2008—2018年廣東省酸雨的變化趨勢研究

陳璇，章家恩, *，向慧敏, ，危暉,

1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.農(nóng)業(yè)部華南熱帶農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642；3.廣東省現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510642；4.廣東省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642

改革開放以來，由于社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市膨脹，大氣污染突出表現(xiàn)為排放連片、傳輸疊加和相互影響的區(qū)域污染特征（何紀(jì)力等，2000；蔣大和，1996；Zhang et al.，2007；Ou-yang et al.，2008），大氣中 SO2和氮氧化物的濃度逐年增加，中國已成為繼北美、歐洲之后世界第三大重酸雨區(qū)（高廣強(qiáng)等，2019；龍威等，2010）。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，酸雨對環(huán)境危害極大，素有“空中死神”之稱（于文革等，2016）。不但能加速土壤酸化，造成土壤環(huán)境污染，而且長期的高酸度酸雨會導(dǎo)致土壤中營養(yǎng)元素的大量淋失和土壤肥力下降，最終造成土壤貧瘠化；酸雨還會傷害農(nóng)作物和蔬菜的葉片而影響光合作用，使農(nóng)作物種子的發(fā)芽率降低（陳明艷等，2009）；此外，酸雨還會污染水體，使鉛、汞等有毒的重金屬活化進(jìn)入食物鏈，最終在人體內(nèi)大量積累而影響人體健康（刑麗園等，2019）。因此，酸雨控制已成為中國污染防治工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。中國的區(qū)域性酸雨主要是SO2的大量排放造成的，屬“煤煙性”酸雨。近年來，隨著中國汽車保有量的迅速增加，導(dǎo)致氮氧化物排放量逐步增大，中國酸雨正由硫酸型向硫酸-硝酸混合型轉(zhuǎn)變（周志彬等，2016）。

改革開放40年來，廣東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了舉世矚目的成績，全省GDP已連續(xù)30年蟬聯(lián)全國第一（陸肖肖，2019），由1978年的185.85億元增加到2018年的9.7萬億元。但在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，全省的酸雨現(xiàn)象頻繁發(fā)生，并制約著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

廣東地處中國大陸最南部，屬東亞季風(fēng)區(qū)，呈現(xiàn)長夏無冬，降水充沛的氣候特征。本文以廣東省21個地級市為研究對象，選用廣東省生態(tài)環(huán)境廳歷年發(fā)布的環(huán)境狀況公報中的SO2、NO2的質(zhì)量濃度以及ρ(SO42-)/ρ(NO3-)作為評價因子，分析評價了全省酸雨的時空分布特征，以期對廣東省酸雨的現(xiàn)狀與時空變化趨勢有一個更為全面的了解，為廣東省社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

廣東省地處中國大陸最南部，位于 20°13′—25°31′N 和 109°39′—117°19′E 之間，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，從北向南分別為中亞熱帶、南亞熱帶和熱帶氣候，是中國光、熱和水資源最豐富的地區(qū)之一。廣東作為改革開放的前沿地區(qū)，社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長以及城市化進(jìn)程高速推進(jìn)的同時，也帶來了嚴(yán)重的大氣環(huán)境污染問題（陸肖肖，2019）。廣東省是中國酸雨污染較為嚴(yán)重的地區(qū)之一，除茂名、陽江、河源和梅州市外，其余 17個市均被列為國家酸雨控制區(qū)（何慧明，2000；葉延瓊等，2019）。據(jù)廣東省歷年環(huán)境狀況公報顯示，全省大氣環(huán)境質(zhì)量多在國家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二、三級間浮動，少部分指標(biāo)達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)。為緩解全省大氣環(huán)境污染壓力，廣東省相繼出臺了《廣東省藍(lán)天工程計(jì)劃》、《廣東省環(huán)境保護(hù)“十三五”規(guī)劃》、《廣東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測“十三五”規(guī)劃》等，取得了顯著成績（葉延瓊等，2019）。2018年廣東省生態(tài)環(huán)境狀況公報顯示（廣東省生態(tài)環(huán)境廳，2019）全省21個地級以上市的 49個城市降水測點(diǎn)的 pH均值為5.55，酸雨頻率為23.2%；17個城市出現(xiàn)酸雨（pH最小值＜5.6），9個城市受酸雨污染（pH均值＜5.6），全省降水質(zhì)量總體平穩(wěn)；同時，全省 21個地級以上市的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)比例在 80.3%—98.9%之間，平均為88.9%。全省各市SO2年平均濃度均達(dá)到國家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012）一級標(biāo)準(zhǔn)；NO2年平均濃度除廣州和佛山外，其余19市均達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 資料來源

