学院是我国科技研究的最权威机构。

但是，同属于科学院的下属单位，对于大气污染物来源“贡献率”的研究结果，其估值却差异大得惊人。

其一的研究结果[12]认为北京霾有6大主要贡献源，其中汽车尾气和垃圾焚烧的贡献率共为4％；

而另外一个研究结果[13]，则认为汽车尾气的贡献率可达到1/4；

两者相差约6倍。

我们该相信哪个结果？

！

但是，两者也有其共同点，也就是丝毫没提到农村面源氮污染对于形成霾的影响。

截至目前为止，可以说“雾霾来源仍然是个谜”[14]或“中国的霾源头没有那么明晰”[15]。

正由于如此，对其进行探讨才很必要。

二、我们的观点---防治霾不能忽视农村的面源氮污染

笔者近年在从事其他研究时，了解到我国某些地区农村面源氮污染的确十分严重。

但是，它是否可成为霾的来源之一，还需要进一步的分析研究。

由于形成霾的污染物品种繁多，时空变化大，取样及检测难度大，目前我国对于大气气溶胶的检测数据还很不足，目前还只能通过对比、判断、推理等方法进行分析论证。

1.我们分析这个问题采用的思路：

⑴内因与外因中以内因为主：

霾的形成，气象条件是外因，大气污染物的存在是内因；

要改变气象条件几乎不可能，所以着重进行追踪大气污染物性质和来源的分析。

⑵各种组分中主要考虑重点组分：

大气污染物的组分品种繁多，因PM2.5是衡量霾的强度的主要指标，故以其为重点。

⑶特殊与一般中着重特殊：

即根据各种化学规律的研究，找出可区分气溶胶中组分来源的“特殊组分”，以确定气溶胶中组分的来源。

⑷系统分析以形成证据链：

“大气气溶胶是由大气介质和混合于其中的各种固体或液体细颗粒物组成的复杂体系”[16][17]；

应梳理出其不同组分间、各子系统间、组分与子系统间的相互关系以及其演化发展，特别是由不同组分间化学反映所形成的二次生成物；

最后将各种结果汇总成综合的证据链以获得其来源的判断。

2.霾与农村面源污染是否可能有关：

目前流行的概念似乎霾都出现于都市，与农村无关，所以防治措施都只考虑如何降低或消除燃烧源（含机动车排气）的污染；

这可能是受到世界两个严重雾霾事件的影响：

⑴伦敦1952年的严重雾霾：

主要由于燃煤造成；

⑵洛杉矶1943年及其后几年的严重雾霾：

主要由于汽车排气造成。

与伦敦及洛杉矶不同的是：

我国许多城市周围都有农业生产，而且其面源污染严重；

如北京耕地面积占总面积的14％，而且普遍超量施用氮肥。

所谓农村面源污染，是指农村在生产和生活中所产生的大面积的污染，如施用肥料和农药，禽畜人粪便的污染等。

这种污染既可以挥发到空中，也可以淋失渗入地下水（地下水大部分最终也将补给地表水），或直接成地表径流；

最后两者共同汇入江、河、湖、海。

就目前情况来看，最严重的是肥料和禽畜人粪便的污染；

此外，水产养殖和焚烧秸秆也有一定的“贡献“。

这种面源污染较之城镇的点源污染和动源污染更难防治。

3.中国近来霾的形成与农村面源污染有关的分析论证：

要证明霾的形成与农村面源污染有较大关系必须证明：

⑴农村面源污染物数量巨大；

⑵该污染物可进入大气；

⑶该污染物进入大气可形成PM2.5。

现分述如下：

A.我国氮肥施用超标惊人：

“中国用掉了世界上35%的化肥和20%的农药。

据世界银行统计，2009年中国每公顷耕地使用的化肥量达504公斤，是全球平均使用量的四倍多，是美国的近五倍。

[18]”这里是指的是化肥总的施用量，究竟是否氮、磷、钾全超标了？

否！

农学界一般认为三大化肥的合理比例应为：

氮：

磷：

钾＝1：

0.4：

0.35；

而我国现有的比例为1：

0.3：

0.1。

可见超标的只是氮肥。

那么，究竟我国氮肥的超量施用情况是怎样？

已有许多文献指出：

我国耕地不到全世界的10％，但是其消费氮肥却“占世界总消费量的三分之一”[19]。

更值得注意的是：

超量施用的化肥并非均摊施用于全国耕地，而主要是在东部农业发达地区；

因此，在这些地区的超量更为严重。

例如，根据文献[20]介绍，“中国农业大学在华北冬小麦的大面积试验表明，农民习惯施氮量平均高达369kg/ha”，而如果合理施肥，“氮肥用量可以在不减产的条件下下调到154kg/ha。

