庐山大气沉降中有机酸的特征及来源研究

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中国是继欧洲和北美之后的世界第三大酸雨区域,随着我国对酸雨主要前体物SO2、NOx控制,有机酸对湿沉降酸度的贡献不容忽视。有机酸是大气中有机物种的重要组分之一,有机酸具有较高的吸湿性和高极性、较低的蒸汽压,可以影响颗粒物的粒径分布和云凝结核(CCN)活性,改变成云过程,进而影响区域和全球气候。庐山地处我国南方重酸雨区域,且位于自由对流层边界,研究庐山有机酸的浓度水平、组成特征及来源,探讨有机酸在不同介质间的关系,对大气化学及酸雨的研究具有十分重要的意义。本文选择庐山作为采样点,于2011年8月至9月和2012年3月至5月进行了云雾水、雨水及大气沉降中总悬浮颗粒物(TSP)的采集。采用离子色谱系统((ICS-2500, Dionex, USA)对云雾水、雨水和总悬浮颗粒物(TSP)样品中有机酸的浓度和组成进行分析,包括甲酸、乙酸、草酸、甲烷磺酸、丙酸、乳酸、丁酸等七种有机酸。云雾水中总有机酸的浓度为7.45μeq/L~111.46μeq/L,加权平均浓度为38.42 μeq/L。雨水中总有机酸的加权平均浓度为33.39 μeq/L,浓度范围为12.39μeq/L~68.97μeq/L。在云雾水和雨水中甲酸、乙酸和草酸三种酸均占主导地位。庐山TSP中总有机酸(盐)的加权平均浓度为1523.92 ng/m3,浓度范围为40.48 ng/m3~5695.83 ng/m3,其中乙酸(盐)和草酸(盐)是最主要的酸(盐),分别占有机酸(盐)总量的70.58%和17.67%。庐山大气沉降中的有机酸浓度水平与国内外其他的森林系统和高山站点相当,但高于城市站点和海洋站点的有机酸浓度。庐山云雾水、雨水和TSP中有机酸的浓度呈现不同的季节差异。云雾水中夏季总有机酸加权平均浓度(48.81μeq/L)明显高于春季(34.38μeq/L), TSP中春季总有机酸(盐)加权平均浓度(1698.69 ng/m3)明显高于夏季(929.68ng/m3),而雨水样品中春季和夏季总有机酸的季节差异不大(分别为34.77μeq/L、 33.04μeq/L)。TSP中春季较高的有机酸(盐)浓度主要归因于春季更高的TSP浓度和更高的有机酸(盐)与颗粒物的质量比。云雾水和雨水中有机酸不同的季节差异主要归因于云雾水和雨水中有机酸的来源不同,云雾水和颗粒物的共同作用使得雨水中有机酸的春夏差异并不显著。庐山云雾水和雨水酸化问题严重,有机酸对云雾水和雨水酸度的贡献不容忽视。云雾水的pH加权平均值为3.80,雨水的pH加权均值为4.44;云雾水中有机酸对总自由酸度的贡献为0.35%-23.55%,加权均值为2.50%。其中夏季贡献为2.20%,春季的贡献率为2.83%;雨水中有机酸对总自由酸度的贡献比较高,最低值为2.08%,最高值达到了52.55%,加权均值为17.66%;夏季为12.24%,低于春季的19.89%。在云雾水和雨水中有机酸对酸度的贡献都是夏季低于春季。甲酸与乙酸的比值(F/A)用来判断云雾水和雨水中有机酸主要来源于一次源或二次源。F/A结果显示云雾水中的71.31%的样品的有机酸的主要来源为一次源,雨水中的有机酸的主要来源为一次源。用PMF模型对大气湿沉降中有机酸进行源解析。云雾水中有机酸的四个潜在排放源,包括61.8%的生物排放源,15.28%的人为排放源,15.07%的海洋排放源和7.85%的土壤排放源。PMF模型对雨水中主要有机酸的源解析结果表明,雨水中有机酸最主要的来源也为生物排放源,占62.66%,其次为生物质燃烧,占比为21.82%。人为污染源、海洋排放源、土壤排放源对雨水中有机酸的贡献较低,占比分别为2.59%、7.29%、5.64%。本研究表明,庐山云雾水和雨水中有机酸浓度水平较高,但人为影响不大,有机酸对雨水酸度贡献较大,存在一定的生态风险。
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