氣體污染物研究進展

駱媛媛,李明文，王慧，彭巍

(1.黑河市林業(yè)科學院，黑龍江 黑河 164300；2.中國林業(yè)科學院研究院環(huán)森保所，北京 100091)

氣體污染物主要分為硫氧化合物、氮氧化合物、碳氧化合物、碳氫化合物，常見的氣體污染物包括SO2、NOx、CO和O3等[1]。氣體污染物來源可分為天然源和人為源兩大類。天然源包括火山爆發(fā)、森林火災等自然災害引起的大量有害氣體、粉塵等，這種污染危害具有時限性和不可預見性，人力無法控制。人為源包括機動車尾氣排放以及工業(yè)生產和居民生活所排放的廢氣，人為污染具有持續(xù)時間長、危害范圍廣、可控性強等特點[2]。

1 氣體污染物國外研究進展

18世紀后，西方經濟發(fā)達國家在工業(yè)革命和商業(yè)繁榮快速發(fā)展的過程中，由于缺乏環(huán)境保護認識，許多國家先后發(fā)生了嚴重的大氣污染問題。20世紀30年代以來，相繼發(fā)生過數起震驚世界的大氣污染事件，引起了全球的廣泛關注(見表1)。例如，比利時馬斯河谷煙霧事件(1930年1月)嚴重危害了人的健康，造成許多居民短期內發(fā)病甚至死亡[3]。英國的倫敦煙霧事件(1952年12月)，源于冬季取暖引起煤煙和硫化物濃度在大氣中短時間內急劇增加，加之逆溫層現(xiàn)象，導致2個月內10 000多人死亡[4]。大氣污染問題已經成為世界各國最為關注的環(huán)境問題之一[5]。

表1 國外不同地區(qū)氣體污染案例

20世紀下半葉，隨著城市大氣污染狀況的不斷惡化，世界各國越來越重視大氣污染的防治，制定相應法規(guī)、標準以及發(fā)展節(jié)能技術，遏制環(huán)境污染。英國成立專門的調查小組，確定倫敦大氣污染主要成因是煤炭燃燒排放的煙氣，相繼頒布《空氣清潔法案》、《污染控制法》、《機動車管理規(guī)定》和《煙氣排放法》等一系列法律法規(guī)，推廣使用清潔能源，建立新城，疏散人口和工業(yè)企業(yè)等。1955年，美國頒布《空氣污染控制法》，推廣空氣污染控制技術，鼓勵清潔能源和可再生能源的開發(fā)和利用。日本政府通過與企業(yè)合作防治污染，利用技術優(yōu)勢開展環(huán)保項目，注重循環(huán)經濟的發(fā)展。德國以“節(jié)能減排”為核心，強化降污技術應用，扶持能源消耗少、科技含量高的新型產業(yè)發(fā)展。國外一些研究者通過對已掌握的氣象資料和污染物濃度資料，來預測空氣中污染物的時空變化規(guī)律，并及時對空氣環(huán)境質量進行預報和控制[6,7]。

2 氣體污染物國內研究進展

我國對大氣污染問題的研究相比歐美發(fā)達國家起步較晚，20世紀70年代，在蘭州首次發(fā)現(xiàn)了光化學煙霧污染事件并開展了相關研究[8]。此后，在北京、上海、廣州等發(fā)達城市也頻繁出現(xiàn)過光化學煙霧污染現(xiàn)象。面對嚴峻的環(huán)境問題，人們已經意識到環(huán)境污染帶來的巨大危害，相繼出臺了相關政策法規(guī)，并開展了大量研究工作。我國正式開展大氣污染研究工作始于1973年第一次全國環(huán)保工作會議[9]。1987年出臺了《大氣污染防治法》，對大氣污染防治的基本制度及各種污染源管制做出了具體規(guī)定[10]。1996年制定了《環(huán)境空氣質量標準》，2012年對其修訂后重新規(guī)定了濃度限制，增加了對PM2.5等污染物指標的監(jiān)測[11]。同時國內許多學者對城市大氣環(huán)境污染預測和預報工作進行了相關研究。