”

B.氮肥易挥发到大气中去并成为氨：

根据朱兆良院士的研究[21]，“研究结果表明，在有利于氨挥发的条件下，氨挥发损失率可高达施氮质量的40%一50%，成为氮肥损失的主要途径。

”另外学者的试验结果[22]提到：

”化肥有许多种，……其中氮肥最容易挥发：

碳酸氢铵打开包装后，在25℃下放7天，就会挥发30%左右，夏天在太阳下暴露一天就基本挥发完了；

尿素和硝铵也不太稳定，打开包装在35℃下10天也挥发50%左右”。

此外，“郑州大学的许秀成等专家的研究表明，我国农业施肥每年因方法不当损失的氮肥相当于3000多万吨尿素,直接经济损失超过500亿元.”[20]。

那么，即使只按每年损失“3000多万吨尿素”的一半估算（另一半淋失或流失，实际华北挥发更大），等于挥发了1500万吨。

不要小看这1500万吨，根据文献[23]，"

一般锅炉燃烧一吨煤，产生9.08千克氮氧化物”（折合为纯氮仅4.25千克），而每吨尿素中仅纯氮就可达到460千克。

这样多的氮肥挥发到大气中去，如果不参与霾中气溶胶的组成，那么它们都能跑到哪儿去了？

特别需要指出的是，近十几年以来设施园艺（蔬菜大棚和温室等）发展很快（见图2[24]），复种指数高，单位面积施肥量可为常规的几倍；

这种情况下，对于氮肥的利用率就会更低；

如有的文献[20]指出“在苹果园，我们的当季氮肥利用率为25%；

露地蔬菜18%~30%，设施蔬菜（指蔬菜大棚和温室）仅为3%~8%”。

氮肥利用率越低，就意味着其挥发、淋失和流失率更高。

根据上海市环境科学研究院和华东理工大学资源与环境工程学院对长三角地区的研究结果[25]，“2004年长三角地区氨排放量为460.68kt其中，氮肥使用和畜牧源是两个最大排放源，氨排放量分别为227.33kt和203.28kt分别占长江三角洲地区氨排放总量的49.3%和44.1%。

”显然，氮肥和禽畜粪便挥发后都易成为氨气。

还必须指出，氮肥的挥发还与当地土壤性质有关，碱性土壤比酸性土壤的挥发率更高。

根据有的试验研究报告[26]，认为土壤pH值是影响菜地氨挥发的主要因素；

施用于碱性土壤的挥发率高于酸性土壤。

珠三角、长三角和京津冀三个地区同属工农业和汽车发达地区，为什麽京津冀地区霾最严重，除了工业发展和汽车增多因素外，在农业方面，是否与两个因素有关：

（1）京津冀地区土壤的pH值普遍高于其它两地区；

（2）京津冀地区果蔬大棚和日光温室发展迅猛（珠三角、长三角因气温较华北高，大棚和温室较华北少得多）。

C.农村面源污染物可进入大气气溶胶证据之一（富含氨基化合物）：

大气气溶胶中的NOx主要来自燃煤和汽车的排放。

但是，有的文献[27]已证实大气气溶胶中还富含氨基化合物，它们来自何处？

有人认为也是来自燃煤和汽车排气。

笔者认为燃煤和汽车是不可能都也同时排放氨和NOx的。

因为NOx即氮氧化物，是化合物N2O、N0、NO2、N203、N204和N205的总称，除NO2外，其它氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热易变成NO2及N0，N0又易也变为NO2。