本次研究使用的相關(guān)數(shù)據(jù)主要來源于廣東省生態(tài)環(huán)境保護(hù)廳公開發(fā)布的《廣東省環(huán)境狀況公報》（廣東省生態(tài)環(huán)境廳，2019）以及《廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒》（廣東省統(tǒng)計(jì)局，2018）。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要包括降水 pH均值、酸雨頻率、SO2、NO2、ρ(SO42-)/ρ(NO3-)以及汽車保有量。

1.3 評價標(biāo)準(zhǔn)

主要采用中華人民共和國國家環(huán)保部和國家技術(shù)監(jiān)督局（2012）頒布實(shí)施的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012），將降水質(zhì)量、空氣質(zhì)量劃分為不同等級，其中SO2、NO2按照年平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行評價（葉延瓊等，2019）（見表1）。

1.4 分析方法

數(shù)據(jù)用Excel軟件（2013版）、ArcGIS 10.2軟件以及SPSS進(jìn)行處理并統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 降水pH的年際變化

根據(jù)廣東省環(huán)境保護(hù)廳公布的 2008—2018年廣東環(huán)境狀況公報，統(tǒng)計(jì)近11年廣東省酸雨信息，結(jié)果見圖1。由圖1可知，2008—2018年全省降水年均pH值在4.86—5.55之間，呈逐年上升的趨勢。2008—2018年全省酸雨頻率在 19.8%—48.5% 之間，呈逐年下降的趨勢。這說明“十二五”以來，廣東省酸雨污染防治工作取得了一定的進(jìn)展。尤其是近幾年來，中國越來越關(guān)注大氣環(huán)境的治理，不僅公布了《國家酸雨和SO2污染防治“十一五”規(guī)劃》，還印發(fā)了《大氣污染防治行動計(jì)劃》。為響應(yīng)國家政策，廣東省政府出臺多項(xiàng)舉措，不僅要求新上燃煤電廠安裝脫硫設(shè)備，而且對現(xiàn)有的燃煤電廠逐步進(jìn)行脫硫技術(shù)改造以及限制使用高硫份燃料。從圖1可以看出，廣東省酸雨污染狀況逐年減輕，尤其是 2018年，大氣環(huán)境治理工作成效顯著，環(huán)境得到有效改善。然而，直至 2018年，廣東省降水年均pH值仍低于5.6的酸雨限值。造成這種現(xiàn)象的原因不僅與 SO2的排放有關(guān)，還可能與氮氧化物的排放有關(guān)。盡管廣東省對 SO2的減排力度很大，但對氮氧化物的控制力度卻不夠。目前電廠只進(jìn)行了脫硫，而沒有進(jìn)行強(qiáng)制性脫氮，而且全省機(jī)動車數(shù)量持續(xù)增長，汽車廢氣中的污染物（NOx，CO，Pb等）也逐年增加（見表 2）。由于民用汽車數(shù)量的劇增，而油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏低，部分機(jī)動車燃料質(zhì)量達(dá)不到環(huán)保要求，根據(jù)中國石化廣東石油分公司的統(tǒng)計(jì)，以廣州為例，目前廣州約有 60%的汽車仍在使用不合壓縮比表的汽油，加上對尾氣污染排放監(jiān)管乏力，致使城市機(jī)動車尾氣污染非常嚴(yán)重。

圖1 2008—2018年廣東省酸雨頻率和降水pH年變化Fig.1 Average annual precipitation pH and frequency of acid rain in Guangdong from 2008 to 2018

表1 大氣環(huán)境質(zhì)量單項(xiàng)指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation criteria of individual indicator for atmospheric environmental quality