20世紀20—30年代我國就陸續(xù)出現(xiàn)過高頻率的酸雨，直到20世紀50—60年代，人們才逐漸認識并在理論上開始研究酸雨[12]。70年代末，在我國長江以南一些地區(qū)出現(xiàn)了酸雨[13]，酸雨的監(jiān)測和研究工作由此正式展開。為了掌握酸雨分布并查明其污染的狀況，1982年國家環(huán)境保護部門建立了全國酸雨監(jiān)測網[14]，之后中國氣象局在1989年也建立了氣象部門的酸雨監(jiān)測網[15]。通過全國酸雨監(jiān)測網發(fā)現(xiàn)，酸雨主要分布在西南、華南以及東南沿海一帶[16]，已成為當時我國嚴重的環(huán)境污染現(xiàn)象。酸雨監(jiān)測網的建立，為我國降雨研究積累了大量數據，對我國酸雨預防和控制發(fā)揮了重要作用[17]。在認清酸雨污染嚴峻形勢下，中國政府采取了有效措施，控制酸雨污染。1990年開始實施《關于控制酸雨發(fā)展的若干意見》，1996 年國務院批準的《關于環(huán)境保護的若干問題的決定》明確提出了對酸雨和SO2污染重點治理[18]。2000年再次修訂了《中華人民共和國大氣污染防治法》；2002年頒布了《燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策》；控制酸雨污染最有效方式是削減SO2和NOx的排放，改進脫硫脫氮燃燒技術，提高煤的燃燒效率，從源頭上杜絕酸雨的形成。

進入21世紀， 隨著我國經濟的飛速增長，大氣污染問題凸顯。據《2014年中國環(huán)境狀況公報》顯示，全國116個城市中空氣質量達標僅占9.9%，超標城市比例為 90.1%[19]。如何有效建立大氣污染防控治理體系，有效改善大氣環(huán)境質量問題是當前急需要解決的問題。

3 氣體污染物的危害

氣體污染物對大氣環(huán)境、人體健康及植物生長均有很嚴重的危害。據世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計，全球每年由于空氣污染所導致的各類疾病死亡人數超過300萬，約占當年全球死亡總數的5%左右[20]。研究表明，SO2和NOx能夠降低人體自身的防御和免疫功能，引發(fā)系列呼吸系統(tǒng)疾病，導致哮喘、支氣管炎等多種疾病。CO與血液中血紅蛋白結合危害人體中樞神經系統(tǒng)和血液循環(huán)系統(tǒng)，使人出現(xiàn)頭痛、惡心、乏力、呼吸困難等癥狀，輕者造成缺氧性傷害，重者導致生命危險[21]。O3被人體吸入后，刺激眼睛和呼吸道，導致肺功能減弱和肺泡損傷[22]。SO2和NOx還是形成酸雨的主要物質，酸雨能夠破壞環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)、腐蝕建筑物，并且對動物呼吸道和皮膚產生危害。

植物對于一定濃度范圍內的大氣污染物具有抵抗、吸收和凈化能力，然而，當污染物達到一定濃度時，會導致植物受到不同程度的傷害[23]。氣體污染通過氣孔進入植物體，破壞細胞內的細胞器、膜系統(tǒng)等，出現(xiàn)退綠、色斑、干枯、老化等癥狀，影響植物的生長狀況。有研究表明，高濃度SO2會使植物葉片出現(xiàn)斑點及壞死等癥狀。而植物長期暴露在低濃度的NO2條件下，一般表現(xiàn)為生長不良，輕度缺綠，衰老加速等現(xiàn)象[19]。

4 森林對氣體污染物的消減作用

森林作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅具有美化、綠化城市的作用，而且對環(huán)境中污染物具有較強的吸收凈化能力，能夠有效控制大氣污染。森林通過對SO2的吸收能夠起到凈化大氣作用，不同樹種吸收SO2的能力存在不同程度差異，有研究表明，落葉闊葉樹>常綠闊葉樹>常綠針葉樹[24]。闊葉樹葉片含硫量明顯高于針葉樹，一般闊葉樹種每年吸收SO2量相當于針葉樹種的4倍[25]。有研究表明，不同群落結構對SO2的消減效果，喬灌草>灌草>喬草>喬木>草坪。不同樹種對NO2的吸收能力存在差異。另有研究表明楊屬單位葉面積的NO2吸收速率為莢蒾屬、樟屬的4倍[26]。對NO2吸附能力較強的樹種有洋槐、國槐、黑楊及日本晚櫻[27]。不同群落結構綠地對NO2的消減作用，表現(xiàn)為灌草>喬灌草>喬草>喬木>草坪?？梢姡嗖萁Y構綠地對NO2具有較佳的吸收凈化效果。建議在NO2污染比較嚴重的地區(qū)，采用灌草結構對氣體污染物吸收能夠達到較佳的消減效果[28]。

5 小結

國內外對氣體污物的研究主要集中在來源、時空分布特征、危害和預防治理等方面。國際

上通常采用先進的控制和新能源開發(fā)技術應用到削減工業(yè)、機動車污染物的排放、治理排放法規(guī)、標準和管理體系。近十年來，我國政府已經認識到大氣污染危害的嚴重性，各相關部門正在努力通過一系列強有力的措施減少污染源的數量，控制污染氣體的排放量，如采用新燃燒技術有效地減少氮化物和硫化物的排放。同時，森林植被對氣體污染物有一定的吸收和凈化作用，是防治空氣污染的一種有效補充工具，充分發(fā)揮森林植被對大氣環(huán)境的修復功能，達到良好的凈化效果。