如果燃煤和汽车排放时同时有氨和NOx，那么将出现下列化学反应[29]：

4xNH3+6NOx→[2x+3]N2+6xH2O

也就是说燃煤和汽车排放气体时，若同时存在有氨，氨将与NOx马上反应成为氮气和水而无害了。

正由于如此，尿素或氨可用作车辆尾气处理剂，用来减少车辆尾气中的氮氧化物的污染，其化学反应如下[30]：

6NO2+8NH3==7N2+12H2O

根据文献[27]的研究，“大气气溶胶中，大气中有机氮化合物种类繁多，氨基化合物是其中能定性、定量分析的化合物。

”而且这些化合物最容易由氮肥（尿素就是一种简单的有机化合物）反应而成。

所以对其研究，有助于追索氮肥挥发而来的有机氮化合物。

前述文献[27]根据对青岛大气的研究还指出：

“游离氨基化合物（FAC=FreeAminoCompounds）在大气气溶胶中总FAC浓度为0.14～8.33nmol·

m－3，其中，精氨酸、甲胺和丙氨酸的贡献最大“；

同时还指出”气溶胶中FAC可来自生物质燃烧，农业生产和畜牧业的释放，也可来自土壤颗粒携带的腐殖酸的水解或光降解产物。

”显然这都属于农业面源污染范畴。

有的文献[28]还指出氨基化合物还有溶解态和颗粒态两种，这也符合形成霾的气溶胶的特点。

D.农村面源污染物可进入大气气溶胶证据之二（含水溶性离子NH4+）：

根据赵亚南的研究[31]，认为“水溶性离子是大气气溶胶粒子的重要化学组成，它们在不同区域、不同粒径粒子中的分布和浓度水平，可以用来研究大气气溶胶粒子区域污染特征和主要来源。

”而且，“最主要水溶性离子均为SO42-、NH4+和NO3-，三种离子占总水溶性离子浓度分别为86％、85％和89％。

”（指这三种离子总浓度在长白山、贡嘎山和鼎湖山三地的浓度）这三种水溶性离子中，NH4+不可能来自燃煤或汽车的排放，只能来自氮肥（理由同前）。

根据同延安等学者的研究[32]，尿素在施入土壤后极易分解成离子NH4+，但不同的土壤其分解速度不同。

值得注意的是“水溶性离子多集中在PM2.5中[33]”，也就是说它们对霾的形成起到重要作用。

E.农村面源污染物可进入大气气溶胶证据之三（含有铵盐）：

根据对广州大气有关研究[34]，有如下页图3的关系。

氮肥中的碳铵本身就是铵盐，而且铵盐也可是其它氮肥的衍生物。

该图不仅说明气溶胶有农村氮的面源污染参与，而且说明铵盐几乎全部是PM2.5。

根据侯美伶等的研究[33]，2007年在乌鲁木齐发生的一次灰霾大气样品……PM2.5中总铵盐比例高达51.0％。

F.农村面源氮污染不仅可进入气溶胶而且可为PM2.5的前驱物：

前已述及，氨只可能来自农村面源污染，而且可进入气溶胶。

根据国外文献[35]，该文指出（笔者译）：

“犹如NOx、SOx和碳氢化合物气体那样，氨是一种二次气溶胶的前驱物（precursor有人将其译为前体物[36]笔者注），同时它可与这些其它前驱物化合以形成诸如硝酸铵和硫酸铵的化合物。

这些化合物是PM2.5的主要成分，这些成分会导致对健康的影响。

同时，根据北京市环境保护科学研究院2000年的研究[36],，“各种氨源的排放中,使用氮肥的贡献最大,占41%,动物占34%,人的贡献为22%,污水处理厂占2%”。