表2 2008—2018年廣東省汽車保有量和NOx排放量Table 2 Civilian vehicles and NOx emissions in Guangdong from 2008 to 2018

2.2 降水的空間變化

圖2給出了廣東省2008—2018年間降水pH值的空間分布狀況，由圖2可知，2008—2018年間，廣東省仍有少部分地區(qū)的降水pH值小于4.5，屬重酸雨區(qū)，且多分布在韶關(guān)市、清遠(yuǎn)市和廣州市。大部分地區(qū)的降水pH值在4.5—5.0之間，屬中酸雨區(qū)。從表3也可知，廣東地區(qū)的酸雨分布表現(xiàn)出一定的地域性。1982—1985年間，中部的廣州市是一個勢力較強(qiáng)、范圍較廣的酸雨中心，西達(dá)肇慶，南延至江門、珠海、深圳，波及整個珠江三角洲腹地。其他酸雨分布中心，北有韶關(guān)市，東有汕頭市，呈現(xiàn)三足鼎立態(tài)勢（秦鵬等，2006）。而 2013—2016年間，除廣州市和汕頭市酸雨情況有所改善，4年平均pH值分別增長6.21%和21.6%外，其他酸雨分布中心酸雨情況均沒有改善。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因首先可能是因?yàn)樯仃P(guān)、佛山等地區(qū)的工業(yè)發(fā)達(dá)，能源消耗大。以韶關(guān)為例，韶關(guān)是廣東省重要的工業(yè)城市，而韶鋼作為韶關(guān)市鋼鐵工業(yè)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)鋼能力達(dá)到 660萬噸（張拓，2020）。又如佛山，佛山是一個以工業(yè)為主導(dǎo)、三大產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的制造業(yè)名城。2018年，佛山全年全部工業(yè)增加值比上年增加6.1%。正是因?yàn)檫@些地區(qū)工業(yè)的高度發(fā)達(dá)（麥玲玲等，2019），導(dǎo)致排放的SO2超標(biāo)。其次，這些地區(qū)人口集中，機(jī)動車數(shù)量不斷增加，從而導(dǎo)致汽車尾氣排放量不斷增加。因此，當(dāng)?shù)厮嵊晡廴緡?yán)重的原因不僅僅源于SO2的排放，還與含有大量氮氧化物的廢氣排放有關(guān)。

圖2 2008—2018年廣東省降水pH年均值空間分布Fig.2 Distribution of average annual precipitation in Guangdong from 2008 to 2018

表3 1982—1985年與2013—2016年廣東省各地市降水pH年均值Table 3 Average annual precipitation pH in cities of Guangdong from 1982 to 1985 and 2013 to 2016

2.3 大氣主要污染物濃度時間與空間變化

2.3.1 SO2

80年代的中國，正值改革開放初期，廣東珠三角地區(qū)在這一時期高速推進(jìn)工業(yè)化，并加快了城市化的進(jìn)程。在城市化進(jìn)程中鄉(xiāng)村工業(yè)化迅速發(fā)展，農(nóng)村興辦鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)是珠三角地區(qū)城鎮(zhèn)化過程中最普遍的現(xiàn)象。改革開放以來，珠三角地區(qū)以獨(dú)特的區(qū)位條件，再加上廣東先行的特殊優(yōu)惠政策環(huán)境，使得港澳資本連同勞動密集型產(chǎn)業(yè)、技術(shù)等大規(guī)模向珠三角地區(qū)轉(zhuǎn)移，使得珠三角地區(qū)出現(xiàn)了一大批日用消費(fèi)品加工廠，同時吸引了數(shù)以百萬計(jì)的農(nóng)村剩余勞動力。但鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)在帶動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，由于布局的分散化和經(jīng)營方式粗放化等原因，對環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的污染，不僅污染面積廣，而且難以治理。此外，隨著珠三角地區(qū)工業(yè)化的高速發(fā)展，鋼鐵、煉油、煉焦和化工行業(yè)的能源消耗逐漸加大，相關(guān)行業(yè)的能源結(jié)構(gòu)多以煤為主。燃燒的煤不斷向大氣中排放大量 SO2，導(dǎo)致上世紀(jì) 80年代的廣東省成為中國主要的以硫酸型污染為主的酸雨中心之一，尤其以韶關(guān)市最為典型（劉菊秀等，2000；謝文彰等，2003；謝文彰等，2005）。自 21世紀(jì)以來，政府本著環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展并重的原則，日漸突出的酸雨問題引起了重視，SO2的排放也從源頭上得到了控制。從圖3中可以看出，2008—2018年間，廣東省21個地級市中，除梅州市的大氣 SO2年均質(zhì)量濃度小于 20 μg?m-3，達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)外，其余地市大氣SO2年均濃度均在20—60 μg?m-3之間，達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)。從圖4中也可看出，2008—2018年間廣東省大氣SO2年均質(zhì)量濃度呈逐年下降的趨勢。對 2008—2018年間廣東省降水年均pH值與大氣SO2年均質(zhì)量濃度進(jìn)行線性回歸分析（圖5），分析結(jié)果顯示，降水年均pH值與大氣 SO2年均質(zhì)量濃度之間存在線性關(guān)系（P＜0.05）。回歸方程如下：

