云桂地區雨季大氣降水中酸性物質的含量研究

劉 葉，劉文靜，尹海亮，宗麗娜

(1.中國石油大學勝利學院,山東 東營 257061； 2.中國石油大學科學技術研究院,山東 東營 257061)

隨著我國工業化進程的加速，以及化石燃料的使用急劇增加，大氣環境問題愈發凸顯，當人為排放的酸性物質進入到降水中，會引發嚴重的酸性降水[1-2]。酸性降水是指大氣降水中酸堿度(pH值)低于5.6的所有形式降水，是大氣污染的一種表現。酸性降水始于1972年斯德哥爾摩舉行的聯合國人類環境與發展大會，現在早已成為國際環境問題。諸多研究表明，除森林火災、火山噴發等自然過程向大氣放出含硫或氮化合物外，來自火力發電、化肥制造、工業過程、交通運輸、家庭燃燒等排出的硫氧化合物與氮氧化合物是大氣中酸性物質的主要來源[3-4]。我國酸性降水起源于二十世紀八十年代的西南地區，與北美、北歐并稱為世界三大酸雨區[5]。因為云南、廣西、貴州等省區能源結構多以煤炭為主，而且使用的自產煤含硫量較高，一般在5%左右[6]；到九十年代中期已經發展到長江以南、青藏高原以東及四川盆地的廣大地區[7]。

酸雨對人類及其環境的影響表現在多個方面[8-9]。酸性降水落到河流、湖泊中，妨礙水中魚蝦的正常生長，以致魚蝦大量減少；酸性物質還導致土壤酸化、貧瘠化，危害草本植物與喬灌木正常生長以及作物減產，建筑物損壞[10]。即酸性降水對農林牧副漁等大農業影響最嚴重，甚至于威脅人體健康[11]。目前，對我國部分城市：茂蘭[12]、貴陽[13]、成都[14]、雅安等[15]的大氣降雨化學組分以及臨安[16]、池州[17]、廣州[18]、北京[19]、蘭州[20]、西安[21]、河北[22]等地區降水的pH值和主離子成分進行相關的分析，對云桂地區這方面的報道較少。所以，研究云貴地區降水中酸性物質含量及其特征，對于本地區的環境保護有重要意義。本研究主要通過分析云南和廣西雨季降水pH值及其與陰陽離子濃度的相關性研究，分析云桂地區降雨酸堿性比較。

1 采樣區地理概況

采樣點分布于中國大陸熱帶亞熱帶交界、地理空間相互連接的云南省和廣西壯族自治區。西部云南省地形以高山、高原為主，地勢起伏大，最高海拔與最低海拔高度相差6664m[23]；相對地，東部廣西壯族自治區海拔較低，北部多為中低山，南部多為平原、丘陵，總體地勢為西北高東南低[24]。

2 野外數據采集與實驗室檢測

2.1 野外數據采集

采樣點空間分布上，選擇位于23～24°N和98～112°E之間的盡量靠近北回歸線的16個氣象站作為大氣降雨采樣點，包括自西而東的云南省鎮康、耿馬、雙江、景谷、墨江、紅河、個舊、蒙自、硯山、富寧等10個和廣西壯族自治區德保、平果、上林、來賓、平南、梧州等6個(位置見圖1)。樣品采集時間上，由于云南省雨季時間區間為5～10月、廣西壯族自治區雨季時間區間為4～9月，因此本研究樣品采集時間區間為2017年4～10月。樣品采集標準上，日降水量≥25mm(大雨)即采集樣本1次，水量標準均為2ml。本研究共采集有效樣本239個，具體信息見表1。

圖1 云南省、廣西壯族自治區16個

2.2 實驗室檢測

2.3 數據處理

利用excel對數據進行初步整理、有效性檢驗，最后生成各樣點pH值及離子濃度年度均值，為研究區降水pH值空間分布特征、各離子與pH值相關性研究服務。其中降雨pH值平均值的計算方法是氫離子濃度[H+]雨量加權法，即將每場降雨的pH值換算成 濃度后，然后將[H+]按雨量加權后求出均值，再取其負對數即得到降雨pH值均值。

3 結果與分析

本研究有兩項內容：雨季降水pH值空間分布特征以及常見陰陽離子與pH值相關性分析。

3.1 雨季降水pH值空間分布特征

16個氣象站點經緯度信息及雨季大氣降水pH值和常見離子濃度的檢測結果見下表1。

分析表1數據可以看出，云南、廣西16個測站的雨季降水pH值均值范圍為5.89～6.57，其中pH值均值在6.0～6.2之間的測站有12個；總體差別不大，pH值均值最大的測站是富寧站為6.57，最小的測站是上林站的pH值5.89，但都沒有達到酸雨標準pH值5.6。從空間位置上看，16個降水測站的pH值有從西向東減小趨勢。其中云南省10個測站pH值均值為6.154，其中大于pH值6.2的測站有2個，沒有小于pH值6.0的測站；廣西6個測站pH值均值為6.023，其中小于pH值6.0的測站有2個，沒有大于pH值6.2的測站。總之，廣西壯族自治區的大氣降水pH值比云南省較低些，即研究區降水酸性有自西向東降低趨向。

3.2 雨季降水中常見陰陽離子與pH值相關性分析

降水pH值是酸性離子和堿性離子之間綜合作用的結果，影響各地降水pH值的主要陰陽離子及作用大小都不相同。相關性分析是研究不同變量之間密切程度的一種常用統計方法，相關性研究可以得到陰陽離子間的數量關系，一定程度地可以解釋要素間的因果關系[27]。

表2 pH及陰陽離子濃度相關性結果

注：**. 在 .01 水平(雙側)上顯著相關；*. 在 0.05 水平(雙側)上顯著相關。

4 研究結論

通過云南、廣西兩省區2017年4～10月份16個采樣點大雨以上的大氣降水采集，在實驗室測定pH值及主要陰陽離子含量數據；基于實測數據，本研究對大氣降水酸堿性空間分布特征進行了初步探討。其主要研究結論如下：

(1)云桂兩省區雨季239個有效樣品大氣降水都不顯示任何酸雨特征，pH值最高值、最低值和平均值分別為6.80、5.70、6.11。

(2)空間特征上，研究區大氣降水pH值有自西向東降低趨勢，亦即廣西壯族自治區比云南省大氣降水中酸性物質少。