说明该研究与笔者观点一致，认为燃煤及机动车并不排放氨。

同时，该文还认为：

“大气中的二次粒子主要是由一次气态污染物SO2、NOx和NH3转化生成的硫酸盐和硝酸盐气溶胶粒子,其基本成分是硫酸铵、亚硫酸铵和硝酸铵。

”再者，该文在最后的结论中认为“,大气氨浓度是北京春、秋、冬三季生成二次粒子的主控因子。

.”该文作者在2013年发表的论文[37]可说明，2000年文章中所谓的二次粒子就是形成霾的气溶胶中的PM2.5颗粒物。

该文结论的解释：

前已述及，燃烧源排放的NOx，最终易于形成较稳定的NO2，而NO2与空气中的水汽作用，就产生了硝酸，其化学反应如下式：

3NO2+H2O=HNO3+NO（而NO易于成为光化学烟雾的成分）

此外，燃烧源排放的SO2，易于与空气中的水汽及氧化合，如下式：

2SO2+O2+2H2O=2H2SO4

而硝酸和硫酸与氨（碱性化合物）化合就成为铵盐，如前所述铵盐大部分可成为PM2.5；

如果没有氨，那么再多的NO2和SO2也难以形成铵盐。

特别是该文[36]中还提到：

“如有针对性地对NH3的排放加以控制,可能对二次粒子的控制起到事半功倍的作用。

”当然，二次粒子只是霾中的主要部分之一，而非其全部；

但是要防治霾也要减少NH3的排放，对于减少霾中二次粒子的生成，这个措施可以起到“事倍功半”的作用。

G.我国的霾多数成大面积出现，并不不局限于城市：

由图4[38]可见，这次24小时内霾的分布，延长约1200公里，宽约150～400公里；

此外，根据CCTV13在2014年2月24日晚的播报，2月23日全国受灰霾影响的面积达到98万平方公里。

这种大面积连续成片的霾的出现，如果没有农村广泛的面源污染作为背景基础，很难全部用城镇、工厂的点、面源污染和汽车的动源污染加以解释。

H.以北京为例的一些旁证：

虽然北京从2009年机动车约400万辆[39]增加到2013年的530万辆[40]，增加了不少废气的排放；

但是，由于首钢迁出，减少了800万吨的钢铁产量[41]，相应减少了上千万吨燃煤的废气排放；

同时居民生活烧煤和取暖锅炉烧煤大批改为烧气，也减少了大量废气的排放。

笔者尚未找到精确的统计资料，但综合上述情况来看，燃烧源的废气排放不会增加很多。

北京农村蔬菜（包括草莓等）大棚近年大幅度增加，这些大棚的复种指数远高于常规，其增施的氮肥也高出常规菜地的很多，相应氮肥的挥发量也高于常规菜地的几倍。

难道这些气体都对霾的形成没有影响！

？

③根据北京环保局长刚发表的“北京PM2.5专家论证”，其扫描件如下：

上述文中提到：

“北京PM2,5源解析已经通过专家论证。

从PM2.5的来源看，……其中机动车排放占31.1%，燃煤占22.4%，工业生产占18.1%，扬尘占到14.3%，其他14％来自餐饮、汽修、烧烤、禽畜养殖等。

”其他都是外来的。

图1表明外来污染物占28~36%；

根据常识，外来污染物如果是扩散而来或对流而来，必须周围地区的污染物浓度要高于北京；

但是由图5～10（北京与紧邻城市2014年4月份两星期同期空气质量指数对比）可见，在北京紧邻的城市，其大气质量指标（AQI）无论是峰值抑或“严重污染”段线（紫色线段）长度都小于北京市，而且北京与这些紧邻城市间都隔着上百公里的农村！

何况，北京多数刮西北偏北风（见图11北京风向频率玫瑰图），位于北京西北或北的张家口和承德，其污染物AQI却更低于北京的其它紧邻！

显然，这些数据中没有北京农村面源氮污染的数据，而都将其归到“外来污染物”了。

这似乎倒可以暗示农村面源污染对北京霾的“贡献率”并不低。

图5北京2014年4月2日～4月15日空气质量指数（PM2.5检测网）

图6张家口2014年4月2日～4月15日空气质量指数（PM2.5检测网）

图7承德市2014年4月2日～4月15日空气质量指数（PM2.5检测网）

图8天津市2014年4月2日～4月15日空气质量指数（PM2.5检测网）

图9保定市2014年4月2日～4月15日空气质量指数（PM2.5检测网）

图10唐山市2014年4月2日～4月15日空气质量指数（PM2.5检测网）

图中：

红线是春季风向频率;

蓝线是年风向频率

二、根据前述论证的总结

1.我国东部农村面源氮污染的确严重；

这些地区也是工业发达地区，工、农业的污染源在这些地区正好叠加。

2.农村的面源氮污染不仅可进入气溶胶，还可成为PM2.5的主控因子。

3.如果考虑到农村的面源污染因素，那么为什么京津冀、长三角及珠三角地区霾的发生最频繁，而且三地中以京津冀霾的频率、强度最大，其原因也就可以得到解释了。

4.国外有关我国霾的文献[8][9][10]并非脱离中国实际的胡诌，因而在防治霾时，有关环保部门不可毫不考虑农村面源氮污染。

5.农村面源污染的“贡献率”并不低；

在大力执行《大气污染防治行动计划》的同时，如果有针对性地对农村NH3的排放加以控制，很有可能可提高防治霾的效果。

三、如何从农村面源污染角度防治霾

认识客观世界的目的是为了改造世界。

农村面源污染的特点是：

分布面积广；

分散性和隐蔽性；

随机性和不确定性；

不易监测性和空间异质性。

因此，较之点源污染和动源污染更难防治；

但是并非毫无办法。

前已提到，对于农村面源氮污染，“氮肥使用和畜牧源是两个最大排放源”。

我们首先就应针对这两个污染源进行防治。

1.尽快发展配加天然纳米矿物的缓（控）释氮肥：

地质学界自从发现非金属天然纳米矿物以来，国外科技界投入了比其它金属矿产更大的力量，进行了矿床特征及其利用途径的研究[42]。

其结果发现许多天然纳米矿物在农业上也有独特的用途[42][43]，例如配制缓（控）释氮肥、抑制农药污染农产品、消除土壤板结以及加工用于干旱地区种植的高吸水含水材料等。

