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酸雨研究进展与问题探讨

时间:2012-03-04作者:杨乐苏,周光益,于彬,王志香来源:中国论文库
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  摘要:在综述国内外酸雨研究基础上,提出了我国酸雨研究中存在的一些问题。我国在酸雨研究方面已经取得了重大的进展,许多研究成果被有效地应用于酸雨的控制,但由于酸雨的不断加重和酸雨问题的

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  摘要:在综述国内外酸雨研究基础上,提出了我国酸雨研究中存在的一些问题。我国在酸雨研究方面已经取得了重大的进展,许多研究成果被有效地应用于酸雨的控制,但由于酸雨的不断加重和酸雨问题的复杂性,许多问题还需要深入研究,如:①随着能源结构的不断变化,研究建立适合我国特点的酸雨预测模型;②从生态系统角度研究酸沉降及其酸沉降破坏的生态系统的恢复技术;③研究燃煤二氧化硫的控制和不同行业如化工、建材、冶金等工艺废气的脱硫技术;④研究与我国的经济发展水平相适应的、合理的酸雨控制对策;⑤将新技术与酸沉降研究有机结合起来,研究基于GIS的酸化模型,规划酸沉降临界负荷。

  关 键 词:酸雨;研究进展;预测模型;控制对策酸性污染物以潮湿和干燥两种形式从大气中降落到地球表面,一般将这个过程称为酸沉降。酸雨是指pH值低于5·6的降水(湿沉降)。酸雨主要分布在西欧、北美和东南亚。我国长江以南存在连片的酸雨区域。酸雨问题对全球的生态系统已产生了重大影响,中外环境保护及相关学科的工作者对酸雨的形成、危害和防治等方面进行了系统研究,取得了显著的成果。

  1 国外研究进展

  19世纪40年代,英国化学家罗伯特·史密斯在英格兰开始了对酸沉降现象最初的科学调查[1],并于1872年提出“酸雨”这一术语[2]。但直到20世纪40年代,斯堪的纳维亚半岛(瑞典和挪威)酸化问题给湖泊鱼类带来毁灭性的危害后,酸沉降现象才引起各国学者的普遍关注。50年代初,酸雨已成为全球性的污染问题。www.lwkoo.com 50年代中期,美国生态学家E·勒姆对土壤酸化。酸雨对湖泊水的影响进行研究,并指出降水酸性是由于燃料排出的酸性物造成[3]。但直到1972年,联合国在斯德哥尔摩召开的人类环境会议上,瑞典才第一次把酸雨作为国际性问题提出,并阐述了酸雨及致酸物质的迁移[4]。70年代末美国和欧洲一些国家相继发现酸雨与森林的大面积退化有着直接关系。瑞士联邦林业研究所的W·波斯哈特总结了前人的研究成果后指出:酸雨对植物叶子造成直接危害,而通过酸化土壤造成间接危害[5]。国外许多学者从80年代初期开始研究酸沉降对土壤化学状况的影响,如土壤酸化与土壤化学状态。土壤缓冲性及缓冲速率的关系[6]。

  近年来,国外发达国家在研究酸雨来源和大气污染物迁移机理的同时,更多地关注缔结国际性公约,将缓解环境酸化、富营养化和地面臭氧纳入集成的统一战略。目前世界上一些国家对酸沉降采取的最新研究方法是计算机模拟技术,如美国已成功模拟了南部氮、硫化物的沉降对当地森林土壤的影响[5]。

  2 国内研究进展

  我国酸雨中SO2-4和NO-3是酸性的主要贡献者。SO2-4/NO-3一般在5~10之间,故我国的酸雨是硫酸型酸雨。而日本的酸雨中NO-3是酸性的主要贡献者,其酸雨是硝酸型的。20世纪80年代以来,欧美酸雨也从硫化物转向氮氧化物和氨,过去硫氮比是2∶1,现在接近1∶1。我国降水中SO2-4/NO-3比最小的闽南地区(厦门、泉州和漳州等)也在5左右[7]。

  目前,我国酸雨区主要位于长江以南,南方大多数城市和地区普遍出现酸雨,以西南、华南地区较为突出,同时酸雨面积近年来大幅度扩大,长江以南酸雨区域已连成一片,并向长江以北蔓延,甚至在东北地区的图们、丹东和东海海域也发现较强的酸性降水,同时降水的酸性不断升高。降水中的SO2-4、NO-3、NH+4和Ca2+浓度相当于欧洲、北美和日本的3~5倍[8]。

  国内对酸雨的研究最早可追溯到20世纪二三十年代。当时,我国西南地区的贵阳、重庆等地就出现了pH值<4·5的严重酸雨,东南部的一些大中城市周围也陆续出现了高频率的酸雨。虽然酸雨已使当地的土壤化学性质发生变化,但并未引起人们的重视,直到五六十年代,随着人们逐渐认识到铝离子对土壤酸性的重要性后,才开始在理论上研究酸沉降[9]。