圖3 2008—2018年廣東省大氣SO2年均質(zhì)量濃度分布Fig.3 Distribution of average annual mass concentration of atmospheric SO2 in Guangdong from 2008 to 2018

圖4 2008—2018年廣東省大氣SO2年均質(zhì)量濃度變化Fig.4 Changes of average annual mass concentration of atmospheric SO2 in Guangdong from 2008 to 2018

圖5 2008—2018年廣東省降水年均pH值與大氣SO2年均質(zhì)量濃度擬合曲線Fig.5 Fitting curves between average annual precipitation pH and average annual mass concentration of atmospheric SO2 in Guangdong from 2008 to 2018

其中，Y——降水年均pH值；5.675——截距β1；-31.913——斜率β2；x——大氣SO2年均質(zhì)量濃度。

可見，大氣中的SO2濃度與降水年均pH值關(guān)系密切，有效地控制SO2的排放有利于減輕酸雨污染。

2.3.2 降水ρ(SO42-)/ρ(NO3-)比值特征變化

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，2008—2018年以來廣東省降水中年均 SO42-和 NO3-離子質(zhì)量濃度的比值ρ(SO42-)/ρ(NO3-)分別為 2.84、2.50、2.05、2.03、2.05、1.87、1.65、1.47、1.42、1.28、1.22。結(jié)果表明，2008年以來降水中SO42-和NO3-的質(zhì)量濃度比值逐年降低，2018年最低，2012年略有反彈。這表明氮氧化物對降水酸性的貢獻(xiàn)作用不斷增強(qiáng)。近年來，廣東省的機(jī)動車保有量一直快速增長，導(dǎo)致機(jī)動車排放的氮氧化物總量一直維持在較高水平。由圖 6可以看出，2008—2018年間廣東省大氣 NO2年均質(zhì)量濃度雖有波動，但整體呈上升的趨勢。在工業(yè)SO2排放已得到有效控制的情況下，NO2排放略有升高，因而導(dǎo)致降水中SO42-和NO3-的比值逐年降低，說明氮氧化物對降水酸性的貢獻(xiàn)作用不斷增強(qiáng)的趨勢明顯。

圖6 2008—2018年廣東省大氣NO2年均質(zhì)量濃度變化Fig.6 Changes of average annual mass concentration of atmospheric NO2 in Guangdong from 2008 to 2018