我国天然纳米矿物矿产，如沸石、蒙皂石（膨润土所含主要矿物）和凹凸棒石（又名坡缕石）等，储量处于世界领先，质量优良，而且易于开采而价格低廉，很适合于农用，可惜现在还远远没有加以重视和利用。

前已述及，对于农业面源污染而形成霾中的氮，主要来自氮肥的易挥发和淋失、流失，因此生产缓（控）释氮肥可成为治本的措施。

目前我国市场已有缓（控）释肥料出售，但是多数是利用有机聚合物包膜法制成的肥料（犹如药品的缓释胶囊）；

由于成本太高，农民用不起，只有高尔夫球场在使用。

如果能利用天然纳米矿物混合法来加工，则可以大大降低成本而成为可以迅速推广的肥料。

配制这种缓释肥料最常用的是沸石[42]～[47]。

沸石以其特殊的成分，本身就是一种肥料；

而它对于氮肥可起到缓释作用；

同时，它对于因施用氮肥太多引起的土壤板结也有消除板结的作用。

更可贵的是它还可以吸附土壤中的农药使其少进入农产品。

除了沸石之外，天然纳米矿物中的膨润土也可以用于配制缓释肥料[48][49]。

虽然这方面研究报道不多，但它对于肥料比沸石更具有吸潮能力，特别适用于碳铵等易潮解的肥料；

而且对于土壤还具有保水性，更适用于干旱地区。

天然纳米矿物中的凹凸棒石[50][51]，兼有沸石和膨润土的优点。

它“具有离子交换性和多孔性,对N、P、K等具有吸附、分离、双向调节的作用。

”同时，它还具有吸湿性和保水性。

用凹凸棒石配制的缓释肥料已有产品面市，由于生产规模小，售价还太高，但具备迅速扩大生产规模并降低售价的潜力。

使用缓（控）释氮肥可以一举三得：

⑴可降低氮肥的挥发以减少霾中的PM2.5；

⑵可降低其淋失和流失以减轻水体的富营养化；

⑶提高氮肥的利用率以降低农民的施肥成本。

第⑵条的减轻水体富营养化，是预防湖泊蓝藻暴发和海洋赤潮的治本措施之一。

笔者现在正在研究利用我国某类矿床的尾矿，再加上适量的天然纳米矿物以配制多功能复混肥；

经多处矿山对该类尾矿的化验，这类尾矿放射性和有害元素都不超标，而且含有5～6种微肥元素，而且含粘土矿物20~28%，其中部分为纳米矿物。

我们的奋斗目标是今后能利用该尾矿、化肥和天然纳米矿物，配制出针对不同土壤和作物的多功能复混肥。

由于尾矿是种废弃物，配加量>

30％就可免征增值税，所以可以让农民既降低用肥成本，又更大地增收。

2.用沸石＋膨润土或凹凸棒石垫圈：

要防止农业面源污染，还要考虑降低禽畜粪便的污染问题。

现在用于喂养宠物垫圈的“猫砂”就是用沸石＋膨润土或凹凸棒石配制的，其中沸石用于吸收宠物粪便挥发的氨气，而膨润土则主要用于吸收水分；

而凹凸棒石由于兼具两者功能也可用于配制猫砂。

猫砂对物料的颗粒度有一定要求，既不能太粗又不能太细（因太细易被宠物搅动而污染室内卫生），所以售价较高。

如果这些矿物用于禽畜垫圈，则可没有颗粒大小要求，而成本将大大降低，同时，既可减少禽畜粪便中氨的挥发和臭味，还可大大提高禽畜粪便的肥效，因为沸石、膨润土和凹凸棒石本身也有肥效。

3.用腐殖酸与一般化肥混合以配制缓（控）释肥料：

我国腐植酸资源丰富。

难以用作燃料的泥炭和某些风化煤都含有腐植酸，价格低廉的褐煤也可经过硝酸处理而生产腐植酸。

它对于化肥具有缓释氮，促释磷，活化钾的作用；

所以生产这种肥料对于降低氮肥的挥发也有很好的效果，而且腐殖酸本身就是一种有机肥料，也有很好的肥效。

4.在农村广泛建造沼气池以处理秸秆以及禽畜人粪便：

现在某些地区焚烧秸秆的现象还很严重，可以肯定也是霾的污染物来源之一。

众所周知，生产沼气既可减少农民用煤，其残渣又是极好的有机肥；

这里就不再多说了。

上述意见只是从技术层面上对于降低农村面源污染以减少其对霾的“贡献”的看法，至于检测和监督管理问题将另文阐述。

不当之处，请多批评指正。

参考文献

[1]网上文献，全国平均雾霾天数达52年之最，中国天气网，2013年