  1974年,我国在北京开始对酸雨进行监测。70年代末,在北京、上海、南京、重庆和贵阳等城市开展了研究,发现这些地区不同程度存在酸雨问题[10]。尤其在1982年夏季,重庆市连降酸雨,降水pH值大多小于4·0,导致了大面积农作物受害及建筑物的严重腐蚀[11]。为了掌握酸雨分布,国家环保部门于1982年建立了189个观测站、523个降水采样点的酸雨监测网。通过多年的观测记录发现酸雨集中分布在西南酸雨区(重庆、贵阳、柳州等)、福厦酸雨区(福建东南工业区)、南昌酸雨区(南昌、九江、黄石等)、青岛酸雨区和长江以南酸性富铁铝土壤地区等,而东北、京津唐工业区尚未发现酸雨[12]。

  20世纪80年代以来,我国开始研究酸雨对树木的影响,并认识到酸雨已威胁了我国某些地区的森林生态系统[13]。降水pH值4·5以下的林区,树林叶子普遍受害,树高降低、林业产量下降,林木生长过早衰退[14~16]。酸雨的长期影响会降低土壤中微生物的活性,影响枯枝落叶的分解。当酸雨量大于土壤缓冲能力时,土壤就会酸化。另一方面,酸雨中的氢离子与土壤胶体表面吸附的盐基离子进行交换反应后吸附于土壤颗粒表面,导致交换下来的盐基离子淋失,同时氢离子也促进了活性铝的溶出[17~20]。

  20世纪90年代以来,王文兴等较系统地研究了中国酸雨的形成机制。黄美元研究了中国西南地区酸雨的形成过程,认为在重庆和贵阳等重污染城市,云下过程对雨水的酸化起主要作用,在污染较轻的中小城镇和乡村地区,雨水酸度主要取决于云内过程[21]。俞绍才等对厦门地区进行多年的降水研究后,认为该地区的酸雨以外来源为主[22]。王文兴等从我国大陆人为源SO2和NOx的排放强度和地理分布、年降水量、平均气温、大气扩散能力、大气颗粒物酸化缓冲能力、土壤的碱金属及碱土金属含量、土壤的酸碱性质、酸雨前体物排放强度和酸性物雨洗能力等因素分析了中国长江以南出现酸雨的原因。并指出,由于自然因素的重要作用,占酸雨前体物SO2和NOx的排放量40%的排放强度很大的渤海和黄海地区未出现区域性酸雨,排放强度不大的长江以南地区却出现了很强的区域型酸雨[23],其他一些敏感地区,如云南东部、东北东部和北部、山东半岛东部等地区可能出现酸性降水[12],南方重污染城市的酸性降水主要来源于城市高浓度大气污染物的局地冲刷,广阔区域和清洁地区的酸性降水则主要来源于大气污染物的中、长距离传输[24]。

  在酸沉降对我国生态系统的影响方面,我国学者从经济学角度进行了研究。其中,对农业影响的研究最多[25]。酸雨和SO2对蔬菜生长和产量的影响较大,其复合污染使西红柿、胡萝卜和棉花等农作物生长受阻,产量降低,复合作用明显高于单一因素的作用,但其交互作用并不明显[26]。张林波等通过野外开顶式熏气装置对水稻、小麦等9种农作物进行模拟酸雨与SO2的单独处理和复合处理,建立了酸雨pH值和SO2浓度对农作物产量的单一影响和复合影响模型,推算出苏、浙等7省(市)农作物受酸沉降危害的减产量,并利用市场价值法估算并分析了酸沉降造成的7省(市)农业经济损失,更加直接地为正确评价酸沉降对农业的危害提供科学依据[27]。

  对于酸性排放物的跨国输送问题,我国近几年才开始研究。刘宝章等通过青岛地区酸雨的成因研究指出,青岛市排放的污染物质不可能向东南方向的周边国家输送,而海上的污染物会对青岛市有一定的影响[28]。王文兴等研究认为北方沿海地区的图们和丹东凤凰山的酸雨主要来源于朝鲜半岛和日本,东南沿海地区则比较复杂,冬春季可能受到朝鲜半岛和日本的影响[29]。

  近年来,我国在酸化模型的应用方面得到了一定的发展[30]。应用最为广泛的为MAGIC模型即集水区地下水酸化模型(Model of Acidification of Groundwater in Catchment),是酸沉降对土壤和地表水酸化长期影响的理论型动态数据模型,该模型适用于评估陆地和地表水体系对酸沉降的长期反应能力,在我国主要用于土壤和地表水酸化的酸沉降临界负荷的确定[31~33]。ILWAS模型即全湖泊流域酸化研究模型(Integrate Lake-Watershed Acidifica-tion Study),可预测森林覆盖地区生态系统中地表水酸度随酸沉降变化而变化。该模型主要应用于大尺度的地表水体的pH值和Al3+的浓度的预测[34]。转贴于中国论文库 http://www.lwkoo.com

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