3 酸雨的防治對策

3.1 做好產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整與能源清潔利用的規(guī)劃布局

控制和減少燃煤SO2排放量是酸雨綜合防治中最直接、最有效的方法（楊樂蘇等，2005）。2001年廣東省被國務(wù)院劃為酸雨控制區(qū)，為此，廣東省環(huán)保局提出要重點(diǎn)治理大氣污染，編制SO2和酸雨污染防治計(jì)劃，尤其開展對工業(yè)燃煤燃油的脫硫防治工作。廣東省生態(tài)環(huán)境保護(hù)廳規(guī)定，在廣東省范圍內(nèi)嚴(yán)禁新建單機(jī)容量≤12.5×104kW 的燃煤和燃油機(jī)組，在珠江三角洲地區(qū)和酸雨控制區(qū)城區(qū)、近郊區(qū)不再規(guī)劃、建設(shè)（含技術(shù)改造）新的燃煤、燃油電廠，新建和在建燃煤燃油電廠，必須建設(shè)配套脫硫設(shè)施，并重點(diǎn)采取有效措施推動現(xiàn)有燃煤燃油發(fā)電廠配套脫硫設(shè)施的上馬利用（邢廷銑，2002）。通過一系列的相關(guān)措施，截止到 2018年，廣東省SO2的排放已得到有效控制。

3.2 大力發(fā)展和推廣應(yīng)用環(huán)境友好型高效清潔節(jié)能技術(shù)

目前，廣東省的酸雨已基本由硫酸型轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩?硝酸混合型，因此，不僅要降低大氣中SO2的排放，還要降低大氣中氮氧化物的排放。中國現(xiàn)在的主要能源是煤，且短時期不會改變這種能源結(jié)構(gòu)。為此要積極通過發(fā)展高效清潔節(jié)能技術(shù)，如能源梯級利用，高效發(fā)電、輸電、蓄電技術(shù)，以及終端能源節(jié)約技術(shù)來控制SO2的排放（萬玉山等，2010）。對于廣東省大氣中氮氧化物的排放，主要來源于機(jī)動車的尾氣污染。隨著機(jī)動車保有量的持續(xù)增長，大氣中氮氧化物含量也持續(xù)升高，因此，首先政府要依法制定尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，要限制車速。其次，各大汽車生產(chǎn)企業(yè)也要不斷地進(jìn)行改造，引進(jìn)新的技術(shù)，改進(jìn)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，給汽車安裝防污裝置，研究更加完善的汽車尾氣處理系統(tǒng)，更要大力推廣新能源汽車（萬玉山等，2010），做到從根源上降低氮氧化物含量。

3.3 強(qiáng)化環(huán)境管理、環(huán)保教育和全球環(huán)境治理工作

要加強(qiáng)對酸雨的控制工作，必須強(qiáng)化環(huán)境管理監(jiān)督，強(qiáng)化環(huán)保意識和教育，加強(qiáng)政府的宏觀調(diào)控能力。只要我們各級環(huán)保部門加強(qiáng)環(huán)保執(zhí)法，執(zhí)好法、用好法，使法律發(fā)揮充分的作用，就可將環(huán)境保護(hù)的國策真正落實(shí)到實(shí)處。

酸雨問題是一個全球性互相影響的問題（李正行等，2017），全球人類應(yīng)該采取共同行動，開展全球環(huán)境治理工作，以真誠的態(tài)度進(jìn)行有效的國際合作，交流環(huán)保方面的經(jīng)驗(yàn)、信息和研究成果，共同治理酸雨污染。

4 結(jié)論

廣東省降水pH年均值由2008年的4.88提高到2018年的5.55，且大多年份的降水pH年均值維持5.0—5.6之間，屬輕酸雨區(qū)。在空間分布上，2018年，廣州、深圳、佛山、江門、茂名、肇慶、惠州、東莞和中山的降水 pH值＜4.5，屬于重酸雨區(qū)；到2018年，除韶關(guān)、深圳、珠海、佛山、江門、湛江、茂名、肇慶、清的降水pH值在5.0—5.6之間，其余均大于5.6，屬非酸雨區(qū)。

2008—2018年間，全省大氣主要污染物 SO2質(zhì)量濃度呈逐年下降的趨勢，NO2質(zhì)量濃度呈上升的趨勢。到2018年，SO2年均濃度在全省各地市均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)。

從酸雨成分來看，2008年以后，廣東省ρ(SO42-)/ρ(NO3-)值明顯下降，全省、酸雨已基本由硫酸型向硫酸-硝酸混合型轉(zhuǎn)變。近年來由于全省機(jī)動車保有量的增加，其排放的氮氧化物總量持續(xù)升高，需要采取相關(guān)的應(yīng)對措施。